多路智力抢答器设计

1、昆 明 学 院 2011 届毕业设计（论文）设计（论文）题目 多路智力抢答器设计 子课题题目 姓 名 学 号 所 属 系 自动控制与机械工程学院 专业年级 （2008）级电气自动化技术 指导教师 2011年5月摘要在计算机支持的信息时代，电子技术日益数字化，数字电路以其的基本单元简单化，应用单元标准化、模块化、通用化的特点，长驱直入地深入到电力、通讯、计算机、家电、机械等行业的应用。数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将脉冲产生的信号在显示器上输出实

2、现计时功能，够成扩展电路。关键词：抢答器；定时电路；报警电路；时序控制abstractin computer support information era, electronic technology, digital circuit growing digital with its basic unit of the simplification, application unit standardization, modular, generalization, proceed to the characteristics of deep into power, communicatio

3、n, computer, home appliance, mechanical industries application. digital vies with extended by the main circuit is composed circuit. preferred coding circuit, latches, decoder circuit will be the teams input signal output on the display; use the control circuit and the host switches on alarm circuit,

4、 above two parts subject circuit. through the timing circuit and decoding the signal circuit will pulse output on the display timer function, realization into expansion circuit is.keywords: contest manometers; timing circuit; alarm circuit; sequential control目录第一章 设计任务及要求11.1设计任务11.2设计要求11.2.1基本功能11

5、.2.2扩展功能1第二章 设计方案22.1系统框图22.2工作原理2第三章 抢答电路33.1 抢答电路设计图.33.2主要器件介绍.53.2.1优先判决器.53.2.2锁存器.63.2.3译码器63.2.4数码显示器.73.3工作原理.7第四章 定时电路.84.1定时电路设计图.84.2主要器件介绍.104.2.1 多谐振荡器.104.2.2计时器.104.2.3译码器.104.3工作原理.11第五章 报警电路.125.1报警电路设计图.125.2工作原理.13第六章 时序控制电路.146.1时序控制设计图.146.2工作原理.14第七章 总体电路.167.1总体电路.167.2工作原理.18

6、第八章 元件清单.198.1 元件清单198.2 555定时器的引脚图及构图.19第九章 总结.21参考文献22谢辞22第一章 设计任务及要求1.1设计任务 1、分析设计要求，设计总体方案。 2、设计单元电路。 3、设计总体电路 4、选取、设计计算确定原器件参数。1.2设计要求1.2.1基本功能(1) 设计一个智能竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参赛，他们的标号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是s、s、s、s、s、s、s、s。(2) 给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭）和抢答的开始。(3) 抢答器

7、具有数据锁存和显示功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在led数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此为，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。1.2.2扩展功能(1) 抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定。当节目主持人按下“开始”按钮后，要求定时器立即倒计时，并在显示器上显示，同时扬声器发出短暂的声响。(2) 参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，扬声器并发出声响，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。(3) 如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢

8、答，则本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止其他选手超时后抢答，时间显示器上显示00。第二章 设计方案2.1系统框图图2.1 多路智能竞赛抢答器电路组成框图2.2工作原理如图2.1所示为总体方框图。其工作原理为：1.接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于静止状态，编号显示器和指示灯灭，等主持人将开关置“开始”位置后，抢答器处于等候状态，报警电路并发出报警声，此时可以进行抢答；2.抢答器完成，优先判断抢答的组号，并将编号进行锁存，然后通过译码器将编号显示在七段数码管上，并且扬声器报警提示；3.当一轮抢答结束时，报警电路发出报警声，定时器停止、禁止第二次抢答；4.如果再次抢

9、答必须由主持人操作“清除”和“开始”状态的开关，即需要主持人清零。第三章 抢答电路3.1 抢答电路设计图该部分电路要完成两个功能：一是能分辨出选手按按钮的先后顺序，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按按钮操作无效。选用优先编码器74ls148和rs锁存器74ls279完成上述功能，其组成电路如图3.1所示。图3.1抢答器电路3.2主要器件介绍3.2.1优先判决器优先判决器主要是由74ls148集成优先编码器等组成。该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端，选通输入端，选通输出端和扩展端。其功能表如表2所示。从功能表中可以看出当“0”时，编码器工作，而当“1”时，则

10、不论8个输入端为何种状态，输出端均为“1”，且端和端为“1”，编码器处于非工作状态,这种情况被称为输入低电平有效。表3.1优先编码器74ls148功能表3.2.2锁存器sr锁存器是该设计中保证多个开关先后触发而不发生紊乱的重要部分。表3.2用与非门组成的sr锁存器的特性表 q110011110101011110011011000100113.2.3译码器设计中选用的译码器型号是74ls48（共阴），其引脚排列如图所示，其中、 bcd码输入端，、 译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极led数码管。 测灯输入端，“0”时，译码输出全为“1”，数码管七段同时电亮，以检查数码管各段能否正常发光。

11、 灭灯输入端，“0”时，译码输出全为“0”。 作为输出端使用时，称灭“0”输出端，在a=b=c=d=0时，而且 =0时，才会输出低电平，表示译码器把不希望显示的零熄灭了。熄零输入端。用来熄灭不希望显示的零。图3.2 74ls48的引脚排列图3.2.4数码显示器led数码管是目前最常用的数字显示器，它分为共阴管和共阳管。在此用的只是共阴管，其电路和出线形式的引出脚如图3.3所示。一个led数码管可用来显示一位09十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为22.5v，每个发光二极管的点亮电流在51

12、0ma。led数码管要显示bcd码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。 图3.3 led数码管3.3工作原理工作过程：开关s置于“清除”端时，rs触发器的端均为0，5个触发器输出置0，使74ls148的0，使之处于工作状态。当开关s置于“开始”时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下s5），74ls148的输出,经rs锁存后,2q=1,74ls48处于工作状态，5q4q3q=101，且1q=0，则经译码显示为“5”。此外，2q，使74ls148的，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74ls148的此时由

13、于仍有2q，使，所以74ls148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将s开关重新置于“清除”然后再进行下一轮抢答。若按下s0，经rs锁存器后，1q=1，74ls148的输出,经rs锁存后,2q=1,74ls48处于工作状态，5q4q3q=000，且1q=1,所以经译码显示为“8”。保证抢答者的优先性与上述类似。第四章 定时电路4.1定时电路设计图由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74ls192进行设计。图4.1定

14、时电路图4.2主要器件介绍4.2.1 多谐振荡器秒脉冲产生电路是由555组成的多谐振荡器，电路如图4所示；555的功能表如表4.1所示。表4.1 555的功能表输入输出阀值输入（6）触发输入（2）复位（4）输出（3）放电管00导通vcc2/3vcc2/3vcc1/310导通vcc1/31不变不变4.2.2计时器本电路功能是由74ls192芯片的串接实现的。pl (11引脚)为置数端,up为加计数端,dn为减计数端,tcu (12引脚)为非同步进位输出端,tcd (13引脚)为非同步借位输出端,d0d3为计数器输入端，q0q3为数据输出端，mr（14引脚）为清除端。74ls192的功能表如表4.

15、2所示。表4.2 74ls192功能表清零mr预置pl时钟预置数据输入输出updnd0d1d2d3q0q1q2q31000000abcdabcd011加计数011减计数4.2.3译码器由74ls192输出的四位二进制码经过七段译码器74ls48译码后输出七位二进制码，再由两个共阴极七段数码显示管显示出相应的时间。74ls48的功能表如表4.3所示。表4.3 74ls48功能表十进制输入bi/rbo输出字形ltrbidcbaabcdefg01100001111111001100011011000012100101110110123100111111100134101001011001145101

16、011101101156101101001111167101111111000078110001111111189110011111001194.3工作原理电路由555定时器组成的单稳态触发器构成秒脉冲电路，给减计数电路提供时钟信号。减计数器由两片74ls192级联构成，主持人通过给74ls192的输入端输入不同数据，通过两个74ls48译码器，数据显示在数码管上，从而实现给定时电路预置抢答时间。主持人可通过控制开关操纵整个定时电路，当控制开关断开时，74ls192的mr端处于高电平，芯片处于禁止工作状态，数码管上数据保持不变。当主持人将控制开关闭合时，74ls192的使能端变为低电平，减计数

17、电路处于工作状态，当时钟脉冲到来时，数码管上时间递减，直到变为00时保持不变，减计数电路又处于禁止工作状态。需要重新开始时，打开开关，重新预置电路，并重复上述过程。第五章 报警电路5.1报警电路设计图由555定时电路和三极管构成的报警电路如图5所示： 图5.1 报警电路5.2工作原理其中，555构成多谐振荡器，振动频率其输出信号经三极管推动扬声器。pr为控制信号，当pr为高电平时，多谐振荡器工作；当pr为低电平时，电路停止工作。第六章 时序控制电路6.1时序控制设计图时序控制电路功能：1、主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。2、当参赛选手按动

18、抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。3、当设定的抢答时间到，无人抢答，扬声器发声，同时抢答器和定时电路停止工作。图6.1时序电路6.2工作原理图6.1中，门g1的作用是控制时钟信号cp的放行与禁止，门g2的作用是控制74ls148的输入使能端。图6.1所示电路的工作原理是：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，来自于抢答电路的74ls279的输出ctr=0，经g3反相，a=1，则从555输出端来的时钟信号cp能够加到74ls279的时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时电路时间未到时，来自于可预置时间的定时电路的74ls192的借位输出端=1，门g2的输出=0，

19、使74ls148处于正常工作状态，从而是实现功能(1)的要求。当选手在定时时间内按动抢答按钮时，crt=1，经g3反相，a=0，封锁cp信号，定时器处于保持工作状态；同时，门g2的输出=1，74ls148处于禁止工作状态，从而实现功能(2)的要求。当定时时间到，来自74ls192的=0，=1，74ls148处于禁止工作状态，禁止其他选手进行抢答。同时，门g1处于关门状态，封锁cp信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能(3)的要求。74ls121用于控制报警电路及发声的时间。第七章 总体电路7.1总体电路图7.1 抢答电路图7.2 定时电路7.2工作原理主持人通过给74ls192的输入端

20、输入不同数据，通过两个74ls48译码器，数据显示在数码管上，从而实现给定时电路预置抢答时间。主持人通过控制开关操纵整个定时电路。当控制开关断开时，74ls192芯片处于禁止工作状态，数码管上数据保持不变。当主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，抢答电路74ls279输出信号，经反相器后，从555输出端来的时钟信号能够加到74ls279时钟输入端，定时电路进行递减计时，同时扬声器发出报警声。当选手按下按键后，74ls148输出信号，经rs锁存后通过译码器74ls48在数码管上显示，同时扬声器报警，并禁止其他抢答信号输入，抢答结束。如果在规定时间内没有抢答信号输入，74ls192发出信号，经555后扬声器发出报警声，同时禁止抢答信号输入。第八章 元件清单8.1 元件清单电阻510k2个1k2个1010个15k2个68k2个100k1个电容0.1f1个10f3个100f1个其它单刀单掷开关27个单刀双掷开关1个发光二极管1扬声器1七段数码管3非门10与门1与非门1芯片74ls48374ls279174ls192274ls121174ls1481555274ls14728.2 555定时器及电容元件选择根据任务要求要利