8路计时抢答器设计报告

1、北京交通大学 电气工程学院 电气0810班 数字电子技术基础课程设计 -八位计时抢答器一、 设计理念智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，在各种智力竞赛中，最最激烈的便是抢答环节的比赛。抢答引起参赛者和观众极大地兴趣，在短时间内，参赛选手在主持人抢答的口令下达后开始抢答，充分体现出参赛者思维的活跃。在这类比赛中，对于谁先谁后抢答，在什么时候抢答，如何限定抢答的规定时间等问题，如果单凭主持人主观的判断，就很容易出现误判。所以我们就需要一种具备自动锁存、置位、清零等功能的只能抢答器来解决这些问题。二、 设计要求设计一个具备计时功能的八路抢答器，它所要实现的功能如下：1、 给八位参赛选手分别配备一个抢答

2、按钮，编号为K0、K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7。2、 主持人可以主持抢答、计时的开始与清零。3、 抢答器可以显示出最先按下抢答键的选手编号。4、 抢答器具有60秒倒数计时功能。抢答规则：主持人按下开始抢答键，选手可以开始抢答，同时计时器开始60秒钟倒计时，选手通过优先按键得到抢答机会后，在计时器所显示的剩下时间内完成抢答，否则扣分。三、 设计方案1、设计思路根据设计的要求，我们小组的设计思路如下：抢答按钮优先编码电路译码电路锁存器控制电路主持人控制开关计时电路译码电路该抢答器由开关电路、触发电路、触发锁存电路、优先编码电路、译码电路、计时电路所组成。2、具体电路的设计及其工作原理（

3、1）电源电路 限于我们现成的电源只有9V直流电源，但是我们的电路工作电压应该是5V的稳压直流电源，我们通过利用7805芯片对9V进行降压处理，形成直流5V稳压电源。 （2）抢答电路 工作原理：74LS148有8个信号输入端I0 I7、3个二进制码输出端A0 A2、输入使能端EI、输出使能端EO和优先编码工作状态标志GS, 其功能如表1 所示。由表可知, 当EI的非=0时, 编码器工作; EI的非=1, 则不论8个输入端为何种状态, A0、A1、A2 输出为1,15端和14端输出为1,编码器处于非工作状态。（附74LS148引脚图与真值表） 当抢答开关S0 S7 中的任意一个开关按下时,编码器输

4、出相应按键对应的二进制代码,低电平有效。编码器输出A0、A1、A2,工作状态标志GS作为锁存器电路的输入信号,输入使能端I应跟锁存器电路的Q端相连接,使I端为时锁定编码器的输入电路,使其他输入开关不起作用。锁存电路由4个RS锁存器74LS279组成。74LS279是由4个基本的RS触发器构成的锁存电路, S端为置位端, R端为复位端,通常情况下输入端为高电平, 触发器处于保持状态。R端接主持人控制开关,抢答前,控制开关使锁存器输出为零。74LS279的1S1、1S2、2S、3S1、3S2、4S分别与编码器的输出端14、9、7、6脚连接,当抢答开关按下时, 编码器输出相应的二进制代码,锁存器锁存

5、相应的二进制代码。编码器工作状态标志GS使锁存器输出1Q为1, 1Q连接到编码器74LS148的输入使能端EI,封锁其它路输入,同时接译码电路74LS48的控制端,当控制端为高电平时,译码器工作;当控制端为低电平时,七段码a g段全不亮。Q1、Q2、Q3 与译码显示电路的输入端相连,控制开关S由主持人控制,系统复位后才可进行下一轮抢答。（附74LS279的引脚图和真值表） （2）计时电路工作原理：该部分电路由NE555构成脉冲发生电路、74LS192十进制加减计数器和74LS48译码显示电路构成。NE555构成的多谐振荡器，通过f=1.43/R1+2R2)C，选取适当的R、C的值，构成适当震荡

6、频率的脉冲发生器，从555的第3端输出到计数器的倒数计数触发端。（附NE555的引脚图） 计数器部分由两个74LS192构成。74LS192是双时钟十进制加减计数器，清零端解低电平，置数端接主持人开关。通过对74LS192的1、9、10、15端进行置数（分别为0110 0000），实现当主持人开关打开时，置数端相当于接入高电平，计数器开始倒数计时60秒，当主持人开关合上时，置数端相当于接地，此时计数器回到置数状态，显示数字“60”。两个74LS192的2、4、6、7端分别接对应74LS48的数据输入端，让74LS48译码器进行译码，并通过共阴极七段数码显示器显示出倒数的数字。（附74LS192

7、引脚图和功能表）MRPLCPUCPD工作模式1XXX清除00XX预置0111保持011加计数011减计数 （3）、综合电路四、 小组成员分工成员姓名负责部分杨耀城理论资料的收集，负责电源变压电路的设计，对电源电路、抢答电路、计时电路三部分的组合，购买部分零件，协助电路仿真，协助实际电路连接操作，负责故障检修，完成实验报告。蚁哲瀚负责抢答电路的设计，负责电路的电脑仿真，负责实际电路调试，完成预习报告并领取相应芯片，协助实际电路连接操作，完成实验报告。赵 玮负责计时电路的设计，负责实际电路连接操作，负责实际电路调试，协助电路的电脑仿真，完成实验报告。五、所需零件列表器件名称数量 器件名称 数量七段

8、共阴极ck显示器30.1uF电容器174LS48310uF电容器174LS2791100电阻474LS148110K电阻974LS19221 K电阻1555计时器115 K电阻1按钮开关868 K电阻1可锁定按钮开关1LED2面包板35V稳压直流电源1导线若干六、 利用Multisim对电路进行软件仿真我们利用Multisim对电路进行软件仿真，仿真结果如下：1、 抢答器电路2、 计时器电路3、 综合电路4、 运行结果附：实物电路图七、 实验中遇到的困哪和解决途径我们小组在该课程设计中受益匪浅，在此过程中，我们遇到了不少的困难，但是我们通过咨询学长和小组讨论，耐心地克服了困难，完成了实验，实现

9、了电路预期的功能。我们遇到的困难如下：1、5V工作电源不知道去怎么制作，实验室做实验的同学太多，没办法占用实验器材太多时间。解决方法：通过大三学长的帮助，提供7805芯片，利用7805组成稳压的5V电源，供实验使用。2、仿真的时候由于对Multisim的使用和芯片的引脚功能不够熟悉。解决方法：通过上网查找资料，花了很长的时间研究该软件的基本操作和芯片的引脚功能，最后掌握了Multisim的基本操作技巧，完成了仿真。3、由于电路接线相对比较多，接线时容易混乱。解决方法：通过不断地尝试，分开连线，三人协作，一名同学负责看这电路图，报告应从哪个芯片的第几管脚接到另一个芯片的第几管脚，一名同学负责连接

10、电路，最后一名同学负责检查接线的正确与否。通过这样的方式，在初次连接抢答电路失败重练三次后，我们不怕麻烦和困难，耐心地检查，第四次连接连同综合电路一次成功地连出了电路，实现预期功能。4、电路连出来之后，我们发现原先设计的计时器部分的功能对于抢答游戏的意义不够大。解决方法：将其中一片74LS192的13端进行改进，连接成现在我们的电路。（之前计时电路在有人抢答之后就停止计时，改进后，有人抢答是计时器继续计数，给选手限定回答问题的时间范围，使比赛竞争更加激烈。）八、 自我总结与自我评定课程设计是为了让我们对平时学习的理论知识和实际操作相结合，在实践的基础上加深我们对理论知识的理解和应用并加以综合提

11、高，提高分析和解决问题的能力。在这一个星期的数电课程设计中，我们小组团结一致，一起讨论，一起实验，分工明确，有效地展开各项实践工作，并在自己制定的日程安排上提前完成任务，使电路达到了预期的效果。该实践中让我印象最深刻的是7月6日上午我们小组一起在电气楼实验室进行我们的实物连接。我们分工很明确的展开工作，一名同学主要负责连接电路，一名同学主要负责检查连接，另一名同学主要负责看电路图报告芯片的引脚。如此一来，我们提高了效率的同时提高了正确率，一次成功地完成了抢答电路。完成电路的一瞬间，我们互相击掌庆祝。在小组中，我们都的合作很开心很成功，各自有各自的任务，有效完成的同时又协助其他组员完成相应的任务

12、。在小组中我主要负责Multisim软件的仿真和抢答部分电路的设计。在仿真过程中我遇到了不少困难，但是很有耐心地将它克服。虽然在之前的数电学习中运用过该软件，但是对软件的使用我还是比较生疏。在花了长时间查阅资料和试接电路后，我对软件的使用已经比较熟练，准确地完成仿真并且达到了预期的仿真效果。在抢答器电路的设计部分，我首先从优先编码器入手进行学习，加上参考相关资料，顺利完成了电路的设计，达到了预期的电路功能。之后，我们在连接电路的过程中，我负责看着电路图报告电路的连接方式，有效准确地协助完成实物电路的连接，使电路达到了预期功能。在小组中，我和其他两位组员相互协作，小组气氛融洽，讨论时候气氛相当好

13、，在小组的讨论中解决了不少的问题。通过了这次课程设计，我主要有如下收获：1、 对电路中所使用的74LS48、74LS279、74LS192、74LS148、NE555的芯片的功能有了实质上的了解，对芯片的认识实现从理论到实践应用的过渡。特别是对79LS192计数器有更加深刻的认识。2、 对Multisim软件的操作更加熟练，对以后的仿真帮助很大。3、 体会到了电路故障的检修能力的重要性。在实验过程中我慢慢意识到了电路故障的检修非常重要，对于某个电路，仿真的时候或许没有发生什么错误，但是实物连接时有可能会出现错误，应该学会利用工具（如万用电表）对电路进行基本的检修。避免从新连接电路而造成时间的浪费。4、 在团队的合作中，我懂得了团队合作的重要性，一个团队如果能够很好地分工，同