多路智能抢答器课程设计

1、1.设计详细任务与要求1.1基本功能1 可同时让4名选手参赛，他们的编号分别是0、1、2、3，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。2 节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始。3 数字抢答器应具有数码锁存，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数码上显示选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他其他选手抢答。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扩展功能1 定时抢答功能。抢答器定时为10s，启动起始键后，定时器开始工作，立即减计，并在显示器上显示出来，同时扬声器要短暂报警。2 参赛选手

2、在设定的时间内抢答（10s），抢答有效，定时器停止工作，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 当定时抢答的时间已到，还没有选手抢答进，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。2方案设计与论证方案一： 1）10秒定时器：可由一片74LS161来实现。当74LS161输出为1111时通过与非门将脉冲信号截止，显示器停留在10上。 2）抢答器部分：由4位选手的开关及自己根据实际情况用与非门连接成的简单译码器，输出接七段译码器，七段译码器接数字显示器。抢答成功的选手对应的灯亮且数字显示其编号。 3）时基脉冲选用实验室提供

3、的信号发生器。 4）报警部分：当计时器计到10时，输出一个高电平使二极管发光且发出报警声。方案二： 1）10秒定时器：可由两片74LS192构成。当第一片为零即输出1111时通过74LS20将脉冲信号截止，使其显示为00。 2）抢答器部分：由一74LS148优先编码器实现抢答功能，用74LS279将选手代码锁存直到主持人清零为止，然后用7段译码器显示选手代码。 3）脉冲产生电路可由一74LS121来产生，提供给定时电路及声响电路。 4）报警部分：由一NE555定时器来控制，当倒计时为零时产生报警声响。经过分析及研究我决定用第二种方案，因为它对我们比较实际，大部分元器件我们已经学过，而且原理较简

4、单，现在应用到设计中来提高我们对这些元件的记忆，加深对他们的了解，为以后的设计提供了较好的应用。3设计方案简述定时抢答的总体框图如图所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，扩展电路完成定时抢答的功能。系统框图抢答按钮优先编码电路锁存器译码电路译码显示主持人控制开关控制电路报警电路秒脉冲产生电路定时电路译码电路显示电路主体电路扩展电路抢答器的组成框图如图所示的定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器上显示设定的时间，当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到开始位置

5、，扬声器给出声响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时，当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答按钮时，抢答器要完成以下四项工作：1 优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存然后由译码显示电路显示编号；2 扬声器发出短暂的声响，提醒节目主持人注意；3 控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；4 控制电路要使定时器停止工作,并保持到主持人将系统清零为止。抢答完毕时，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便下一轮抢答。4.单元电路的设计4.1抢答电路的设计抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选

6、手按按钮的先后，并锁存优先抢答器的编号，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可以完成上述功能，其电路组成图如图所示。该部分电路的工作原理是：当主持人控制开关处于“清除”位置时，RS触发器的端为低电平，输出端（4Q1Q）全部为低电平。于是74LS48的,显示灯灭，74LS148的选通输入端,74LS48处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人开关拨到“开始”位置时，优先编码器电路和锁存电路处于同时工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端输入信号，当有选手将按钮按下时（如按下S5）,74LS48的输出,经RS锁存后，CT

7、R=1,74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经74LS48译码后，显示器上显示出“5”，此外CTR=1，是74LS148的端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁其他按钮的输入。当按下的按钮松开后，74LS148的但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍然处于禁止工作状态，其他按钮的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，一遍进行下一轮的抢答。4-1抢答电路4.1.1 七段数码显示74LS48为了能以十进制数码直观的显示数字系统的运行数据，目前广泛使用了七段字符显示器，或称七段

8、数码管。这种字符显示器由七段可发光的线段拼合而成。它的功能简图和管脚引线图如下所示。灯测试输入：当=0时，便可使被驱动数码管的七段同时点亮，以检查该数码管各段能否正常发光。设置灭灯输入的目的是为了不显示零灭灯。灭灯输入/灭灯输出具有双功能输入/输出，当作为输入端时，称为灭灯输入端。只要加入灭灯控制信号=0，无论输入端是什么信号，定可将被驱动数码管的各段同时熄灭。当作为输出端使用时称为灭灯输出端。4-1-1显示器引脚图二进制BCD码译码管真值表如4-1-1表所示：输入输出数字A3A2A1A0YaYbYcYdYeYfYg000001111110100010110000200101101101300

9、1111110014010001100115010110110116011000111117011111110000810001111111910011110011101010000110111101100110011211000100011131101100101114111000011111511110000000SR触发器引脚图如下图所示：4-2-1 SR触发器4.1.3 74LS148优先编码器功能优先编码器即在同一时间内，当有多个输入信号进行请求编码时，只对优先级别高的信号进行编码的逻辑电路，称为优先编码器。常用的集成优先编码器有74LS148(8线-3线)其原理和功能真值表4-1-

10、3所示。4-1-3优先编码器优先编码器74LS148的真值表如4-1-3表所示：输入输出EI01234567A2A1A0GSEO11111101111111111110000000100100101001101001001110110100111110001001111110101001111111100100111111111101由表不难看出在=0电路正常工作状态下，允许输入当中同时有几个输入端为低电平，即有编码输入信号。的优先权最高，的优先权最低。当=0时，无论其他输入端有无输入信号，输出给出的输出编码。即,当=1，=0,无论输入端输入什么信号只对编码，输出4.2定时电路的设计节目主持人

11、根据抢答器题的难易程度，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，选用十进制同步加/减计数器74LS192进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲提供，74LS192真值表如4-2表所示输入输出CRLDCPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q01000000dcbadcbA011加计数011减计数4-274LS192具有下述功能：1 异步清零：CR=1,=00002 异步置数：CR=0,=0,=3 保持：CR=0,=1,=1,保持原态4 加计数：CR=0,=1,=CP,=1,按加法规律计数。5 减计数：CR=0,=1,=1，=CP，按减法规律计数。4-2可预置时间的定时电路4.3 报警

12、电路的设计 该电路由555定时器和三极管构成的报警电路，其中由555芯片构成多谐振荡电路，其频率为 1 1.43f = R1+2R2C2 R1+2R2C555输出的信号经过三极管放大从而推动扬声器发声和报警两个电路。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡起工作，反之，停振。4-3报警电路4.3.1 555定时器引脚图4-3-1GND（接地）：地线（或共同接地），通常被连接到电路共同接地。TRI（出发点）：这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于23cc，下缘须低于13Vcc。OUT（输出）：当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周

13、期的结束输出回到0伏左右的低电平。于高电位时的最大输出电流大约200mA。RST（重置）：一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低点位。它通常被接到正电源或忽略不用。CON（控制）：这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或震荡的运作方式下，这输入能用来改变或调整输出频率。THR（重置锁定）：重置锁定并使输出称低态。当这个接脚的电压从13Vcc电压以下移至23Vcc以上时启动这个动作。DIS（放电）：这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。Vcc（V+）:供应电压的范围是

14、+4.5伏特（最小值）至+16伏特（最大值）。555定时器真值表如4-3-1表所示：输入输出RDV11V12VoTD状态0低导通123 Vcc13Vcc低导通123 Vcc13Vcc不变不变123 Vcc13Vcc高截止123 Vcc13Vcc高截止4-3-14.3.2 555构成的多谐振荡器多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源后，不需要电源后，不需要外加触发信号（即没有输入信号）。便能自动产生矩形脉冲，由于矩形脉冲中含有丰富的高次谐波分量，所以称为多谐振荡器。先将555定时器接成施密特触发器，再把施密特触发器的反相输出端经RC积分电路接回到它的输入端，就构成了多谐振荡器。4-3-2 555

15、多谐振荡器电容电压Vc与输出电压Vo的波形如上图所示。充电时间：T1=R1+R2）C2放电时间：T2=R2C2振荡周期：T=T1+T2=（R1+2R2）C2振荡频率：f=1T占空比：q=T1T=（R1+R2）（R1+2R2）4.4时序控制电路设计时序控制电路是抢答器的关键，它要完成以下三项任务：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时，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作； 根据上面的功能要求，设计时序控制电路如下图所示。图中门G1的

16、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（a）所示电路的工作原理：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，来自于图1.1所示的74LS279输出的CTR=0,经G3反向后，A=1，则从555输出端来的时钟信号CP能够加到74LS192的时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，来自于抢答电路所示74LS192的借位输出端,门G2的输出=0，使74LS148处于正常工作状态，从而实现功能1的要求。当选手在定时时间内按动按钮时，CTR=1,经G3反向，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=1，74LS1

17、48处于禁止工作状态，从而实现功能2的要求。当定时时间到时，来自74LS192的封锁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时间。4-4时序逻辑电路4.5抢答器整体电路原理图（仿真） 4-5抢答器整体电路 5 多路智能竞赛抢答器设计总结经过了一个多星期的查阅资料及理论分析，终于完成了课程设计的仿真和论文完成了。经过这次课程设计，大大地提高了我的动手能力以及分析问题的能力，从中也学到了很多书面上所没有高清楚的问题。这次课程设计，让我学到了很多有用的知识和能力，这对以后的学习和工作都是非常有益的。下面对本设计的思路进行总结：1 数字抢答器有主体电路与扩展电路组成。2 优先编