八路智能竞赛抢答器

1、美国麻省理工学院 电子技术课程设计设计报告八路智力抢答器 所在学院： 机械与电气工程学院 班 级： 1*电自*班 姓 名： ××× 学 号： 1*24*4*9 指导教师： ××× 2016年6月八路智力抢答器一、 设计目标和要求 （1）设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，其编号分别是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S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。（2）给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。（3）

2、抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开始，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示选手的编号，同时扬声器发出音响提示 此外要封锁输人电路，禁止其他选手抢答，并将优先抢答选手的编号直保持到主持人将系统清零为止。（4）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间长度可以由主持人设定（如30 s），。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的音响，音响持续时间为0.5 s左右。（5）参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效；有效抢答结束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。（6）如果定时抢答的时间已到

3、，却没有选手抢答，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后做无效抢答，时间显示器上显示00。（7）限定计数器选用条件计 74LS160，显示部分选择共阴型数码管，译码器选用 74LS48，倒计时时间为 30S。二、 工作原理及数据分析 定时抢答器的总体框图如图1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，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答；扩展电路完成定时抢答的功能。图1 定时器总体框图图1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

4、灭灯，定时显示器显示设定的时间；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，扬声器发出音响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时开始。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，禁止选手在超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答键时，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，然后由译码电路显示编号；扬声器发出短暂音响，提醒节目主持人注意。（2）控制电路要对输人编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答。（3）控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余抢答时间并保持到主持人将系统清零为止。当选手将

5、问题回答完毕，主持人操作控制开关使系统回复到禁止工作状态，以便进行下轮抢答。八路抢答器一共分为一下几个部分电路：1.抢答电路，2.定时电路，3.报警电路。 1.抢答电路抢答电路的功能有两个：是能分辨选手按键的先后，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键操作无效。选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图2-1，2-2所示。图2-1 抢答器电路图2-2 仿真抢答器电路74ls48引脚图和逻辑图其工作原理是：当主持人的控制开关处于“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0，显示器

6、灭灯；74LS48的选通输入端0， 74LS48处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人将开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端、··· 、输人信号。当有选手将键按下时（如按下S5，74LS148的输出000，0，经RS锁存器后，CTR1，B1，74LS279处于工作状态； 4Q3Q2Q101，经74LS48译码，显示器显示“5”。此外，CTR1，使74LS148的端为高电平74LSl48处于禁止工作状态，封锁了其他按键的输人。当选手按下的键松开后，74LS148的为高电平；但由于CTR维持高电平不变

7、，所以，74LS148仍处于禁止工作状态，其他按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的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，由主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。2.定时电路该部分主要由555,定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48D译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。完成的功能是当主持人按下开始抢答按钮后，进行30s倒计时。当有人抢答时，计时停止。两块74LS192实现减法计数，通过译码电74LS48D显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74LS192的预置数控制端实现预置数30s，计数器的时

8、钟脉冲由秒脉冲电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。本模块采用可预制的十进制同步加/减计数器74LS192，192 的清除端是异步的。当清除端（CLR）为高电平时， 不管时钟端（CPD、CPU）状态如何，即可完成清除功能。 192 的预置是异步的。当置入控制端（LOAD）为低电平时， 不管时钟CP的状态如何，输出端（QAQD）即可预置成与数据 输入端（AD）相一致的状态。 192 的计数是同步的，靠CPD

9、、CPU同时加在 4 个触发器上 而实现。在CPD、CPU上升沿作用下QAQD 同时变化，从而消 除了异步计数器中出现的计数尖峰。当进行加计数或减计数时 可分别利用CPD或CPU，此时另一个时钟应为高电平。电路如图3-1,3-2所示。图3-1 定时电路图3-2 仿真定时电路3.报警电路由555定时器和三极管构成的报警电路和74ls160原理图如图4.图5所示。其中555定时器构成多谐振荡器，振荡频率为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；反之，电路停振。图 4三、 仿真测试及分析1、 测试目标：测试八路智力抢答器是否具有相应功能2、 测试流程运行电路，

10、通过开关控制电路工作，测试电路是否具有相应功能。3、 所需要的仪器设备：1. 优先编码器74ls148 1个2. 可逆计数器74ls192 2个3. 十进制计数器74ls160 2个4. RS触发器74ls279 2个5. 译码器74ls48 3个6. 5v共阴数码管 3个7. 555定时器 1个8. 2输入与非门74ls00 2个9. 3输入与门74ls11 2个10. 各类电阻15k.68k.10k等.11. 10uf电容 1个12. 0.01uf电容 1个4、 测试电路 开关闭合，倒计时30s开关复位，开始倒计时抢答之后，显示抢答编号闭合另一个开关，显示无变化主持人开关控制闭合，示数消失

11、，显示倒计时30s5.遇到的问题，以及解决办法。（1）抢答电路中，数码管前需要安置一个定值电阻rpack7，在没安置rpacck7前，测试电路一直无法显示抢答选手号码。通过查询网络和书籍资料，我发现，在74ls47或74ls48显示译码器和数码管之间添加一个电阻排有稳定电平的作用，只有在它们之间串联rpack7才能达到设计要求。（如下图所示）四、 心得体会 针对课设题目八路抢答器，一开始还没有头绪，不会运用所学知识进行有效设计，但通过上网查阅各种类似的设计，查阅所提供的芯片功能，确定基本设计方案，又通过仿真验证试验方案的可实行性。虽说比较烦杂，但却对设计一个电路有了基本的经验。通过两周的课程设

12、计，使我对数字电路有了进一步的了解，在设计抢答器、报警器、定时器的过程中，通过翻阅资料，上网搜索等，我对各电路器件（如：与非门，555定时器和LED显像管等）及原理有了更深一层次的认识，既增强了我的理解能力,也使我能更好的运用所学的知识。开始时我还不太明白电路是如何连接的，并且对其原理也不甚了解，但通过对所学知识更深入的了解和同学的讲解和帮助，最终使我克服了难关，并成功地作出了设计。两周的锻炼, ,我有过对知识掌握不足时的迷茫，也有过思路不清时的懊恼,但一路走来，我却收获了知识，收获了希望和努力后的成果。这次的课程设计使我懂得了理论应与实践相结合的道理，一个人只有理论知识往往是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合，从理论中得出结论，才能真正的掌握它，真正为社会服务，从个人提高自己的实际动手能力和独立思考团结合作的能力。在这次的课程设计中我深刻的体会到了自己知识的匮乏，我应该学会查询资料，认真的操作，因为在设计过程中，我失败过不止一次，结果都是因为粗心大意，所以我还找到了自己的缺点，努力克服，才能学得更好。这次的课程设计不仅帮助我巩固了书本知识，还加强了我的动手、思考以及解决问题的能力，