人声光显示智力抢答器

1、课题： 8 人声光显示智力抢答器一、设计任务及要求1、设计任务完成一个能进行 8 人在规定的时间内抢答判断的控制电路设计。2、设计目的该电路是常用于智力竞赛中抢答判断的电路， 是进行判断哪一个 预定状态优先发生的电路。 对于该电路的设计， 可以综合应用数字电 路中组合逻辑与时序电路的基本知识， 进一步掌握各类触发器、 门电 路的工作原理与使用要点， 学会分析数字电路在调试过程中出现的各 种问题。3、设计要求（1）在主持人表示抢答开始时，计时器开始计时，如规定的时 间内没有人抢答， 表示时间已到，蜂鸣器发声输出， 计时器保持不动。（2）在主持人示意抢答开始后，计时时间未到时，只要有人抢 答，即可

2、显示抢答者的号码（数码管显示） ，并同时封锁其他抢答者 的抢答信号。（ 3）在规定的时间内只要有人抢答，计时器停止，显示从开始 抢答到有人抢答所经过的时间。（ 4）只有主持人的操作，将电路复位后，方可结束上一次的抢答，为下一次的抢答做好准备。（ 5）抢答的规定时间为 8（本人学号）秒。二、设计系统方案的比较与选定1、封存信号方案：利用 74175 的上升沿触发器。 当有输入信号的时候， 利用对应端 输出的低电平将 CP 脉冲封锁，从而封锁了其它信号。选用此方案最 佳。2、计数器方案： 电路的计时计数存在加法计数和减法计数两种方案。其中可选74LS160,其为一个8421编码的十进制加法计数器，

3、同步置数，异 步（低电平）清零，而 74LS190 为单时钟十进制可逆计数器，异步 置数，但没有专用的清零输入端， 这样会使主持人开关复位电路复杂。 因此计数器选择 74LS160。3、优先编码器方案：74147 是 10 线-4 线 BCD 码优先编码器，其编码输入为 I1I9 ， 而74148是8线-3线优先编码器，其编码输入为1017,由于8人抢 答器的选手编号从 1 到 8，没有 0 号，所以优先编码器选用 74147.三、系统方案框图及实现方法1 、系统方案框图图1系统方案框图2、实现方法（1）用 Max+plus II软件先画出电路图；（2） 用Max+plus II软件对绘好的图

4、形文件进行编译和仿真，观 察其仿真波形，看其波形是否满足设计的逻辑。（3）以上两步通过后，用EDA6000对其输入、输出端锁定管脚；（4）连接到实验箱，将编号的程序下载到实验箱，在硬件中进 行仿真；（5）观察实际工作情况。四、单元电路的设计1、抢答单元的设计（1）抢答单元电路的功能：判断选手按键顺序的先后，并锁存优先抢答者信号，将首先抢答者的代号进行编码，并将编码信号送至译码显示电路有人抢答后，从译码输出端采集一低电平通过与原时钟端相 与送至锁存器的时钟 CLK端，使锁存器的时钟端始终为低电平，锁 存器不工作，保持状态，使其他选手的按键操作无效。（2）抢答单元电路选用的元件： 74175其芯片

5、引脚及功能表如图2所示。741751D1Q2D1QN3D2Q4D2QNA3Q3QN4Q_CLRN4QNCLK1REGISTE 尺图2（a）74175的引脚图FUKCTION ?417S (clrn, elk. Id, 2d, 3d, 4d)RETURNS (lq, lqn, 2q, 2qn. 3q, 3qn. 4q, 4qn);Inputs|OutputsCLRN CLKD |Q QNLXX1LHHTH1HLHJL1LHHLX1Qo /Qo图 2 (b)74175的功能表 7414774147是十六进制优先编码器。编码器在同一时刻只允许对一个 信号进行编码，否则输出的代码会出现混乱。其芯片引脚

6、及功能表如 图3所示。1N2N3N4N5N6N7N8N9NAN0NCNDNENCODER图3(a)74147的引脚图FUNCTION 74147 (In,RETURNS (dn. cn,2n 3n,£n< 6m 7n, 8n, 9n)1N2N 3NInputs4N 5N BN 7N 3N 9NI OutputsI DN CN BN ANhlhhhhhhhh HXLHHHHHHH HXXLHHHHHH HXXXLHHHHH HXXXXLHHHH HXXXXXLHHH HXXXXXXLHH HXXXXXXXLH HXXXXXXXXLhlhlhlhlhl hhhllhhllh hhh

7、llllhhh hllhhhhhhhbnr an):图3 (b)74147的功能表(3) 抢答单元电路的组成，该电路是将抢答电路部分圭寸装成一库元件的形式，这样可是图形编辑界面层次清晰，简单如图4所示ClCLIRNCLKOROBocODOEZOFOGOH图4( a)抢答单元库文件电路图双击该库文件即可看到抢答电路的底层电路，如下图:74175图 4 (b)4）抢答单元电路的工作原理A、E、C、D、E、F、G、H未抢答时接低电位，有CP脉冲的情况下， 主持人按下开关开始 （即支持人将 CLRN 置为高电位）， 如果没有人抢答，即输入端为高电平时，两片 74175的输出端（1Q 4Q）均为高电平，

8、则 74175的反向输出端（1QN4QN）连到的74147 的输入端为高电平 ,则不显示选手号码；当有选手抢答时，例如：第 3 位选手抢答按下 C 按钮， 74175 的输出端 3QN 为低电平，其它均为 高电平。信号被送至 74147输入端，经编码输出信号“ 0011”，再经 译码显示器，在数码管显示“ 3”。有人抢答后，随后抢答的人的输入 信号均被封锁。2、计时单元的设计（1）计时单元电路的功能根据设计要求， 抢答时间需设定为 8 秒。若在规定时间内无人回 答，即计数器计到零，计数停止，产生进位信号，到达报警电路，发 光二极管变亮，作为报警信号；若有人抢答，计数立刻停止，待主持 人复位。（

9、2）计时单元电路选用的元件其芯片引脚及功能表如图 5 所示。图 5（a） 74 1 60的引脚图图5 (b) 74160的功能表(3) 计时单元电路的工作原理3、封存单元的设计(1) 封存单元电路的功能当有人在规定时间内抢答，则其他人的输入端信号全部被封锁, 抢答无效。(2) 封存单元电路选用的元件74175其芯片引脚及功能表如图2所示AND8 (八输入与门)其芯片引脚如图7所示。图7 AND8 (八输入与门)的管脚图 其他与非门(3) 封存单元电路的组成如图8所示REGISTER101QXl«M3D403Q40CLRW心CLK74175CLF il亚口lhT0t¥ 

10、9;W102D3D2Q402QN30冊4QCLR1NCLKhi巧REGISTERjirTPUTv'lfTpirr-j rrpurITTPIJT-juipurOG> OH图8封存单元电路图(4) 封存单元电路的工作原理无人抢答时，八人的输入信号均为低电平，经74175取其相反信 号，故在无人抢答状态下，八输入与门的八个输入端均为高电平，输 出为高电平，当有人抢答后，与门输出低电平，与时钟脉冲信号相与 非后，上升沿消失，在两个触发器上的信号恒为低电平，被封锁，进 入保持状态，保持原来的输入信号。倘若此时再有信号输入，触发器 的输出信号不随之改变。只有 CLKN端输入低电平后(即主持人

11、复 位后)，触发器复位，方可进行下一轮的抢答。五、整体电路1、整体电路的原理图如图9所示。2、模拟时序图如图10所示"it lAl4pl<u II - hz Thnqdq - qdq- cf - Vav-cf » Editor角 BAIlus II lilt艮diitxvicn yrtsliti ti- QpH«ns Ilhx1.w Hd.p_X1:启日爭看心囱耳出曲4園恳基屈迂屈 叫盘览査EB21X1.»£3Xi Drb- l：LRNitf- sound00图10整体电路的模拟时序图3、实验效果图(1)规定时间内无人抢答如图11所示，计

12、数器计时到8秒，随即停止，同时下排绿灯亮 提示主持人无人抢答。主持人便可按下开关，开始下一轮抢答。| 遥接EBA罢验検 riFia/s 停8 0S7 S& S5 S4 S3 I 52 I SI SDXCS05/1010 0406,06,0?Q保存牌式1冷上载存储器气下蔻存皓器下貳配査按L15 Ll« LI 3L12 LU U0 L9 L810o£D160L)D/EDA20DI):H:vhnQDQ.0D1回11瞬眶国1迓辅分折窗口外部设备卬営脚走火GaQlQ2c?l36GT > -亠匚身丄阪L7L6L5IA12LItoICT H& K5 E4 K3 K2

13、 KI B000010000(10) ooooaicocol) DOOOOOOO 0O) 00000000(00? 00000000(00? oooooootoin oooaoooo ooaoaooc tjao)U: T651321JOOOOOOOl (JJ1)CLKDaa30)| F cuci ansi)_ 图11无人抢答时的实验效果图2)规定时间内有人抢答如图12所示，在7秒时，7号选手最先抢答。数码管显示该选手的号码。EIA60DO/EDA2000 :IDD.回区1楚握分斬官口存彌為外工D管脚定爻1I畐连接血实验捡II启赢琶停GO: 11100111(II)GI. 00000100(01

14、)(T：' 00000000(00)G3: 110000000)M: OODDOOCOD)G5： 1C0D0001$1)G6: 00000000(00) gt： oooaooooo)LA 他£1000000X1 001)CLK0dO3C底CUCI C031 LT L& 15 U L3 LE LI L£iKT KE E5 E4 K3 K2 KI KDXCS05/1010 03.02.01 00IO 040&.06.0710 = = =,=.=IO -. = = .=.=. = =,*-.=.10OOOOOOOO图12 7号选手在7第秒抢答时的效果图六、

15、课题中遇到的问题及解决方法1、锁管脚时，发现有些管脚序号在 MAX+plus II和EDA6000无 法对应。解决方法：经过老师提醒，发现在 EDA6000中有些管脚号已经 被赋予某些特定功能，在锁管脚时应注意尽量避免冲突。2、下载到实验箱后，轻触各个抢答开关，计时不停止，选手显示仍为“ 0”。解决方法：排除实验仪器及设计电路的错误，发现选用的开关是 上升沿触发器，需长按该开关，才能有效。且所用的 CLK频率较低， 需适当调咼该频率，10Hz为宜。3、由于该 8 人抢答电路需 8 个抢答输入端和一个主持人输入端， 故共需 9个输入端，而在试验箱上一共只有 8 个输入端，其中主持人 必须用一个，

16、 所以实际电路中只有 7 人抢答， 即将其中一人的输入信 号置低电位，在图中即将 H输入端接地。七、心得体会“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行” 。此次课程设计使我找到 了理论与实践的最佳结合点。 平时我们只注意理论学习， 忽视了实践 环节，往往在实际应用中不会灵活运用。通过这次课程设计，紧密结 合书本中的理论， 在实践中检验自己的知识和水平。 原来理论上模糊 和印象不深的地方得到了补偿， 加深了对基本原理的理解和消化， 所 学的理论知识得到巩固和提高。实习是一次用自己的眼和耳去感受环境的机会， 大学生的实习阶 段就是理论用于实践， 并接受实践检验的过程， 也是我们自我提升自 我完善的过程。为期

17、一周的数字电路课程设计实习很短暂， 但我们的收获是全面 的，感受是丰富的，让我受益匪浅。对数字电路的专业知识以及两个 课程设计的操作软件： MAX+plus II 和 EDA6000 ，也有了更为详尽、 深刻、全面的了解；收获了许多经验；对知识的应用能力有了大大地 提高；掌握的技巧已不再局限于课堂、书本。这次课程设计的课题， 也与我们的生活紧密相关， 当理论与实际 相结合，就能更加激发学习的积极性。 尽管在这个过程中遇到了不少困难和条件的限制，但当看到最后的实验效果时，一切都是值得的我希望在今后都能充分发挥自己的主观能动性， 积极投入到每一 项设计实习中去。我会更加虚心学习，经常吸取教训、总结经验，不 断提高自己的能力。心得体会在设计之前，参考了许多相关的资料，从网络上下载了原理图。 在设计中又参考了以前讲过的四路抢答器的原理图，有了基本的思 路。此次课程设计可以使得我们把平时课堂上学的理论知识运用到 实际中 ,通过课程设计的独立完成 ,可以加深我们对理论知识的理解， 为以后下一步的学习打下基础 . 并且通过查阅参考文献资料，培养了 我们独立分析和解决实际问题的能力。通过这次 EDA 课程设计实习 , 在了解到抢答器的基本工作原理 的同时，我还基本掌握了