抢-答-器-电-路-设-计

抢答器电路设计一、设计任务与要求1．可容纳四组参赛的数字式抢答器；2．当某台参赛者按下抢答开关时，由数码管显示该台编号并伴有声响。此时，抢答器不再接收其他输入信号；3．电路具有定时功能。要求答复下列问题的时间≤60秒〔显示为00~59〕，时间显示采用倒计时方式。当到达限定时间时，发出声响提示；4.具有计分功能。要求能设定初始分值，能进行加减分；5.在复位状态下台号数码管不作任何显示〔灭灯〕二、方案设计与论证1．数字抢答器总体方框图

如图(1)所示为抢答器电路总体方框图。其工作流程为：接通电源后，主持人将开关拨到“复位”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯；主持人将开关置“开始”状态，抢答器开始工作，等待选手抢答，采用优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示；当某台参赛者按下抢答开关时，由数码管显示该台编号并伴有声响。此时，抢答器不再接收其他输入信号。那么主持人宣布该选手抢答成功，同时启动定时器，让选手在规定时间内作答，时间显示采用倒计时方式。当到达限定时间时，发出声响提示；如果再次抢答必须由主持人再次操作"复位"和"开始"状态开关。图〔1〕方案一、采用74LS175构成四路抢答器，555定时器接成多谐振荡电路，提供脉冲信号，74LS148与74LS48译码器接到七段显示数码管显示出选手编号，74LS192设计成倒计时与计分局部电路。方案二、用组合逻辑器件CD4511构成四路抢答器。CD4511实现优先抢答的锁存、编号进直接把锁存器的输出转化8421BCD码，数码管显示先抢答者的编号，同时四路抢答器发出响声；主持人通过“复位”按钮去除数码管的显示和停止响声。结论：通过比拟可以得，方案一更可行，相对来说，74系列芯片在Protues仿真软件中能够找到，且现实中比拟容易购置。芯片组上集成的功能高，用较少元器件的数目就能实现抢答器的各项功能。此外，74系列芯片用的比拟普及，数字电路课上详细介绍74LS系列芯片，因此运用起来比拟熟悉。三、单元电路设计与参数计算1．振荡电路 本系统电路需要产生脉冲信号，用于提供抢答器电路、倒计时电路及报警电路工作的控制脉冲。振荡电路可用555定时器组成，也可用石英晶体组成的振荡器经过分频得到。本次设计采用555定时器接成多谐振荡电路，根据电路的振荡周期公式：T=(R1+R2)CIn2，可计算出电路产生的频率。电路如下列图(2)所示：图〔2〕2.抢答器及编号显示电路

抢答品电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号并并伴有声响；二是封锁其他选手的输入信号，使按键操作无效。抢答器工作过程：开关RST置于"复位"端时，74LS175触发器的输入端均为０，４个触发器输出置０，使74LS148的＝０，使之处于工作状态。当开关RST置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态。假设选手〔如S1〕首先按下开关，使该端的信号输入为高电平，触发器的输入端D1接受该信号使输出Q1为高电平，相应的为低电平，这个低电平信号同时送到四输入与非门的输入端，再通过非门取反，输入到二输入与非门，另一端为脉冲。此时74LS175的时钟端CLK没有电平变化，因此74LS175没有CLK的的脉冲信号而不能接收开关S2、S3、S4控制端送入的信号。因此，该电路只接收第一个输入信号，即使其他选手也按下开关，信号也是输入不进去的，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。编号显示工作过程：当有选手按下了开关时，选手的编号可以被输出并记忆起来送到74LS148，74LS148的输出经74LS48译码器接到七段显示电路显示出选手编号。由于74LS175是低电平有效，可以将从74LS175输出端,分别接到其1，2，3，4端，其余的5，6，7端均接高电平，由于74LS148输出低电平有效，故经过74LS48取反后输入74LS48，如当ABC=“010”，那么七段显示编号“2”。在复位状态下台号数码管不作任何显示〔灭灯〕。抢答器及编号显示电路如下列图〔3〕所示：图〔3〕3.倒计时电路用两块74LS192芯片组成60进制减法计数器，首先使个位数的端口MR=0,PL=1，DN=CP，那么Q3Q2Q1Q0按减法规律计数，74LS192为十进制减法计数器，当个位数计到“0”时，那么TCD端产生退位，通过TCD端的输出作为十位数的脉冲。在十位数的74LS192芯片中，通过置数法使D0D1D2D3=“0110”，那么十位数的74LS192将进行六进制减法器。个位数的脉冲输入端DN接入一个频率为1HZ频率，那么此电路将产生60秒倒计时计数器。为了在倒计数为“00”时停止计数而不是继续60秒倒计时的循环，特意参加了一个JK边沿触发器。将两个74LS192的Q0Q1Q2Q3输出端通过或门送到JK触发器的时钟信号端CLK，同时J、K输入端连接高电平。，计时器一旦输出“00”时，或门的输出由低电变为高电平，使JK触发器的CLK从0到1，接收到一次上升沿的时钟信号，因而JK触发器此时Q输出为1，再把Q送到两个芯片的MR端，此时芯片就不再处于计数状态，因而可以做出来到“00”停止计时的效果。倒计时电路如图〔4〕所示：图〔4〕4.报警电路当到达限定时间10秒时，发出声响提示选手抓紧时间作答。通过或非门A2连接十位数74LS192的输出端Q0Q1Q2Q3，通过或门A1连接个位数74LS192的输出端Q0Q1Q2Q3，当十位数显示“0”时，个位数显示“9”时，A2的一输入端连接A1的输出，另一端接入1HZ的脉冲信号。A3的输出端与A2的输出端通过A4输出连接蜂鸣器，使之产生声响。报警电路如下列图〔5〕所示：图〔5〕5.计分电路通过74LS192连接成计数器，可以进行加、减，当UP端为低电平时，可以进行加法，当DN端为低电平时，可以进行减法。中选手作答后，根据选手答题的情况来进行加分或减分。每答对一题得一分，答错一题扣一分，最高分为9分，最低分为0。计分电路如图〔6〕所示：图〔6〕四、总电路工作原理及元器件清单1．总原理图2．电路完整工作过程描述当主持人按下抢答“开关”后，选手进行抢答，抢答优先者获得答复的权力，某台参赛者按下抢答开关时，由数码管显示该台编号并伴有声响。此时，抢答器不再接收其他输入信号。那么主持人宣布该选手抢答成功，同时启动定时器，让选手在60秒内作答，时间显示采用倒计时方式。当作答时间仅剩10秒时，通过蜂鸣器发出声响提示，如果到了显示“00”时，计时器不再进行倒数而停留在“00”状态。根据选手作答的情况，那么主持人会对该选手进行相应的计分，如果在规定的60秒内答复正确，那么相应加1分，否那么扣1分，选手的总分数通过计分显示出来。如果再次抢答必须由主持人再次操作"复位"和"开始"状态开关，所有的显示及工作状态回到初始状态以便进行下一次答题。3．元件清单元件序号型号主要参数数量备注174LS1926十进制计数器274LS1751四个D触发器374LS471七段数码管译码器474LS14818线-3线优先编码器574LS045反相器67SEG-COM1数码管77SEG-BCD6数码管874LS002二输入与非门974LS132四输入与非门10JKFF1JK触发器11BUZZER3V5蜂鸣器12RES5.1K2电阻13BUTTON13开关按键14NE5551555定时器1574LS081二输入与门16OR_41四输入或门五、仿真调试与分析主持人将开关拨到“复位”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯；主持人将开关置“开始”状态，抢答器开始工作，等待选手抢答，采用优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示；当某台参赛者按下抢答开关时，由数码管显示该台编号并伴有声响。此时，抢答器不再接收其他输入信号。主持人宣布选手作答，启动60秒倒计时，当作答时间仅剩10秒时，蜂鸣器发出声响警告，当倒计时为“00”时，倒计时停留在“00”状态，不再继续循环。主持人根据选手作答情况，进行相应的加分或扣分。六、结论与心得历时一周的数字电子课程设计，按照设计任务顺利完成了各项要求。课程设计选题之时，挑选了抢答器的设计，因为这项任务有点熟悉，又有点难度，并且具有趣味性与实用性，一周的时间完成应该不成问题。通过这次课程设计，我感觉自己对于数电知识不够扎实，深感“书到用时方恨少”，以前的学习过程过于浮浅，只是流于外表的理解，而现在要做课程设计，就不得不要求我们对所用到的知识有更深层次的理解。因为课程设计的内容比及书本中的理论知识而言，更接近于现实生活，而理论到实践的转化往往是一个艰难的过程，因此重拾教材与实验手册，对知识系统而全面进行了梳理，掌握芯片的使用，从而了解了很多元件的功能，如何在实践中运用，如74LS148与74LS48的有机结合,领悟诸多在平时学习难以理解掌握的较难知识，特别对555定时器接成多谐振荡电路局部。在这次课程设计中，用protues仿真软件进行调试与仿真，把整个抢答器电路划分为几个小模块，自底向上的设计思路，再有机地把各个模块结合起来，不断的调试，改正其中的错误，有时一个小小的错误导致整个系统电路不能正常的工作，因此必须注重其中的小细节。此外，我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起