四路抢答器电路设计(1)

电 子 课 程 设 计 题目抢答器电路设计 系 别 电气与电子工程系 专 业 自动化 姓 名 学 号 指导老师 河南城建学院 2011年6月19日 一、设计目的 1、学习数字电路中的优先编码器、锁存器 、多谐振荡器、译码器、数据显示管 的综合应用。 2、熟识抢答器的工作原理 3、了解数字系统设计，调试及故障解除方法。 二、设计要求 1、四组参赛者进行抢答，当抢答组按下抢答按钮时，抢答器能精确的推断 出抢答者。 2、抢答器应具有互锁功能，及某组抢答后能自动封锁其他各组进行抢答。 3、抢答器应具有限时功能，及限制抢答时间、答题时间等，要求显示时间 数据。 4、系统具有一个总的复位开关。 三、电路的总体结构 1，方案比较 1、电路的总体原理框图 显示电路 定时电路 译码器电路 显示电路 秒脉冲产生电路 优先编码器电路 限制电路 抢答按钮 锁存器 主持人限制开关 译码器 2，单元电路设计 1抢答电路设计 设计电路如图2所示。电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 来完成。该电路主要完成两个功能一是辨别出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采纳七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。 图2 工作过程开关S置于清除端时，RS触发器的 R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标记端（图中5号端）＝0，使之处于工作状态。当开关S置于起先时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，CTR1,RBO图中4端 1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q101,经译码显示为“5”。此外，CTR＝１，使74LS148 优先编码工作标记端（图中5号端）＝１，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为CTR＝１，使优先编码工作标记端（图中5号端）＝１，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。74LS148为8线－3线优先编码器，表1为其功能表。 （2） 定时电路设计 节目主持人依据抢答器的难易程度，设计一次抢答的时间，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电路供应。详细电路如图3。 原理及设计该部分主要由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、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。详细电路如图3所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路供应。原理及设计该部分主要由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、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。详细电路如图3所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号 图3 四、 由时钟产生电路供应。按键弹起后，计数器起先减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG 上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；假如没有人抢答，且倒计时时间到时， 输出低电平到时序限制电路，限制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。结合我们的实际阅历及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为R115K，R268K，C10uF，代入到上式中即得 ，即秒脉冲。 （3）时序限制电路设计 时序限制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能。 1 主持人将限制开关拨到“起先”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按键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。 图5 3 当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，定时和定时电路停止工作。 依据上面的功能要求，设计的时序限制电路如（图5）所示。图中，门G1 的作用是限制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是限制74LS148的输人使能端 。图11、4的工作原理是主持人限制开关从清除位置拨到起先位置时，来自于（图2）中的74LS279的输出 1Q0，经G3反相， A＝1，则时钟信号CP能够加到74LS192的CPD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，则“定时到信号”为 1，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抢答键时，1Q＝1，经 G3反相， 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 1，74LS148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，则“定时到信号”为0， 1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时， 门G1处于关门状态，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。集成单稳触发器74LS121用于限制报警电路及发声的时间。 （3），元件选择 表1 序号 器件名称 数量 备注 1 74LS148 1 优先编码器 2 74LS192 1 同步减法计数器 3 555定时器 2 连接成多谐振荡与秒时钟脉冲 4 74LS22 1 与非门 5 74LS04 1 非门 6 74LS08 1 与门 7 74LS48 2 译码器 8 74LS121 1 单稳态振荡器 9 开关按纽S 5 10 扬声器 1 11 BCD七段显示器 2 共阴极 12 三极管 1 3DG12 13 电容 3 ， 14 电阻 17 15 发光二极管 2 （4） 整体电路 （5） 抢答器工作原理 抢答电路运用74ls279作为锁存电路，当有人抢答时， 利用锁存器的输出信号号将时钟脉冲置零，74ls279马上被锁存，同时蜂鸣器鸣叫1s，这时抢答无效，运用74ls148作为编码器，对输入的型号进行编码，输出4位的BCD码，再将这四位的BCD码输入共阴数码管里显示出抢答者的编号。 主持人电路；利用74ls192计数器作为倒计时的芯片，当主持人按下抢答按钮时，74ls192被置九，同时将显示上次抢到题目的选手编号的数码管清零，