8路智力竞赛抢答器方案完整方案.docx

昆明工业职业技术学院课程设计设计题目：8路智力竞赛抢答器的设计班级：10级计算机限制技术一学生姓名：学号：指导老师：白文忠职称：讲师一指导小组组长：教学班负责人：提交日期：2023年月日8路智力竞赛抢答器的设计摘要本设计主要介绍用数电学问设计八路抢答器。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出，并及主持人开关相连接，即构成了抢答器的主体电路。经过布线、接线、调试等工作后数字抢答器成形。借助较少的外围元件完成抢答的整个过程，设计制作了八路抢答器，设计编程简洁，工作稳定牢靠。可供8人或8个代表队抢答，并用7段数码管显示首先抢答者的组别名码，有人抢答后自动闭锁其他各路输入，禁止其他人抢答，使其他组的开关失去作用，而显示最先按下抢答键的组别名。只有当主持人按下复位按键才能再次抢答。关键词：八路抢答器；定时；计时；编码；译码AbstractThisdesignmainlyintroducesseveralelectricaldesignwithknowledgeofeightwayresponder.Priorityencodercircuit,latch,decodercircuitwillbeteamsoftheinputsignalinthedisplayoutput,andhostswitchconnected,whichconstitutethemaincircuitoftheresonder.Afterwiring,wiring,commissioningworkformingdigitalansweringdevice.Withfewerperipheralcomponentfinishviestoanswerfirsttheentireprocess,designofeightwayresponder,programmingissimple,stableandreliablework.For8or8teamsviestoanswerfirst,andthe7digitaltubedisplayfirstrespondergroupnumber,automaticlockingotherpeopleansweraftereachinput,nootheranswer,theothergroupswitchoutofaction,andshowthefirstpressingtheanswerkeycategory.Onlywhenthehostpresstheresetbuttontoagainviestoanswerfirst.Keywords：Eightwayresponder；Timing；Time；Code；Decoding目录一、设计内容及设计要求（一）基本功能（二）扩展功能二、设计及原理（一）设计框图（二）设计原理三、抢答器的基本原理及电路的设计方法（一）抢答电路的的设计（二）定时电路的设计（三）报警电路的设计（四）时序限制电路的设计（五）整机电路的设计四、主要器件及功能（一）8线-3线优先编码器74LS148（二）十进制可逆计数器74LS192（三） 七段数码管译码器驱动器74LS48（四） 锁存器74LS148（五）555定时器五、元器件列表六、设计体会一、设计任务及设计要求（一）基本功能1 .设计一个智力抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加竞赛，其编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7,个用一个抢答按钮，按钮的编号及选手的编号相对应，分别是S。、S2、S3、S4、S5、S6、S7o2 .给节目主持人设置一个限制开关，用来限制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答起先。3 .抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答起先，若有选手按抢答按钮，编号立刻锁存，并在LED数码管上显示选手编号，同时扬声器发出音响提示。此外,要封锁输入电路，禁止其他选手抢答，并将优先抢答选手的编号始终保持到主持人将系统清零为止。（二）扩展功能1 .抢答器具有定时抢答，且一次抢答的时间长度可以由主持人设定（如30s）o当主持人启动“起先”键后，要求定时器立刻减计时，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0.5s左右。2 .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空的时间，并保持到主持人将系统清零为止。3 .假如定时抢答的时间已到，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，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00.二、设计及原理(一)设计原理1 .本设计的根本目的在于精确推断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可选择运用锁存器实现。在得到第一信号之后应立刻将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信号无效。但是，第一抢答信号应当在主持人发出抢答叮嘱之后才有效。2 .当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的序号，也可以用发光二极管干脆指示出序号。3 .在主持人没有按下起先抢答按钮前，参赛者的抢答开关无效；当主持人按下起先抢答按钮后，起先进行30秒倒计时，此时，若有选手抢答，显示该组别并使抢答指示灯亮表示“已有人抢答”；当计时时间到，仍无选手抢答，则计时指示灯灭表示“时间已到”，主持人清零后起先新一轮抢答。(二)原理框图抢答按钮优先编码电路锁存器译码电路显示电路主体电路主持人限制开关限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扩展电路三、抢答器基本原理及设计方法（一）抢答电路的设计抢答电路的功能有两个，一是能辨别选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号,供译码显示电路用，而是要使其他选手的操作无效。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Io图1抢答器电路其工作原理是：当主持人的限制开关处于“清除”位置时，RS触发器的R端为低电平，输出端（4Q1Q）全部为低电平，于是74LS48的RBrO,显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST=O,74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人将开关拨到“起先”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L、I。输入信号。当有选手将键按下时（如按下S5）,74LS148的输出Y2YiYo=O,YEX=O,经RS锁存器后，CTR=I,B=I,74LS279处于工作状态；4Q3Q2Q=101,经74LS48译码，显示器显示“5”。此外，CTR=I,使74LS148的ST端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其他按键的输入。当选手按下的键松开后，74LS148的YEX为高电平；但由于CTR维持高电平不变，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及抢答电路的精确性。当优先抢答者回答完为题后，有主持人操作限制开关S,使抢答电路复位，以便进行下一轮的抢答。（二）定时电路的设计节目主持人依据抢答题的难易程度，设定一次抢答时间的长度，通过预置时间电路对计数器进行预设。现选用十进制加/减计数器74LS192进行设计，计时器的时钟脉冲由秒脉冲电路供应，具体电路如图2。图2定时电路通过一个555定时器预设答题时间的长度。无稳态触发器的特点：无外输入信号,外围有RC元件，且6、2端短接在一起。无稳态触发器也称为多谐振荡器，其输出能够在“0”和“1”之间来回跳变，形成矩形波，输出跳变的缘由是因为RC回路的反复充、放电过程导致输入端不断变更。充放电过程能够自动切换反复进行的条件是：当输出为“1”,能够启动充电回路输入端电位不断抬高，高到逻辑“1”时，输出跳变为“0”；当输出为“0”，能够启动放电回路工作使输入端电位不断降低，低到逻辑“0”时，输出跳变为“1”，555电路充、放电过程可以通过7腿进行，也可以通过输出3腿进行。图中的多谐振荡器，充、电过程通过7腿进行切换，当输出为“1”，7腿悬空,启动UCC-RR2-地的充电回路，充电过程使6、2端的电位不断提高，高到23Ucc时，输出跳变为“0”。当输出为“1”，7腿对地短接，形成C-R2-7-地的放电回路，放电使的6、2端的电位不断降低，低到1/3UCC时，输出跳变为“1”，充、放电过程不断反复进行。该电路由电源对RC充电，由7腿到地对RC放电，而7腿悬空及对地短接恰好可以切换充、放电过程，从而完成计时。(三)报警电路的设计由555定时器和三极管构成的报警电路如图3所示。其中555定时器构成多谐振荡器，振荡频率为1雨1.43°(1÷23)Cta2m(l+22K;其输出信号经三极管推动扬声器。PR为限制信号，当PR为高电平常，多谐振荡器工作；反之，电路停振。-5VRi15KR68KQCi o. iuFORl8图3报警电路(四)时序限制电路的设计时序限制电路是抢答器设计的关键，他要完成以下三项功能：主持人将限制开关拨到“起先”位置时，扬声器发声，抢答器和定时电路进入正常工作状态。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。当设定的抢答时间到，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。依据上面的功能要求以及图2-12和图2-13,设计的时序限制电路如图2-15所示。图中，门Gl的作用是限制时钟信号CP的放行及禁止，门G2的作用是限制74LS148的输入使能端行。图2-15(a)的工作原理是：主持人将限制开关从“清除”位置拨到“起先”位置时，来自于图2-12中的74LS279的输出CTR=O,经G3反相，A=I,则从555输出端来的时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减记时；同时，在定时时间未到时，来自图2-13中74LS192的借位输出端j4=l,G2的输出豆二°,使74LS148处于正常工作状态，从而实现功能的要求。当选手在定时长时间内按动抢答键时，CTR=I,经G3反相，A=O,封锁CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出亘=】，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能的要求。当定时时间倒时，来自74LS192的"n=°,ST=If74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门Gl处于关门状态，封锁CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能的要求。74LS121用于限制报警电路及发声的时间。GiCTRB02STCPd(a)抢答定时电路的时序限制电路BO2-BQC IA74LS121C 2A Rcxt/ CcxtCcxt6PR ÷5VoIoOKj11T10z n p丁 IOuF(b)报警电路的时序限制电路图4时序限制电路(五)整机电路设计经过以上各单元电路的设计，从而得到了定时抢答器的整机电路，如图5所示。+5V图4整机电路四、元器件明细表序号编号名称数量174LS148优先编码器1274LS192十进制可逆计数器2374LS279RS锁存器4474LS48译码器35U5共阳数码管16Key开关97Rl1千欧阻排1五、参考文献1刘阿玲主编；电子技术2张昕主编；电路基础3刘陪植；数字电路及逻辑设计4兰吉昌；数字集成电路应用260例5熊年禄著；数字电路毕业设计（论文）成果评定指导老师评语：指导老师2023年月日成果评定等级2023年月日