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人生无际处,临川踏诗行。(未加注明皆为原创)

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四人抢答器  

2007-01-30 18:14:57|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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一、设计内容及要求

1、设计内容

设计一台供4名选手参加比赛的数字抢答器

2、设计要求

1)、抢答器同时供4名选手比赛,分别用4个按钮S0 S3表示。

2)、设置一个系统清除和抢答控制开关S,该开关由主持人控制。

3)、 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮,锁存相应的编号,并在LED数码管上显示,同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存,   优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

4)、抢答器具有定时抢答功能,且一次抢答的时间由主持人设定。当主持人启动“开始”键后,定时器进行减计时,同时扬声器发出短暂的声响。

5)、参赛选手在设定的时间内进行抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢答的时间,并保持到主持人将系统清除为止。

6)、如果定时时间已到,无人抢答,本次抢答无效,系统报警并禁止抢答,定时显示器上显示0

二、抢答器设计方案

1、设计方案

抢答器具有锁存、定时、显示和报警功能。即当抢答开始后,选手抢答按动按钮,锁存器锁存相应的选手编码,同时用LED数码管把选手的编码显示出来,并且开始抢答时间的倒计时,同时用LED数码管把选手的所剩抢答时间显示出来。而在选手按键抢答以及抢答时间倒计时到时的时候都有报警以提醒主持人和选手。抢答时间可设定(09秒),报警响声持续1秒。接通电源后,主持人将开关拨到“清除”状态,抢答器处于禁止状态,编号显示器灭灯,定时器显示设定时间;主持人将开关置“开始”状态,宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时,扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时,抢答器完成:优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后,定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。

 

2、系统框图

                     1

  当主持人宣布开始,定时电路开始秒脉冲电路的作用而进行到记时,并通过译码器在显示器中显示。报警电路给出声音提示。当选手首先某一开关键时,可通过编码器进行编码成二进制,触发锁存电路被触发,并在锁存器中锁存,在输出端产生相应的开关电平信息,同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱,最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。然后在译码器中译码,将编码器输出的8421BCD转换为数码管需要的逻辑状态。最后在显示电路中显示出所按键选手的号码。若有多个开关同时按下时,则在它们之间存在着随机竞争的问题,结果可能是它们中的任一个产生有效输出

三、单元电路设计及元器件选择

1、抢答电路

电路如图2所示。该电路完成两个功能:一是分辨出选手按键的先后,并锁定74LS148的功能真值表优先抢答者的编号,同时译码显示电路显示选手编号;二是要使其他选手随后的按键操作无效。其工作原理为:当主持人控制开关处于“清除”时,RS触发器的 端均为低电平,四个输出端全被封锁在低电平,于是74LS48译码器的 =0显示器灭灯。74LS148的选通输入端 =0,其处于工作状态,此时锁存电路不工作。当主持人将开关拨到“开始”时优先编码器和锁存器同时处于工作状态即抢答器处于等待工作状态,等待编码器的四个输入端输入信号。当有选手按键时,74LS148的输出经译码后,显示器显示所按键选手的号码。另外1Q=1使 端为高电平,优先编码器被禁止工作封锁其他选手按键的输入。当按下的键松开后,74LS148

 

                                                                              

 

2  抢答电路

但由于1Q维持高电平,所以编码器仍处于禁止工作状态,其他选手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准确性。当选手回答完毕,主持人控制开关S是抢答电路复位,以便进行下一轮抢答。

 

2、定时电路

 节目主持人根据抢答题的难易程度,设定一次抢答的时间,通过预置时间电路对计数器进行预置,如图3。如定时9秒,则应把74LS48对应的910115四个端子预置为“1001。计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供555。每来一个脉冲信号进行减计数一次。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计。

        3

3、报警电路

由555定时器和三极管构成的报警电路如图四所示。其中555构成多谐振荡器,振荡频率 ,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。

 4  

4、时序控制电路

时序控制电路是抢答器设计的关键,它要完成以下三项功能:

(1)主持人将控制开关拨到“开始”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键时,扬声器发声,抢答电路和定时电路停止工作。

(3)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。

根据上面的功能要求,设计的时序控制电路如图5所示。

                    

 

                       

 图6  抢答与定时时序控制电路

图6中,门 的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止,门 的作用是控制74LS148的输人使能端  。工作原理是:主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时,74LS279的输出 1Q=0 反相, A=1,则时钟信号CP能够加到74LS192的 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 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, 反相,A=0,封锁 CP信号,定时器处于保持工作状态;同时 的输出 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 74LS148处于禁止工作状态,禁止选手进行抢答。同时 处于关门状态,封锁 CP信号,使定时电路保持0状态不变,从而实现功能(3)的要求。集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间

5、元器件列表

                          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

 

四、4路抢答器总电路图(见附页)

 

五、心得体会

两周的课程设计使我们将课堂上的理论知识有了进步的了解,并增强了对数字电子技术这门课程的兴趣。了解了更多电子元件的工作原理,如:74LS12174LS48等。但同时也暴露出我在知识上掌握不足等缺点。其次在此次设计过程中由于我们频繁的使用一些电子绘图软件如:Auto CADPretell等,因此也使我在电脑绘图操作上有了进一步提高。所以在以后的学习生活中我会改正不足,努力学习培养自己独立思考的能力,从而更加适应社会。

六、参考文献

[1]  夏路易 石宗义, 电路原理图与电路板设计教程

[2]  赵淑范 王宪伟, 电子技术实验与课程设计

[3]  刘修文, 使用电子电路设计制作300

[4]  高吉祥,电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社

[5]  吕思忠,数子电路实验与课程设计.哈尔滨工业大学出版社

[6] 郑家龙,《集成电子技术基础教程》北京:高等教育出版社

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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