数电抢答器.docx
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数电抢答器.docx
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数电抢答器
智力竞赛抢答器的设计
一、概述
1.实际意义:
为了准确找出第一个抢答者,在很多电视节目和公共场所运用到抢答器,现实生活中人脑对两个时间差很短的结果很难分辨出谁先谁后,为了公平起见,在很多情况下必须设置一个能分辨先后顺序的抢答器。
来显示出第一个抢答到人。
本次课设题目是让学生自己设计一个四人竞赛抢答电路,并具有显示能。
抢答开始厚若又选手按动强大按钮,编号立即锁存,并在LED数码管上显示选手的编号,同时扬声器给出音响提示。
此外,要封锁输入电路,禁止其他选手抢答。
2.技术指标:
(1)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;
(2)抢答器具有锁存与显示功能;
(3)抢答器具有定时抢答功能,定时时间为60秒,当主持人启动"开始"键后,定时器进行减计时;
(4)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00。
二、方案论证
方案一:
课设共实现抢答并锁存、倒计时、报警系统三方面功能。
根据题目要求共设计了两套方案,第一套方案是:
抢答电路功能用74LS148优先编码器和D触发器来先其抢答和锁功能,定时电路采用两个74LS192、555定时器和七段显示器来实现规定时间内抢答问题,报警电路用555定时器和一个扬声器来完成,当有选手抢答时,显示器会显示选手编号。
方案二:
抢答并锁存功能用74LS148优先编码器和SR锁存器完成,在选择SR锁存器时,由于软件所提供的芯片不能满足要求,也可以用两个与非门设置一个SR锁存器。
定时电路采用74LS192、74LS48和555定时器。
74LS148驱动七段LED显示器。
由于方案一所在用的用四个输入端时,电路仿真时会出现点错误。
报警系统所用元件为555定时器和一个扬声器,当有选手抢答时,扬声器会自动报警。
根据第一个方案的弊端,可采用第二套方案,其总体框图如图1所示。
图1.智力抢答器原理框图
三、电路设计
1.抢答电路
抢答器电路实现两个功能:
一是能分辨出第一个选手,并锁存优先强答者的编号并在译码器上显示,二是封锁其他选手,是其他选手的操作无效。
实现上述功能选用74LS148和组合的与非门(即SR锁存器),挡住主持人控制开关处于“清零”位置时,SR触发器的R端处于低电平,触发器输出全为零,于是74LS148的BI为零,显示器熄灭。
当主持人控制开关处于“开始”状态时,优先编码器和锁存电路同时处于工作状态,当有选手按到开关时,经过门电路组成的锁存器后,BI为高电平,经过74LS48译码后,LED显示器显示选手的号码。
此外BI经过非门和与非门来控制选通输入端EI来禁止其他选手的输入。
其电图如图2所示。
图2.抢答器电路图
(1)优先编码器
根据设计要求,用一片74LS148优先编码器,电路允许同时输入两个以上的编码信号,不过优先编码器已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。
当几个输入信号同时出现时,只对其中优先权最高的一个进行编码。
当有选手输入信号时,通过选通输入端EI使其它选手输入无效,另外它的输入和输出均以低电平为有效信号。
其芯片如图3所示,功能表如表1所示。
表1.74LS148功能表
图3.74LS148芯片
(2)锁存器
锁存器来实现选手的锁存,可以用74LS279但在软件中找不到相应的芯片,可以用组合的与非门设计一个锁存器(即SR锁存器),RS触发器以低电平作为输入信号,当R’端为低电平,由于74LS148没有输入,S’都为1,所以输出端(4Q~1Q)全部为零。
当74LS有输入,相应的S’为零,所对应的输出端变为1,当输入退出时,S’重新变为1,而对应的输出端保持1不变,实现了所存功能。
其特性表如表2所示。
表2.SR锁存器的特性表
S’
R’
Q
Q*
1
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
1
1
2.定时电路
电路通过设定一次抢答时间(60s),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。
由电路可知低位片BO借位信号接到高位端的DWON上,每当低位减到零时,从高位借位,高位减一。
计数器的脉冲由555计时器提供。
当主持人按“开始”时,LED显示器自动倒计时,当减到00时,禁止抢答。
其电路图如图4所示。
图4.定时电路
(1)74LS192构成的六十进制计数器
74LS192是十进制可编程同步加减计数器,采用8421码二—十进制编码,并具有直接清零、置数、加减计数功能。
它构成的六十进制递减计数器电路原理图如下,低位片的BO2借位信号接到高位片的DWON上。
其如图5所示
图5.六十进制计数器
(2)74LS148驱动器和LED显示器
74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器,常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中,BI’/RBO’是一个双功能的输入、输出端。
作为输入端使用时,称为灭灯输入控制端。
其图如图6所示。
图6.显示器
3.报警电路
主要由555定时器组成多谐振荡电路,产生200HZ的脉冲,来驱动扬声器发出声音。
当有信号到达时,也就是PR为高电平,振荡器工作,平时保持平不变。
其路图如图7。
图7.报警电路图
(1)555定时器
由555组成多谐振荡器,产生约为1khz的脉冲,来驱动扬声器发出声音。
当用信号来时,PR为高电平,振荡器工作,驱动负载。
平时保持低电平不变。
其图如图8所示。
图8.555定时器
四、性能的测试
当主持人控制开关处于“清除”位置时,RS触发器R端处于低电平,输出端(4Q~1Q)全部是低电平,于是LED显示器熄灭。
当主持人按到“开始”开关时,优先编码器和锁存电路都开始工作,即抢答器处于等待工作状态。
同时定时电路开始倒计时,时间为60s。
当有选手将键按下时。
LED显示器将显示选手的编号,74LS148处于禁止工作状态,其他按键的输入信号不会被接受。
同时定时电路也停止工作,显示抢答所剩余的时间,并伴随着扬声器发出短暂的声音。
当优先抢答者回答问题后,主持人操作控制开关A,使其他电路复位,进行下一轮抢答。
五、结论、性价比
电子电路设计由于实现的功能较多,给设计者带来一定的难度。
总体设计满足实验设计要求,但还是有一点不足,由于一些替换门电路的不稳定,会给电路显示带来一定的影响,本电路以使用芯片少,并且选用了比较简单的门电路,因此从整体设计思路来看,符合任务书的要求,在实现功能的同时,价钱也比较低。
六、课设体会及合理化建议
经过一周的课程设计,自己从中学到了很多,弥补了自己知识的空缺。
在课设过程中曾遇到了很多困难问题,虽然随学知识有限,难以解决一些复杂的问题。
但通过自己的努力,不断搜索有关资料并和同学们积极的讨论,使得一个个难题迎刃而解。
在总体设计完成时,仍然存在一些问题,通过不断改正,才使电路仿真正常。
课设题目也可以训练一个人的思维的创造性。
希望每一位同学能够独立完成课设题目,才会提升知识储存量。
在遇到问题时,要学会思考,只有经历了这个过程,才会感到成功时的喜悦。
参考文献
[1]童诗白,华成英主编.模拟电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,2006年
[2]戴伏生主编.基础电子电路设计与实践[M].北京:
国防工业出版社,2002年
[3]谭博学主编.集成电路原理与应用[M].北京:
电子工业出版社,2003年
[4]朱定华,陈林,吴建新编著.电子电路测试于试验[M].北京:
清华大学出版社,2004年
[5]王彩君,杨睿,周开邻主编.数字电路实验[M].北京:
国防工业出版社,2006年
[6]姚娅川,吴培明主编.数字电子技术[M].重庆:
重庆大学出版社,2006年
附录I总电路图
附录II元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
U18、U17
U14、U12
与非门
74s00D
8
2
U7、U8
十进制计数器
74ls192
2
3
U5、U11、U12
显示器
LED
3
4
U1
优先编码器
74LS48
1
5
U9
555计时器
2
6
U19
扬声器
1
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