六路抢答器课程设计详解.docx

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六路抢答器课程设计详解

井冈山大学

数字电子技术课程设计

设计题目：

六路抢答器的设计

姓名：

学院：

专业：

班级：

学号：

2.1.3总电路框图..............................................................................................................4

2.2.3报警电路..................................................................................................................9

4.3计时锁定..........................................................................................................................12

一、实验目的

通过八路数字抢答器的设计实验，要求学生回顾所学数字电子技术的基础理论和基础实验，掌握组合电路、时序电路、编程器件和任意集成电路的综合使用及设计方法，熟悉掌握优先编码器、触发器、计数器、单脉冲触发器、555电路、译码/驱动电路的应用方法，熟悉掌握时序电路的设计方法。

达到数字实验课程大纲所要求掌握的基本内容。

二、设计及原理

2.1.1设计要求

1．抢答器同时供6名选手或6个代表队比赛。

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。

4.抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人定。

5.参赛选手在设定的时间内抢答，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00。

2.1.2设计思路

①本题的根本任务是准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。

实现这一功能可选择使用触发器或锁存器等。

在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信号无效。

同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。

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组别，也可以用发光二极管直接指示出组别。

③在主持人没有按下开始抢答按钮前，参赛者的抢答开关无效；当主持人按下开始抢答按钮后，开始进行30秒倒计时，此时，若有组别抢，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，仍无组别抢答，则计时指示灯灭表示“时间已到”，主持人清零后开始新一轮抢答

2.1.3总电路框图

图2-1总电路框图

2.2各模块设计方案及原理

2.2.1抢答电路

此部分电路主要完成的功能是实现6路选手抢答并进行锁存，同时有相应发光二极管点亮和数码显示。

使用优先编码器74LS48和锁存器74LS279来完成。

该电路主要完成两个功能：

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（显示电路采用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。

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74LS279的优先编码工作标志端＝0，使之处于工作状态。

当开关S置于"开始"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），74LS279的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO=1,七段显示电路74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。

此外，CTR＝

1，使74LS279优先编码工作标志端＝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，74LS279的此时由于仍为CTR＝1，使优先编码工作标志端＝1，5所以74LS279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。

只要有一组选手先按下抢答器，就会将编码器锁死，不再对其他组进行编码。

通过74LS48译码器使抢答组别数字显示0-7。

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。

原理图如下：

图2-2抢答模块原理图

表2-374LS279优先编码器功能表

输入

输出

EI

DO

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

A2

A1

A0

GS

EO

1

X

X

X

X

X

X

X

X

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

X

X

X

X

X

X

X

0

0

0

0

0

1

0

X

X

X

X

X

X

0

1

0

0

1

0

1

0

X

X

X

X

X

0

1

1

0

1

0

0

1

0

X

X

X

X

0

1

1

1

0

1

1

0

1

0

X

X

X

0

1

1

1

1

1

0

0

0

1

0

X

X

0

1

1

1

1

1

1

0

1

0

1

0

X

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

二进制译码器是将输入的二进制代码的各种状态按特定含义翻译成对应输出信号的电路。

也称为变量译码器。

若输入端有n位，代码组合就有2n个，当然可译出2n个输出信号。

显示译码器由译码输出和显示器配合使用，最常用的是BCD七段译码器。

其输出是驱动七段字形的七个信号，常见产品型号有74LS48、74LS47等。

字符显示器：

分段式显示是将字符由分布在同一平面上的若干段发光笔划组成。

电子计算器，数字万用表等显示器都是显示分段式数字。

而LED数码显示器是最常见的。

通常有红、绿、黄等颜色。

LED的死区电压较高，工作电压大约1.5~3V，驱动电流为几十毫安。

图1-3是七段LED数码管的引线图和显示数字情况。

74LS47译码驱动器输出是低电平有效，所以配接的数码管须采用共阳极接法；而74LS48译码驱动器输出是高电平有效，所以，配接的数码管须采用共阴极接法。

数码管常用型号有BS201、BS202等。

2.2.2倒计时电路

图2-5倒计时模块原理图

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8段数码管即相关电路组成。

完成的功能是当主持人按下开始抢答按钮后，进行30s倒计时，到0s时倒计时指示灯亮。

当有人抢答时，计时停止。

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提供。

74LS192的预置数控制端实现预置数时间，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。

按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。

74LS48的7，6，2，3引脚接受来自74LS192的输出信号并把它译码显示在数码管上。

74LS192的9，10，11，15引脚完成时间设定功能，本设计要求定时30秒，所以把左边的芯片的1，15引脚接高电位，期于的全接低位，使的初始时间设定为30秒。

555芯片完成产生秒脉冲的功能。

工作过程为：

抢答开始前，74LS192的置数端为低电位，处于初始状态，数码管显示为30，5引脚接高电位。

抢答开始后，秒脉冲冲推动右边的芯片开始倒记时，同时右边芯片产生的信号做为左边芯片的CP信号推动左边的芯片倒记时，完成十进制的倒记时功能。

当有人抢答后1Q的输出为1，经过非门后变为0，通过与门屏蔽了秒信号，停止记时，完成显示抢答时间的功能。

当记到了30秒时，左边的芯片产生的定时到信号输出为低电位，也屏蔽了秒信号，使得数码管显示为00。

二进制译码器是将输入的二进制代码的各种状态按特定含义翻译成对应输出信号的电路。

也称为变量译码器。

若输入端有n位，代码组合就有2n个，当然可译出2n个输出信号。

　　　显示译码器由译码输出和显示器配合使用，最常用的是BCD七段译码器。

其输出是驱动七段字形的七个信号，常见产品型号有74LS48、74LS47等。

　　　字符显示器：

分段式显示是将字符由分布在同一平面上的若干段发光笔划组成。

电子计算器，数字万用表等显示器都是显示分段式数字。

而LED数码显示器是最常见的。

通常有红、绿、黄等颜色。

LED的死区电压较高，工作电压大约1.5~3V，驱动电流为几十毫安。

图1-3是七段LED数码管的引线图和显示数字情况。

74LS47译码驱动器输出是低电平有效，所以配接的数码管须采用共阳极接法；而74LS48译码驱动器输出是高电平有效，所以，配接的数码管须采用共阴极接法。

数码管常用型号有BS201、BS202等。

图1-4（a）是共阴式LED数码管的原理图，使用时，公阴极接地，7个阳极a~g由相应的BCD七段译码器来驱动。

3.2.3报警电路

图2-6报警电路

报警电路由74LS74D来将信号转化为报警器的声音。

三、电路仿真及分析

接通电源，主持人调节好开关，倒计时开关打到20秒端，倒计时数码管显示20。

主持人拨动开关后，倒计时电路开始从20秒倒数，6路触点开关处于待命状态。

图3-1倒计时状态

若有选手按下所在开关（抢答），抢答电路显示选手所在编码（A～F），倒计时电路停止计时。

同时其他选手所在的开关被锁定，抢答无效。

图3-2抢答电路仿真

如果30秒倒计时结束后仍无人抢答，倒计时电路锁定为00，抢答不再有效。

这时只需主持人重新将开关打到预置段，整个电路全部回到初态。

准备进行下一轮抢答.

图3-3计时锁定

五.实验结果分析

①实验能准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。

实现这一功能可选择使用触发器或锁存器等。

在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信号无效。

同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。

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组别，也可以用发光二极管直接指示出组别。

③在主持人没有按下开始抢答按钮前，参赛者的抢答开关无效；当主持人按下开始抢答按钮后，开始进行30秒倒计时，此时，若有组别抢，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，仍无组别抢答，则计时指示灯灭表示“时间已到”，主持人清零后开始新一轮抢答。

、

六．心得体会

课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程，从理论到实践的过程中，学到了很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书上所没有的知识。

更是通过设计熟练掌握了multisim和protel99se的使用。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合还是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的知识与实践结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考能力。

在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，在多种方案的选择中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后还是在通多次对电路的改进，上机仿真，终于使整个电路可稳定工作。

设计过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，

有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。

设计思路是最重要的，只要设计思路是成功的，那设计已经成功了一半。

因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。

设计单元电路阶段，这个阶段可以说是考察数电书本知识的阶段。

所有的设计方法还有步骤在数电书上都有，而且还有例题。

这个阶段遇到的主要问题就是以前的知识忘记不少，所以做设计的时候要常随手翻阅课本，等于是做了几道数电作业题。

这个阶段的难度也不是很大，一般翻课本就可以找到答案并解决问题。

通过这次的课程设计，知识上不但有了重要的收获，精神上的丰收更加可喜。

明白了学无止境的道理，当然最后的成功是自己很有成就感。

附录

3.2元器件清单

序号

元器件名称

型号参数

数量

1

开关

8

2

电阻

330

24

3

电阻

15K

1

4

电阻

23K

1

5

电阻

10K

17

6

优先编码器

74ls148

1

7

锁存器

74ls279

2

8

译码器

74ls48

3

9

与非门

74LS00D

2

10

电源

5V

8

11

电容

100n

2

12

非门

74ls04d

4

13

蜂鸣器

BUZZER200Hz

1

14

555计时器

LM555CN

1

15

触发器

74LS74D

1

16

加法器

DSWPK8

1

四．总电路图

4-1总电路图

主要参考文献

1、《数字电子技术》（第三版）

2、《电路CAD讲义》

3、《数字电路逻辑设计》王毓银

4、XX文库资料

5.《数字电路实验与课程设计》吕思忠、施齐云