8路智力竞赛抢答器方案完整方案.docx
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8路智力竞赛抢答器方案完整方案
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级计算机控制技术
学生姓名:
学号:
指导教师:
白文忠职称:
讲师
指导小组组长:
教学班负责人:
提交日期:
2012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知识设计八路抢答器。
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,并与主持人开关相连接,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,设计编程简单,工作稳定可靠。
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号码,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号。
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
Abstract
Thisdesignmainlyintroducesseveralelectricaldesignwithknowledgeofeightwayresponder.Priorityencodercircuit,latch,decodercircuitwillbeteamsoftheinputsignalinthedisplayoutput,andhostswitchconnected,whichconstitutethemaincircuitoftheresponder.Afterwiring,wiring,commissioningworkformingdigitalansweringdevice.Withfewerperipheralcomponentfinishviestoanswerfirsttheentireprocess,designofeightwayresponder,programmingissimple,stableandreliablework.For8or8teamsviestoanswerfirst,andthe7digitaltubedisplayfirstrespondergroupnumber,automaticlockingotherpeopleansweraftereachinput,nootheranswer,theothergroupswitchoutofaction,andshowthefirstpressingtheanswerkeycategory.Onlywhenthehostpresstheresetbuttontoagainviestoanswerfirst.
Keywords:
Eightwayresponder;Timing;Time;Code;Decoding
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)时序控制电路的设计
(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个代表队参加比赛,其编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7,个用一个抢答按钮,按钮的编号与选手的编号相对应,分别是S
、S
、S
、S
、S
、S
、S
、S
。
2.给节目主持人设置一个控制开关,用来控制系统的清零(编号显示数码管灭灯)和抢答开始。
3.抢答器具有数据锁存和显示功能。
抢答开始,若有选手按抢答按钮,编号立即锁存,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一直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)。
当主持人启动“开始”键后,要求定时器立即减计时,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.如果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锁存器实现。
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。
但是,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序号,也可以用发光二极管直接指示出序号。
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”,主持人清零后开始新一轮抢答。
(二)原理框图
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,一是能分辨选手按键的先后,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1。
图1抢答器电路
其工作原理是:
当主持人的控制开关处于“清除”位置时,RS触发器的R端为低电平,输出端(4Q—1Q)全部为低电平,于是74LS48的RBI=0,显示器灭灯;74LS148的选通输入端ST=0,74LS148处于工作状态,此时锁存电路不工作。
当主持人将开关拨到“开始”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I7丶…丶I0输入信号。
当有选手将键按下时(如按下S5),74LS148的输出Y2Y1Y0=0,YEX=0,经RS锁存器后,CTR=1,B=1,74LS279处于工作状态;4Q3Q2Q=101,经74LS48译码,显示器显示“5”。
此外,CTR=1,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准确性。
当优先抢答者回答完为题后,有主持人操作控制开关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
节目主持人根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提供,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,输出跳变的原因是因为RC回路的反复充、放电过程导致输入端不断变化。
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-R1-R2-地的充电回路,充电过程使6、2端的电位不断提高,高到2/3Ucc
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腿悬空与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
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。
图3报警电路
(四)时序控制电路的设计
时序控制电路是抢答器设计的关键,他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,抢答器和定时电路进入正常工作状态。
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以及图2-12和图2-13,设计的时序控制电路如图2-15所示。
图中,门G1的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止,门G2的作用是控制74LS148的输入使能端
。
图2-15(a)的工作原理是:
主持人将控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时,来自于图2-12中的74LS279的输出CTR=0,经G3反相,A=1,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
,G2的输出
,使74LS148处于正常工作状态,从而实现功能①的要求。
当选手在定时长时间内按动抢答键时,CTR=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
,74LS148处于禁止工作状态,从而实现功能②的要求。
当定时时间倒时,来自74LS192的
,
,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。
74LS121用于控制报警电路及发声的时间。
(a)抢答定时电路的时序控制电路
(b)报警电路的时序控制电路
图4时序控制电路
(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。
图4整机电路
四、元器件明细表
序号
编号
名称
数量
1
74LS148
优先编码器
1
2
74LS192
十进制可逆计数器
2
3
74LS279
RS锁存器
4
4
74LS48
译码器
3
5
U5
共阳数码管
1
6
Key
开关
9
7
R1
1千欧阻排
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;《数字电路与逻辑设计》
[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)成绩评定
指导教师评语:
指导教师
2012年月日
成绩评定等级
2012年月日
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