1、八人数字抢答器一、 设计任务与要求二、 设计目的三、 抢答器的系统概述3.1抢答器的工作原理3.2抢答器的系统需求分析3.3抢答器的工作流程3.4抢答器的工作过程四、 抢答器的电路设计4.1抢答器的总体结构4.2优先判断与编号锁存电路五、 抢答器的单元设计电路5.1抢答器设计中的优先编码电路5.2抢答器设计中的定时电路5.3抢答器设计中的报警电路5.4抢答器设计中的时序控制电路5.5七段显示译码器与数码管5.6抢答器的优点及组成六、 总结与体会参考文献设计任务与要求1.抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮SO S7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
2、。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（如 30秒）。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，声响 持续的时间0.5秒左右。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00。二、 设计目的
3、通过课程设计，对数字逻辑的基本内容有进一步的了解， 特别是时序逻辑电 路的设计。能把上学期学到的数字逻辑理论知识进行实践，操作。在提高动手能 力的同时对常用的集成芯片有一定的了解， 在电路设计方面有感性的认识。而且在进行电路设计的时候遇到问题，通过独立的思考有利于提高解决问题的能力。 在经过课程设计后，更明白数字逻辑电路设计的一般方法， 以及在遇到困难怎么 排除问题。三、 抢答器的系统概述3.1抢答器的工作原理简介如图3-1所示为抢答器的结构框图，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选 手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手
4、抢答。扩展电路完成检测数码管 工作情况。其工作原理为：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；主持人将开关置于 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图3-1 抢答器结构框图3.2抢答器系统的需求分析1、 在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效。2、 抢答限定时间和回答问题的时间可是在 199s设定。
5、3、 可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示。4、 抢答时间和回答问题时间倒记时显示，时间完后系统自动复位。5、 按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。3.3抢答器的工作流程抢答器的基本工作原理：在抢答竞赛或呼叫时，有多个信号同时或不同时送 入主电路中，抢答器内部的寄存器工作，并识别、记录第一个号码，同时内部的 定时器开始工作，记录有关时间并产生超时信号。在整个抢答器工作过程中，显 示电路、语音电路等还要根据现场的实际情况向外电路输出相应信号。 抢答器的工作流程分为、系统复位、正常流程、违例流程等几部分，如图 3-2所示。图3-2抢答器的工作流程3.4抢答器的工作过程1、
6、如果想调节抢答时间或答题时间，按加一键或减一键进入调节状态，此 时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值，如想加一秒按一下加1s键，如果想 减一秒按一下减1s键，时间LED上会显示改变后的时间，调整范围为099s, Os 时再减1s会跳到99，99s时再加1s会变到Os。2、 主持人按抢答开始键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设 15s 抢答时间），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时（预设10s抢答时间），不进行抢答查询，所以只有第一个按抢答的选手有效。 倒数时间到小于5s会每秒响一下提示音。3、 如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按 停止按键，系统会自 动
7、进入准备状态，等待主持人按抢答开始进入下次抢答计时。4、 如果主持人未按抢答开始键，而有人按了抢答按键，犯规抢答， LED 上不断闪烁FF和犯规号数并响个不停，直到按下停止键为止。总而言之，本课题利用简单逻辑数字电路设计了抢答器， 该抢答器增加了新功能、提高了系统的可靠性、简化了电路结构、节约了成本，是一个实用的工程 设计。四、抢答器的电路设计4.1抢答器的总体结构如图4-1所示为总电路图，图4-2所示为总体方框图。接通电源后，后台工作 人员将检测开关SS “检测”状态，数码管在正常清除下，显示“ 日”；当后台 工作人员将检测开关S置“抢答”状态，主持按系统清除按键，抢答器处于禁止 状态，编号
8、显示器灭灯；主持人松开，宣布“开始”，抢答器工作。选手按动抢 答按键，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示。当一轮抢答之后，优先 抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。如果再次抢答必须由主持人 再次按动系统清除按键。图4-1总电路图检测按钮抢答按键| T |优先编码器| T |锁存器| T |译福显示器| T QT T _主持人按键I 图4-2 总体方框图4.2优先判断与编号锁存电路74LS148 和优先判断与编号锁存电路如图4-3所示。电路选用优先编码器 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；二是禁止其他选手按键，
9、其按键操作无效。工作 过程：系统清除按键按动时，74LS279的四个RS触发器的置0端均为0,使四 个触发器均被置0。1Q为0,使74LS148的使能端EN =0, 74LS148处于允许编 码状态，同时1Q为0,使74LS48的灭灯输入端BI =0,数码管无显示。这时抢 答器处于准备抢答状态。当系统清除按键松开时，抢答器处于等待状态。当有选手将按键开关按下时， 抢答器将接受并显示抢答结果，假设按下的是S4,则74LS148的编码输出为011, 此代码送入74LS279锁存后，使4Q3Q2Q=100,亦即74LS148的输入为0100;又74LS148的优先编码标志输出GS为0,使 1Q=1，
10、即BI =1, 74LS48处于译码状态，译码的结果显示为“ 4”同时1Q=1, 使74LS148的EN =1, 74LS148处于禁止状态，从而封锁了其他按键的输入。此 外，当优先抢答者的按键松开再按下时，由于仍为 1Q=1，使EN =1, 74LS148仍处于禁止状态，确保不会接受二次按键时的输入信号，保证了抢答者的优先性。（74LS148为8线3线优先编码器，表4-1为其真值表，图4-4为逻辑图；74LS279为四个/R /S锁存器，表4-2为其真值表，图4-5为逻辑图。）1Q2Q3Q4Q图4-3 优先判断与编号锁存电路In putsOutputsEl01234567A2A1A0GSEO
11、1XXXXXXXX11111011111111111100XXXXXXX0000010XXXXXX01001010XXXXX011010010XXXX0111011010XXX01111100010XX011111101010X01111111100100111111111001表4-1 74LS148 真值表引脚说明：0一一7 编码输入端（低电平有数）EI 选通输入端J低电畔有数）AO. Ak A2编码输出端（低电丰有妬 GS 宽展端（低电平有数）E0 选逼输出端图4-4 74LS148 逻辑图In putsOutputsSRQ1iQo0i11o00ox表4-2 74LS279 真值表T r
12、z16 Vet1514S14 4R13|4QL 匡 帀H13S*11 3Sb10|3KJ3QT引脚说明：104Q/1S/4S/1R /4R1RsiSB1Q2R2S2QND1 1 Gm c低电平有效） 复位端（低电平有效）图4-5 74LS279 逻辑图五、抢答器的单兀电路设计简易逻辑数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。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； 用控制电路和主持人开关启动报 警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信 号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。现简单介绍抢答器设计中的优 先编码电路、定时电路、报警电路、时序控
13、制电路、七段显示数码器及译码管电 路。5.1抢答器设计中的优先编码电路参考电路如图5-1所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后， 并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键 操作无效。工作过程：开关S置于 清除”端时，RS触发器的R端均为0, 4个触发器 输出置0,使74LS148的ST =，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，当有选手将键按下时（如按下 S5），74LS148的输出丫2丫1丫0 =01QYex =，经 RS 锁存后，1Q=1, Bl =1, 74LS48 处于工作状态， 4Q3Q2Q=101,经译码显示为
14、“5。此外，1Q=1，使74LS148ST =丄_，处于禁 止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时， 74LS148的Yex =1,此时由于仍为1Q=1，使ST =1,所以74LS148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。如有再次抢答需由主持人将S开关 重新置于清除”然后再进行下一轮抢答（74LS148为8线3线优先编码器。表 5-1为74LS148的功能真值表。）图5-1优先编码电路输入输出丽7nYsx *1XVs-XXXXX11111011111111111100XSA*XXXKXX0000010XHXXX01001010XXXX011010010
15、XXX01110111DXX01111100a10X01111110101001111111100100111111111101表5-1 74LS148的功能真值表5.2抢答器设计中的定时电路由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，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。 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，具体电路如图5-2所示。本设 计是以555构成震荡电路，由74LS192来充当计数器，构成抢答器的倒计时电 路。该电路简单，无需用到晶振，芯片都是市场上容易购得的。设计功能完善， 能实现直接清零、启动。龙歼爭I1
16、S号*5图5-2定时电路5.3抢答器设计中的报警电路由555定时器和三极管构成的报警电路如图 5-3所示。其中555构成多谐振 荡器，振荡频率fo = 1. 43/ (RI + 2R2) C,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。+5V.图5-3报警电路5.4抢答器设计中的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人 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，
17、同时抢答电路和定时电路停 止工作。图5-4时序控制电路根据上面的功能要求，设计的时序控制电路如图 5-4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的输人 使能端。图4-3的工作原理是：主持人控制开关从清除位置拨到开始位置时， 来自于图4-1中的74LS279的输出1Q=0,经G3反相，A = 1,则时钟信号CP 能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时 时间未到时，则定时到信号为1,门G2的输出ST=o，使74LS148处于正常 工作状态，从而实现功能的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q= 1， 经G3反
18、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ST=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能的要求。当定时时 间到时，则定时到信号为0，ST=1, 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。5.5七段显示译码器与数码管七段显示译码器与数码管如下图 5-5所示。7段显示译码74LS48将锁存器74LS279的信号译码，输出给数码管。当后台工作人员将 S置于GND, LT =0, 使灯测试输入端（图
19、中3号）=1,这时测试数码管工作情况；当后台工作人员将S置于Vcc, LT =1，使灯测试输入端（图中3号）=1,这时正常译码。（74LS48为4线七段译码器/驱动器，表5-2为其真值表，图5-6为逻辑图）图5-5 7 段显示译码器与数码管In puts OutputsLTRBIDCBAabcdefgBI / RBO01100001111111011X00011011000021X00101110110131X00111111100141X01001011001151X01011101101161X01101001111171X01111111000081X10001111111191X100
20、111110000101X101010001101111X101110011001121X110010100011131X110111001011141X111010001111151X111110000000BIXXXXXX00000000RBI10000000000000LT0XXXXX11111111表5-2 74LS48真值表引脚说明：AC A3译码地址输入端BT7RB0 消隐输入低电平有数）/脉冲消隐输出（低电平有效）H 灯测试输入端低电平有效）颐 脉冲消隐输入端低电平有玻）%一一尢段输出图5-6 74LS48 逻辑图5.6抢答器的优点及组成在知识比赛中，特别是做抢答题目的时候，在抢
21、答过程中，为了知道哪一组 或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，靠 视觉是很难判断出哪组先答题。利用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以 解决，即使两组的抢答时间相差几微秒， 也可分辨出哪组优先答题。本文主要介 绍了简单逻辑数字电路抢答器的设计及工作原理，以及它的实际用途。六、总结与体会（自己写）参考文献1赵保经等中国集成电路大全TTL集成电路分册M.北京：国防出版社， 1985. 429-450，649-651，639-640.2毛法尧等.数字逻辑M. 武汉：华中理工大学出版社， 1996，176-178，3康华光,邹寿彬.电子技术基础数字部分（第四版）M.北
22、京：高等教育 出版社,2005，144-146，162-163.4谢自美.电子线路设计实验测试M.华中科技大学出版社,2007 ,44-47.5刘海燕.数字电路制作与调试M.电子工业出版社,2008.05 ，01-04.6谢自美.电子线路设计实验测试 （第二版）M.上海：电子工业出版 社,2001，66-71.六心得体会在设计之前，参考了许多相关的资料。 在设计中又参考了以前讲过的四路抢答器的原理图, 有了基本的思路。但着手设计时，又出现了许多未预料到的问题，例如元件的选择：在选择编码器时，是采 用普通编码器还是优先编码器。普通编码器中，任何时刻只允许输入一个编码信号，否则 输出将发生混乱。所
23、以选择了优先编码器。但是 74LS系列中众多不同管脚的类型，选择哪个作编码器。经过查找，选择了 74LS192，因为想用数字的形式显示抢答者的编号，所以选择了数码显示管，但数码显示管不能直接，数码显示管需要由 TTL或CMOS集成电路驱动，所以在TTL还是CMOS集成电路上又进行了比较和选择。最后选择了数显译码器， 用它将输出的二进制代码译成相对应的高、低信号，用其作为数码显示管的驱动信号，数 码显示管显示出相对应的选手编号。在音响电路中，根据设计需要选择了 555定时器。在一些设计原理上也遇到了许多新问题。发现当电源接通后，无论有无人按按钮都会使音乐集成电路通电发出声响，经同学以及老师的指证
24、，发现导通的原因，并及时的改正。通过这次八路抢答器的设计，我发现了以往学习中的许多不足，也让我掌握了以往许多掌握的不太牢的知识，感觉学到了很多东西。三周的课程设计，留给我印象最深的是要设计 一个成功的电路，必须要有耐性和坚持下去的毅力。在整个电路的安装调试的过程中，花 费时间最多的是各个元件电路的连接，电路的细节设计以及连完线路后的检查工作上，其 中在连接电路是出现问题比较多，在 555元件和74LS192元件的连接的调试的时候出现了问题在老师的指导和讲解下我门有了更深刻的认识，同时对元件的原理的功能了解的更多 更深刻。在这次过程中，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
25、的烦琐，有时花很长时间检查电路故障，分析原因，那时心中就有点灰心，有时还特别 想放弃，此时更需要静下心来，更仔细的查找原因。总之，这次实验过程中我受益匪浅，在摸索我和我的搭档实现了课题所要求的结果。培养了我的设计思维，增加了动手操作的能力。更让我体会到实现电路功能喜悦。八、课程设计体会这次课程设计的电路是比较复杂的。虽然以前在模电课程设计中接触过一些 电子电路，但在初期还是感到无从下手。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，上机仿真以及接线调试，终于使整个电路可
26、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，只要你的设计思路是成功的，那你的 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。实验阶段可以说是这次设计中最重要的部分，因为以前的只是理论而不是真 正的实体。所以说它是最重要的。实验阶段我们遇到的问题有：对软件不熟悉；对 实验过程中信号的测量知识学习很少；因为各个模块是分开做而后又组装到一起 的，所以兼容性不是很好（也就是不能融合为一个整体，部分工作能行但是接到一 起就会出现问题）；针对以上几个问题我们作出了以下的“对策”:软件不熟悉，就借 来参考书，一步一步的对着学，而且老师给的资料上也有软件的使用说明，所以随 着接触的增加软件也就越来越熟悉，这方面的问题不是太难因为一边理论一边学习 正好是学习的
