1301编号四路智力竞赛抢答器设计

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1、重庆信息技术职业学院 毕业设计 题目 四路智力竞赛抢答器设计 选题性质：设计报告其他 院 系 电 子 工 程 学 院 专 业 电子信息工程技术 班 级 10 级 （2） 班 学 号 1 0 2 5 0 9 0 2 3 4 学生姓名 王 楷 指导教师 王 芳 莉 教务处制 2012 年 9 月 1 日 2013 届 电子工程 学院 2013 届 电子工程 学院 毕业设计选题审批单 年级 10 专业 电子 班级 2 班 学生姓名王 楷 学 号1025090234 选题四路智力抢答器设计 选题性质设计报告其他 选题论证： 指导教师初审意见： 签 名： 年 月 日 毕业设计工作领导小组审批意见： 签

2、名： 年 月 日 2013 届 电子工程 学院 2013 届 电子工程 学院 毕业设计开题报告及进度要求 年级 班级 学生姓名 学 号 指导教师 选题性质设计报告其他 选题 选题的目的和意义： 选题研究的主要内容和技术方案： 毕业设计工作时间2012 年 9 月 1 日 至 2012 年 10 月 20 日 毕业设计工作日程安排 时间段工作内容 9 月 1 日-9 月 8 日选题、开题、制定任务、开题 10 月 20 日完成毕业设计 指导教师意见：指导教师意见： 成果要求：成果要求： 签字： 签字： 年 月 日 年 月 日 重庆信息技术职业学院毕业设计 I 目目 录录 目 录I 摘 要 II

3、绪 论1 第 1 章 方案与论证 2 1.1 设计要求2 1.2 方案论证2 第 2 章 单元电路设计 4 2.1 抢答器按键保持与封锁电路 4 2.2 选手号码显示电路6 2.2.1 74LS148 优先编码器 6 2.2.2 74LS248 七段译码器 8 2.3 脉冲发生器电路 10 2.3.1 555 定时器10 2.4 8421BCD 码递减计数器电路12 2.4.1 十进制可逆计数器 74LS19212 2.5 抢答及限时鸣响电路 14 2.5.1 74LS04 非门 14 2.5.2 74LS02 与非门 15 总 结 17 参考文献 18 附录 总电路图19 附录 元器件清单2

4、0 重庆信息技术职业学院毕业设计 II 摘摘 要要 本文设计可供四人抢答的抢答器电路并对其进行仿真。首先本文提出了一种 控制以及计时电路的方案，并对其进行了论证。设计方案先利用 D 触发器及优先 编码器 74LS148N 组成的抢答电路实施抢答电路的运行，然后利用 555 集成电路 构成秒脉冲发生器；然后用其产生的矩形波触发倒计时计数器；运用输出的进位 电压控制计时器的停止，并发生警报。然后用 Multisim9 对电路进行仿真和整体 的性能指标测试。经过测验，得到了比较符合要求的仿真结果。 关键字关键字 ： D 触发器、优先编码器 74LS148、七段显示译码器 74LS48、555 集成电

5、路 重庆信息技术职业学院毕业设计 第 1 页 绪绪 论论 关于这次设计的用于多人竞赛抢答的器件，在现实生活中很常见，尤其是在 随着各种智益电视节目的不断发展，越来越多的竞赛抢答器被用在了其中，这种 抢答器的好处是不仅能够锻炼参赛选手的反应能力，而且能增加节目现场的紧张、 活跃气氛，让观众看得更有情趣。可见抢答器在现实生活中确实很实用，运用前 景非常广泛。 在知识竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一 位选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，只靠人的视 觉是很难判断出哪组先答题。这次设计就是用几个触发器以及三极管巧妙的设计 抢答器，使以上问题得以解决，即

6、使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪 组优先答题。本文主要介绍了抢答器的工作原理及设计，以及它的实际用途。 重庆信息技术职业学院毕业设计 第 2 页 第 1 章 方案与论证第 1 章 方案与论证 1.1 设计要求 设计要求 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。 1.2 方案论证 方案论证 方案一： 用 CD4511 、CD4068 各一个电阻，开关，三级管和

7、二级管若干及七段显示器 构成抢答电路。本电路的控制方法是利用开关进行输入编码当按键第一次就接下 时， 输出由 1111110 变为所接下的键值的 BCD 编码经 4068 8 输入与门和一个三级 管控制后输出 CD4511 第五脚使其从底电平变为高电平，从而锁住 CD4511，实现 抢答功能。计数器利用两个 CD40110 和 CD4011 组合成 60 秒的加法计数器。此电 路原理简单，制作方便，但显示不为倒计时，观看比较不方便。 方案二： 抢答电路由四个 D 触发器 74LS74N，或非门 4002BT，开关若干，优先编码器 74LS148 及七段显示器等组成。本电路的控制方法是利用开关进

8、行高低电位的输 入，当四个开关有一个有优先按下时，D 触发器的输出端输出的高电位通过或非 门进入其他 D 触发器的异步复位端从而使其他选手的输入信号锁存成无效。倒计 时电路由 74LS192, 七段显示器， 及 555 定时电路组成。 此电路的设计虽然较复杂， 但是能很好实现所要求的功能。 通过比较二个方案的特点，本电路采用方案二！ 智力竞赛抢答器的设计方框图如图 1.1 所示。包括抢答器电路，秒脉冲发生器 电路、计数器电路、译码与显示电路、报警电路和外部控制电路（辅助时序控制 电路）等六个部分组成。计时电路递减计时，每隔 1 秒钟，计时器减 1。其中抢答 器，计数器和控制电路是系统的主要部分

9、。抢答器电路完成抢答功能，计数器完 成 60 秒计时功能，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数器、暂停/连续计 数、译码显示电路的显示功能。当计时器递减计时到零（既定时时间到）时，显 示器上显示 00，同时警报灯点亮。 重庆信息技术职业学院毕业设计 第 3 页 抢答电路 显示电路 倒计时电路CP报警电路 总控制电路 显示电路发光二极管 图 1.2.1 智力竞赛抢答器电路原理框图 设计思路：利用 D 触发器上的置位或复位实现抢答电路的信号的优先输入， 通过优先编码器和显示译码器把优先抢答的选手号码显示出来；由定时器发出的 秒脉冲信号经过递减计数器，译码器，再由数码管显示出来，中间包括控制电路

10、。 重庆信息技术职业学院毕业设计 第 4 页 第 2 章 单元电路设计第 2 章 单元电路设计 2.1 抢答器按键保持与封锁电路抢答器按键保持与封锁电路 2.1.1 74LS74D 触发器 74ls74 双上升沿 D 触发器（有预置、清除端） ，1CP、2CP 时钟输入端，1D、 2D 数据输入端，1Q、2Q、1、2输出端，CLR1、CLR2 直接复位端（低电平有 Q Q 效） ，PR1、PR2 直接置位端（低电平有效） 。 负跳沿触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。如果在 CP 高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触 发器允许在 CP 触发沿来

11、到前一瞬间加入输入信号。这样，输入端受干扰的时间大 大缩短， 受干扰的可能性就降低了。 边沿 D 触发器也称为维持-阻塞边沿 D 触发器。 工作原理: SD 和 RD 接至基本 RS 触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平 有效。当 SD=0 且 RD=1 时,不论输入端 D 为何种状态，都会使 Q=1，Q=0，即触发器 置 1； 当 SD=1 且 RD=0 时，触发器的状态为 0,SD 和 RD 通常又称为直接置 1 和置 0 端。我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。工作过程如下: (1)CP=0 时，与非门 G3 和 G4 封锁，其输出 Q3=Q4=1，触发器的状态不变。

12、同 时， 由于 Q3 至 Q5 和 Q4 至 Q6 的反馈信号将这两个门打开， 因此可接收输入信号 D， Q5=D，Q6=Q5=D。 (2)当 CP 由 0 变 1 时触发器翻转。这时 G3 和 G4 打开，它们的输入 Q3 和 Q4 的状态由 G5 和 G6 的输出状态决定。Q3=Q5=D，Q4=Q6=D。由基本 RS 触发器的逻辑 功能可知，Q=D。 (3)触发器翻转后，在 CP=1 时输入信号被封锁。这是因为 G3 和 G4 打开后， 它们的输出 Q3 和 Q4 的状态是互补的,即必定有一个是 0，若 Q3 为 0，则经 G3 输 出至 G5 输入的反馈线将 G5 封锁，即封锁了 D 通

13、往基本 RS 触发器的路径；该反馈 线起到了使触发器维持在 0 状态和阻止触发器变为 1 状态的作用,故该反馈线称为 置 0 维持线,置 1 阻塞线。Q4 为 0 时，将 G3 和 G6 封锁，D 端通往基本 RS 触发器 的路径也被封锁。Q4 输出端至 G6 反馈线起到使触发器维持在 1 状态的作用，称作 置 1 维持线；Q4 输出至 G3 输入的反馈线起到阻止触发器置 0 的作用,称为置 0 阻 塞线。因此，该触发器常称为维持-阻塞触发器。总之，该触发器是在 CP 正跳沿 前接受输入信号，正跳沿时触发翻转，正跳沿后输入即被封锁,三步都是在正跳沿 后完成，所以有边沿触发器之称。与主从触发器相

14、比,同工艺的边沿触发器有更强 重庆信息技术职业学院毕业设计 第 5 页 的抗干扰能力和更高的工作速度。 图 2.1.1 74LS74 逻辑图 表 2.1.1 74LS74 功能表: 输 入输 出 PRCLRCLKDQ 0110 1001 00H*H* 11110 11001 110Q0 0 重庆信息技术职业学院毕业设计 第 6 页 图 2.1.2 按键保持与封锁电路 该电路可以完成两个功能：一是能够分辨出选手按键的先后顺序，并且能够 锁存优先抢答选手的号码，同时译码显示电路显示编号；二是后面的选手按键操 作将无效。 工作过程：开关 J6 开启时，则输入为高电位“1” ，经过四个或非门后变成低

15、电位“0” 。则四个 D 触发器的异步复位端将触发器置“0” ，抢答电路处于系统清 零状态 ； 当 J6 闭合时，抢答电路处于工作状态。当抢答开始，若 J1 先按键，则 Q1 端输出高电位“1”通过或非门变成低电位“0” ，将其他 D 触发器置 0，则抢答信 号输出为“1110” （J4J3J2J1） ，然后通过输出选手号码显示电路显示对应号码。 2.2 选手号码显示电路2.2 选手号码显示电路 2.2.1 74LS148 优先编码器 74LS148 为 8 线3 线优先编码器，共有 54/74148 和 54/74LS148 两种线路结 构型式，将 8 条数据线（07）进行 3 线(4-2-1)二进制（八进制）优先编码，即 对最高位数据线进行译码。利用选通端（EI）和输出选通端（EO）可进行八进制 扩展。 重庆信息技术职业学院毕业设计 第 7 页 管脚 07 编码输入端(低电平有效)， EI 选通输入端(低电平有效)， A0、 A1、 A2 三 位二进制编码输出信号即编码 输 出 端(低电平有效)，GS 片优先编码输出端即宽 展端(低电平有效)，EO 选通输出端，即使能输出端。 图 2.2.1 74LS148 逻辑图 在实际工作中，同时有多个输入