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1、1目录第一章 设计任务和要求 .31.1 技术要求 .31.2 提交成果 .41.3 设计进度 .4第二章 系统设计 .52.1 系统要求 .52.2 方案设计 .62.3 系统工作原理 .6第三章 元器件的选择及参数确定 .73.1 元器件的选择及参数确定 .73.2 抢答电路 .113.2.1 电路结构及工作原理 .113.2.2 电路仿真 .133.3 倒计时电路 .133.3.1 电路结构及工作原理 .133.3.2 电路仿真 .15第四章 实验结果及分析 .16第五章 结论 .18第六章 参考文献 .19第七章 心得体会 .20附录 .222第一章 设计任务和要求1.1 技术要求基本
2、要求：1、抢答组数分为八组，序号分别为 S0，S1,S3，S4,S5，S6，S7，优先抢答者按动本组按键，组号立即在 LED 显示器上显示，同时封锁其它的按键信号。2、系统设置外部清除键，按动清除键，LED 显示器自动清零灭灯。3、数字抢答器定时为 30S，启动开建后，要求 30S 定时器开始工作，发光二极管点亮。4、抢答者在 30S 内进行抢答，抢答有效，如果 30S 定时到时，无抢答者，则本次抢答无效，系统短暂报警。5、电源：220V/50HZ 的工频交流电供电；（注：直流电源部分仅完成设计即可，不需制作，用实验室提供的稳压电源调试，但要求设计的直流电源能够满足电路要求） 6、按照以上技术
3、要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用 Multisim或 OrCAD/PspiceAD9.2 进行仿真，用万用板焊接元器件，制作电路，完成调试、测试，撰写设计报告。1.2 提交成果1、设计报告2、作品3、电路原理图：要求提交两份，一份为 CAD/EDA 软件绘制，另一份为手工绘制，图纸大小自定，但要符合标准，电路图绘制要规范。31.3 设计进度1、时间：三周 2、进度安排：（1）第一周 选题，熟悉题目，分析要求，查找资料，选择方案，优化方案，确定原理方框图，单元电路设计，选择元器件；（2）第二周 进行电路仿真，确定电路原理图，画出电路原理图，购买元器件，焊接电路；（3）第三周 电路调试，电
4、路测试，绘制电路原理图，完成设计报告，答辩。4第 2 章 系统设计2.1 系统要求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。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，若有组别抢答，显示该组别并使抢答指示灯亮；控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；若在规定的 30s
5、时间内无人抢答，定时电路显示 00，同时系统中的蜂鸣器将发响，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能。4、控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。2.2 方案设计制作抢答器可以用好多的方法，可以用单片机来完成，它的功能强大制作简单，并且外围的元件也很少；也可以用 PLC 来实现，他的制作也是比较简单；还可以用我们学过的 EDA 技术来制作；最后也可以用数字电路来实现，它的原理比较简单，集成块的价格也比较便宜且很容易购买，与我们学完的数字电路联系紧密，能将我们所
6、学知识用于实际，对巩固所学知识有重要意义，用了一些成型电路，如 NE555 标准秒脉冲电路等，使总体方案易于实现。原理方框图52.1 原理方框图2.3 系统工作原理接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间，当节目主持人宣布“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，抢答器处于工作状态，定时器倒计时。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。6第三章 元器件的选择及参数确定3.1 元器件的选择及参数确定5V 共阴数码管 3 个译码器 74LS48 3 个RS 触发器 74LS279 1 个
7、优先编码器 74LS148 1 个可逆计数器 74LS192 2 个555 定时器 1 个2 输入与非门 74LS00 1 个4 输入与非门 74LS20 1 个10k 电阻 9 个1k 电阻 4 个50k 电阻 1 个15k 电阻 1 个100 电阻 1 个发光二极管 2 个触点开关 8 个单刀双掷开关 1 个710F 电解电容 1 个0.01F 瓷片电容 1 个导线 若干1、74LS148 为 8 线3 线优先编码器，表 1 为其功能表.表 1 74ls148 真值表输入 输出EI I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 A2 A1 A0 GS EO1 x x x x x x x
8、x 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 00 x x x x x x x 0 0 0 0 0 10 x x x x x x 0 1 0 0 1 0 10 x x x x x 0 1 1 0 1 0 0 10 x x x x 0 1 1 1 0 1 1 0 10 x x x 0 1 1 1 1 1 0 0 0 10 x x 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 10 x 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 10 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1从以上的的功能表中可以得出，74ls148 输入端优先级别的次序依次为I7，I6，I0 。当
9、某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端没有低电平输入时，输出端才输出相应该输入端的代码。例如：I5=0 且I6=I7=1(I6、I7 优先级别高于 I5) 则此时输出代码 010，经 RS 触发器各位取反，这就是优先编码器的工作原理。8图 3.1 74ls148 管脚图2、555 定时器的引脚图及构图 ：U1LMC555CNGND1DIS7OUT 3RST4VCC8THR6CON5TRI2图 3.2 555 定时器的引脚图及构图根据任务要求要利用 555 产生 1Hz 的秒脉冲，则根据公式：f=1T,则 T 也9应为 1s,又由公式 T=得，R=48.7K,C=10uf,Cf=10n
10、f。由 555 定时器和三极管构成报警电路。其中 555 构成多谐振荡器，振荡频率 fo 1.43（RI2R2）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。控制输入信号为经过编码的抢答选手的信号，当有人在有效时间内抢答时，定时时间到时无人抢答时，输入信号为高电平，报警电路发出报警信号；反之，输入信号为低电平时，报警器不工作。将连接好的 555 定时器的输出端接在示波器上，呈现如下符合要求的方波：图 3 .3 555 定时器输出波形3、RS 触发器：1. 保持状态。当输入端接入 S= R=1 的电平时，如果基本 SR 触发器现态Q=
11、1、 =0，则触发器次态 Q=1、 =0；若基本 SR 触发器的现态=0、 =1，则触发器次态 =0、 =1。即 = =1 时，触发器保持原状态不变。2. 置 0 状态。当 S=1， R=0 时，如果基本 SR 触发器现态为 Q=1、 =0，因 R=0，会使 Q=1，而 =1 与 =1 共同作用使 Q端翻转为 0；如果基本 SR 触发器现态为 =0、 =1，同理会使 =0， =1。只要输入信号 S=1， R=0，无论基本 SR 触发器的输出现态如何，均会使输出次态置为 0 态。103. 置 1 状态。当 S=0、 R=1 时，如果触发器现态为 Q=0、 =1，因S=0，会使 G1 的输出端次态
12、翻转为 1，而 Q=1 和 =1 共同使 G2 的输出端Q=0；同理当 =1、 Q=0，也会使触发器的次态输出为 =1、 =0；只要=0、 R=1，无论触发器现态如何，均会将触发器置 1。4. 不定状态。当 S=R=0 时，无论触发器的原状态如何，均会使=1， =1。当脉冲去掉后， 和 同时恢复高电平后，触发器的新状态要看G1 和 G2 两个门翻转速度快慢，所以称 = =0 是不定状态，在实际电路中要避免此状态出现。基本 RS 触发器的逻辑图、逻辑符号和波形图如图 1-7 所示。（a）逻辑图 (b) 逻辑符号 (c) 波形图图 3.4 基本 SR 触发器4、 译码器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 1.53V，驱动电流为几十毫安。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。& &
