《八路抢答器》课程设计报告

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1、- 1 -天津职业技术师范大学电子工程学院八路抢答器课程设计报告同组学生姓名（学号）： 李启航、邢芳芳、张申、张旋 班 级： 电气信息 1006 班 任务分工： 李启航：设计电路、购买器件、焊接及测试电路 邢芳芳：查阅搜集相关资料及各个器件原理及引脚连接 张申： 焊接电路、参与电路设计、画实物电路引脚图张旋：模拟电路及撰写课程设计报告 设计时间： 2012 年 05 月 14 日 20102 年 05 月 18 日 指导教师： 刘卫华 、苗红宇 - 2 -目 录一、 课程设计的目的与要求3二、 方案论证选择3 三、 原理设计4四、 方案实现与测试12五、原件清单18六、收获体会和建议19七、主

2、要参考文献20八、附录一21九、附录二21- 3 -一、课程设计的目的与要求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。在许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光或音响等多种手段指示出第一抢答者。（1）设计制作一个可容纳 8 组参赛的数字式抢答器，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。（2）

3、电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人系统发出抢答指令后，若参赛者按抢答开关，则该组指示灯亮并用组别显示电路显示出抢答者的组别，同时指示灯(发光二极管)亮。此时，电路应具备自锁存功能，使别组的抢答开关不起作用。（3）若超时仍无人抢答，则报警指示灯熄灭。二、方案论证选择方案一：抢答器各部分采用中小规模集成数字电路，用机械开关按钮作为控制开关，完成抢答输入信号的触发。该方案的特点是中小规模集成电路应用技术成熟，性能可靠，能方便地完成选手抢答的基本功能。它由主体电路和扩展电路组成。主体电路完成基本抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手编号，同时封锁输入电路，禁止其他选手抢答。

4、扩展电路完成定时抢答功能，报警功能等。方案二：采用 STC89C52 单片机作为控制中心，抢答器可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。当主持人宣布抢答开始的时候，按下开始按钮，此时电路进入抢答状态，选手的输入采用了扫描式的输入，之后把对应的信息送往单片机，再由单片机输出到显示输出电路中，此时有人第一按下相应的抢答按钮，经过单片机的按- 4 -钮选择，在八段显示器上显示相应的号码，并锁存，并禁止其他按钮的输入。方案选择：虽然单片机具有很灵活的编程性，但由于我们还没开设单片机的学习，我们对其不能熟练操作，而且数字电路的制作方案比较容易实现并且原理方面比较简单，所以我们选择了方案一，运用所学

5、数电及其相关知识解决相关问题。三、原理设计3.1 总体方案设计3.1.1 设计思路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。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。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 8 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表示“已有人抢答” ；当计时时间

6、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。3.1.2 总电路框图- 5 -图 3-1 总电路框图3.2 各模块设计方案及原理说明3.2.1 抢答电路此部分电路主要完成的功能是实现 8 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 74LS148 和锁存器 74LS297 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

7、器输出置 0，使 74LS148 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） ，74LS148 的输出经 RS 锁存后，CTR=1,RBO =1, 七段显示电路 74LS48 处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5” 。此外，CTR 1，使 74LS148 优先编码工作标志端，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 此时由于仍为 CTR1，使优先编码工作标志端1， 5 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。

8、只要有一组选手先按下抢答器，就会将- 6 -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 3-2 抢答模块原理图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=1、 =0，则触发器次态 Q=1、 =0；若基本 SR 触发器的现态 Q=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， =0 时，如果基本 SR 触发器现态为 =1、 =0，因 R=0，会使 =

9、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 Q=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。- 7 -3. 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 的输出端次态翻转为 1，而 Q=1 和 R=1 共同使 G2 的输出端 =0；同理当 Q=1、 =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

10、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 S=R=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 3-3 基本 SR 触发器输 入 输 出sI01I23I45I67I2Y10EXYs1 X X X X X X X 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 1& &QQG1 G2RSS RRSQQRSQ置 0 置 1 保持-

11、8 -表 3-1 74LS148 真值表4LS148 的输入端和输出端低电平有效。 0I 7是输入信号， 2Y 0为三位二进制编码输出信号， SI1 时，编码器禁止编码，当 SI0 时，允许编码。SY是技能输出端，只有在 0，而 0I 7均无编码输入信号时为 0。 EX为优先编码输出端，在 SI0 而 I 7的其中之一有信号时， EXY0。 I 7各输入端的优先顺序为： 7级别最高， 0级别最低。如果 7I0（有信号） ，则其它输入端即使有输入信号，均不起作用，此时输出只按 编码， 210000。优先编码被广泛用于计算机控制系统中，当有多个外设申请中断时，优先编码器总是给优先级别高的设备先编码

12、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0 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 1

13、0 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- 9 -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。 ，使用时，公阴极接地，7 个阳极 ag

14、由相应的 BCD 七段译码器来驱动。 3.2.2 倒计时电路原理图如下：- 10 -图 3-5 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 7 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 30s，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- 11 -抢答无效。 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