数子电路课程设计

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1、数子电路课程设计数子电路课程设计课题名称 ：多人抢答器设计姓 名 ： 刘学朋学 号 ： 0916302070院 系 ： 电气自动化工程 专 业 ： 09 电子信息工程一班指导老师 ： 王允建 郭宇摘要：摘要：电子抢答器的中心构造一般都是由抢答器由单片机以及外围电路组成，其搭配的配件不同又分为，非语音非记分抢答器和语音记分抢答器。 通过抢答者的指示灯显示、数码显示和警示显示等手段指示出第一抢答者。 有抢答信号输入（开关 S1S8 中的任意一个开关被按下）时，并显示出相 对应的组别号码。此时再按其他任何一个抢答器开关均无效，指示灯依旧“保持” 第一个开关按下时所对应的状态不变。 英文摘要：英文摘要

2、：The structure of the electronic vies to answer first center is commonly by the the single-chip computer and peripheral vies to answer first composition, the collocation of the circuit, the different and accessories are divided into speech than the voice and given scoring vies to answer first vies t

3、o answer first device. Through the display, the indicator of vies to answer first digital display and alarm display, and other means to indicate the first vies to answer first. Have vies to answer first signal input (switch S1 to S8 of arbitrary a switch is press), and shows the corresponding catego

4、ry number. This time again to any other a vies to answer first to switch is void, indicator light is still “holds“ first switch the corresponding to the state remains the same. 目录目录第一章第一章1.1 主要功能介绍主要功能介绍.31.2 扩展功能扩展功能介绍介绍.3第二章第二章总体方案设计总体方案设计.3第三章第三章单元模块设计单元模块设计.431 抢答器电路抢答器电路.432 定时时间电路定时时间电路.533 控制

5、电路和报警电路控制电路和报警电路.6 34 振荡电路振荡电路.7 第四章第四章 电路参数的计算及元器件的选择电路参数的计算及元器件的选择 .8 41 电路参数的计算电路参数的计算.8 42 元件清单元件清单.8 第五章第五章 主要芯片介绍主要芯片介绍 9 51 优先编码器优先编码器 74LS1489 52 锁存器锁存器 74LS279 .11 53 计数器计数器 74LS192.11 54 单稳态触发器单稳态触发器 74LS121.12 第六章第六章八人抢答器仿真八人抢答器仿真.13第七章第七章系统调试系统调试 .14第八章第八章 1 参考文献参考文献.16 2 心得及体会心得及体会.171

6、功能介绍功能介绍1.1 主要功能介绍主要功能介绍 （1）抢答器最多可供 8 名选手参赛，编号为 18 号，各队分别用一个按钮（分别为 S1S8） 控制，并设置一个系统清零和抢答控制开关 S，该开关由主持人控制。 （2）抢答器具有数据锁存功能,并将锁存数据用 LED 数码管显示出来，同时蜂鸣器发出间 歇式声响（持续时间为 0.5 秒），主持人清零后，声音提示停止。 （3）开关 S 作为清零及抢答控制开关（由主持人控制） ，当开关 S 被按下时抢答电路清 零，松开后则允许抢答。输入抢答信号由抢答按钮开关S1S8 实现。 （4）有抢答信号输入（开关 S1S8 中的任意一个开关被按下）时，并显示出相

7、对应的组别号码。此时再按其他任何一个抢答器开关均无效，指示灯依旧“保持” 第一个开关按下时所对应的状态不变。 1.2 扩展功能介绍扩展功能介绍 （1）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如 30 秒） 。当节目主持人启动“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声响，声响持续时间 0.5 秒左右。 （2）参加选手在设定的时间内抢答，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时刻的时间，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，却没有选手抢答时，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

8、间显示器上显示 00。2 总体方案设计总体方案设计 如图 2.11 所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清零“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;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 2.1.13 单元模块设计单元模块设计 31 抢答器电路功能介绍抢答器电路功能介绍设计电路见图 3.1.2 所示

9、。电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 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，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 个触发器输出置 0，使 74LS148 的优先编码工作标志端（图中 5 号端）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(图中 4 端) =1,七

10、段显示电路 74LS48 处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR1，使 74LS148 优先编码工作标志端（图中 5 号端）1，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为 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“清除”然后才可能进行。 311 抢答器电路抢答器电路 图 3.1.232 定时时间电路功能介绍定时时间电路功能介绍 原理及设计：该部分主要由 555 定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加

11、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。具体电路如图 3.2.2 所示。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。74192 的预置数控制端实现预置数，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。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 DPY_7-SEG 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

12、电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。321 定时电路定时电路图 3.2.133 控制电路和报警电路控制电路和报警电路 由 555 芯片构成多谐振荡电路 ,555 的输出信号再经三极管放大 ,从而推动扬声器发声 控制电路包括时序和报警两个电路 ,如图所示。控制电路需具有以下几个功能。 主持人闭合开关扬声器发声 ,多路抢答器电路和计时电路进入正常状态; 参赛者按键时 ,扬声器发声 ,抢答电路和计时电路停止工作; 抢答时间到 ,无人抢答 ,扬声器发声 ,抢答电路和计时电路停止工作由功能表可以看出，要使电路实现倒计时（减法）功能，应使 CR=0，PE非=1，CP+=1，CP-=CP。可用 C

13、R 端接电平开关来控制计时器的工作与否。声响显示电路需要在两种情况下做出反应：一种是当有参赛者按下抢答开关时，相应电路的发光二极管亮，同时推动输出级的蜂鸣器发出声响；第二种情况是当裁判员给出“请回答”指令后，计时器开始倒计时，若回答问题时间到达限定的时间，蜂鸣器发出声响。声响电路由两部分组成：一是由门电路组成的控制电路，二是三极管驱动电路。门控电路主要由或门组成，它的两个输入，一个来自抢答电路各触发器输出 Q 非的与非，他说明只要有一 Q 非为低电平，就使该与非门输出为高电平通过或门电路驱动蜂鸣发生器；另一个来自计时系统高位计数器的借位信号 QB，它说明计时电路在 30 秒向 29 秒，28

14、秒，2 秒，1 秒，0 秒倒计时再向 30 秒转化时向高位借位时给出一个负脉冲经反相器得到一个高电平。这个高电平信号也能使蜂鸣器发声。 图 3.3.1图 3.3.23.4 振荡电路振荡电路本系统需要产生三种频率的脉冲信号，一种是频率为 1KHZ 的脉冲信号，用于声响电路；一种是频率为 500KHZ 的脉冲信号，用于触发器的 CP 信号。第三中频率为 1HZ 信号用于计时电路。以上电路可用 555 定时器组成，也可用石英晶体组成的振荡器经过分频得到。图 3.44 电路参数的计算及元器件的选择电路参数的计算及元器件的选择 41 电路参数的计算电路参数的计算 发声延迟 0.5 秒，fo143（R 2

15、R ）C ，权衡考虑到元器12件的成本和 74LS121 的相关性质（下文有说明） ，最终选择的电阻值为R1=15K，R2=68K，C=10uF42 元件清单元件清单电子元件清单序号名 称型 号/规 格 数 量备 注1抢答器 PCB 板XDA61张2共阴极显示器3只3电阻510 2只4电阻1K9只5电阻4.7K1只6电阻5.1K1只7电阻100K1只8电阻101只9电阻15K1只10电阻68K1只11瓷片电容0.1uf1只12瓷片电容10uf2只13瓷片电容100uf1只14瓷片电容4.7uF1只15瓷片电容1uF1只16瓷片电容100uF1只17发光二极管41488只18三极管3DG121只1974LS1481只20开关