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1、,项目10 多路智力竞赛抢答器的设计,昆明冶金高等专科学校-精品课程-数字电子技术,数字电子技术应用,项目目标,项目10 多路智力竞赛抢答器的设计, 熟悉数字电路中编码器、锁存器和555定时器等的应用。, 进一步熟悉译码、显示等单元电路的使用。,学习电路系统的整机系统的整机调试方法。,任务引入,项目10 多路智力竞赛抢答器的设计,设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，要求抢答器具有以下功能： 1）置一个控制开关供主持人使用，用于控制系统的复位和抢答开始。 2）抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号
2、，同时扬声器发出音响提示。同时封锁输入电路，禁止其它选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统复位为止。 3）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。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0.5s左右。 4）参赛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。 5）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，时间显示器显示00。,任务分析,项目10 多路智力竞赛抢答器
3、的设计,抢答器总体结构由两大部分组成：主体电路和扩展电路。主体电路完成基本的抢答功能，扩展电路完成定时抢答的功能。8路抢答器原理框图如图10-1所示：,图10-1 8路抢答器原理框图,任务1 抢答电路的设计,项目10多路智力竞赛抢答器的设计,任务2 定时电路的设计,任务3 声响电路和时序控制电路的设计,任务4 8路抢答器的设计,任务1 抢答电路的设计,1抢答电路器件的选择 抢答电路的功能有两个：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号供显示译码器用；二是要使其它选手的按键操作无效。 根据功能分析，选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279来完成上述功能，优先编码器74LS1
4、48在项目3中进行了介绍，这里介绍RS锁存器74LS279，四 RS锁存器74LS279引脚如图10-2所示。,RS锁存器74LS279为四RS锁存器，共有 54/74279 和 54/74LS279 两种电路结构型式，四个锁存器中具有2 个置位端，1Q4Q 为输出端，/2S、/4S为 置位端（低电平有效），/1R/4R 为复位端（低电平有效）。74LS279的输入输出关系见表10-1，/S的低电平是指/S1和/S2只要有一个为低电平，/S 的取值就为低电平；/S的高电平表示必须/S1和/S2均为高电平，/S的取值才为高电平。,任务1 抢答电路的设计,图10-2 四 RS锁存器74LS279引
5、脚图,表10-1 74LS279输入输出关系表,任务1 抢答电路的设计,2抢答电路的设计 抢答电路的工作原理是：当主持人控制开关处于“清除”位置时，RS触发器的端为低电平，输出端1Q4Q全为低电平，于是74LS148的/=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作，当主持人开关拨到“开始”位置时，优选编码器和锁存器同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端输入信号，当有 选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出=010，=0，经RS锁存器后，/=1，Q4Q3Q2=101，经74LS48译码后，显示器显示“5”。此时，=1
6、，使74LS148处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。当按下的键松开后，74LS148的=1，但由于1Q维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号不会被接收，这就保证了抢答者的优胜性及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。 抢答电路的电路组成如图10-3所示。,任务1 抢答电路的设计,图10-3 抢答电路,任务2 定时电路的设计,1.计数器芯片的选择,节目主持人根据抢答题的难易程度，预先设定一次抢答的时间，并通过预置的时间电路对计数器进行预置，开始后，计数器做减法计数，减至0时，计时时间到。 选
7、用十进制同步加减法可预置计数器74LS192进行设计，其芯片引脚如图10-4所示。,图10-4 74LS192芯片引脚图,任务2 定时电路的设计,十进制同步加减法可预置计数器74LS192的逻辑功能见表10-2。,表10-2 74LS192功能表,任务2 定时电路的设计,2定时电路的设计 计数的时钟由秒脉冲电路提供（可参考项目9获得秒脉冲），显示译码器选用74LS48芯片，设计定时电路如图10-5所示。,图10-5 定时电路电路图,任务3 声响电路和时序控制电路的设计,1声响电路的设计 由555定时器和晶体管构成的声响电路如图10-6所示，其中555构成多谐振荡器，其输出信号经晶体管推动扬声器
8、。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。,图10-6 声响电路图,任务3 声响电路和时序控制电路的设计,2.时序控制电路的设计,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入正常抢答工作状态。,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禁止工作。,3）当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。,抢答与定时电路的时序控制电路如图10-7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的输入使能端。其
9、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74LS279的输出1Q=0，经G3反相，G3输出为1，则从秒脉冲电路输出端来的CP能够加到十进制同步加减法可预置计数器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之前，来自74LS279的借位输出控制端=1，门G2的输出=0，使74LS148处于正常状态，从而实现功能1）的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q=1，经G3反相，G3输出为0，封锁CP信号，定时器处于保持工作状态。同时，门G2的输出=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能2）的要求。当定时时间到，来自74LS192的
10、=0，=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，使定时器保持00状态不变，从而实现功能3）的要求。,任务3 声响电路和时序控制电路的设计,图10-8是声响电路的时序控制电路，74LS121为单稳态集成触发器，用于控制声响电路及声响的时间。主持人将控制开关拨到“清除”位置时，B=0，触发器输出Q=0，声响电路停止工作。主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，B=1，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时，由1变为0，触发器触发进入暂稳态，Q端输出一正脉冲，声响电路工作，扬声器发出声响信号，声响的时间持续t0.7R11C3 =0.7
11、*100000*10*10-6=0.7s。当定时时间到，又由1变为0，触发器再次触发，扬声器又发出声响信号。,任务4 8路抢答器的设计,1抢答器的工作过程,回顾抢答器的设计要求，我们可以知道抢答器的工作过程是：接通电源后，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节目后，发出“抢答开始”指令，同时将控制开关拨到“开始”位置，扬声器给出声响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时。当计时时间到，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。当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下4项工作：,1）
12、优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号。,2）扬声器发出短暂声响，提醒主持人注意。,3）控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其它选项手再次进行抢答。,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。,任务4 8路抢答器的设计,2整机电路设计,经过以上各单元电路的设计，可得到抢答器的整机电 路，如图10-8所示。电路元器件清单： 74LS148 1片 4LLS279 2片 74LS48 3片 74LS192 2片 74LS74 1片 74LS20 1片 CD4060 1片 74LS00 1片 74LS04 1片 74LS121 1片 共阴极数码管3只,任务4 8路抢答器的设计,项目小结,
