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1、装订线长 春 大 学 课程设计纸1引言各种智力竞赛越来越多,在答题的过程中一般要分为必答和抢答两种。必答有时间限制，到时间要告警。而抢答需要参赛者做好充分准备，等主持人说完题目，参赛者开始抢答，谁先按钮，就有这个参赛者答题，但是很难确定谁先按的，因此使用抢答器来完成这一功能是很有必要的。我们这里所设计的抢答器是一种比较容易的抢答器。没有使用特别多的，复杂的元器件。它的特点是电路简单、制作方便、操作简单、方便、性能可靠，适用于多种智力竞赛活动。本抢答器的电路由主体电路和扩展电路两部分组成。定时抢答器的工作过程是: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，编号显示灯灭灯
2、，定时显示器显示设置时间。当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，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。1.1设计详细任务与要求1.1.1基本功能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（S0S7）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. 抢答器具有数字锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手的编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选
3、手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。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S0S7实现。1.1.2功能1. 定时抢答功能。抢答器定时为30S，启动起始键后，定时器工作开始，立即减计，并在显示器上显示出来，同时扬声器要短暂报警。2. 参赛选手在设定的时间内抢答（30S），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当定时抢答的时间已到，还没有选手抢答，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，时间显示器上显示00.共 17 页 第
4、15 页2方案设计与论证经讨论研究，初步确定两种方案如下：方案一：1) 30秒定时器：可由两片74LS192构成。当第一片为零，即输出1111时通过74LS20将脉冲信号截止，使其显示为00.2）抢答器部分：由一74LS148优先编码器实现抢答功能，用74LS279将选手代码锁存直到主持人清零为止，然后用7段译码器显示选手代码。3）脉冲产生电路可由一74LS121来产生，提供给定时电路及声响电路。4报警部分：由一NE555定时器来控制，当倒计时为零时产生报警声响。方案二：1）30秒定时器：可用一片74LS161来实现。当74LS161输出为1111时通过与非门将脉冲信号截止，显示停留在30上。
5、2）抢答器部分：由8位选手的开关及自己根据实际情况用与非门连接成的简单译码器，输出接七段译码器，七段译码器接数字显示器。抢答成功的选手对应的灯亮且数字显示及编号。3）时基脉冲选用实验室提供的信号发生器。4）报警部分:当计时器计到30时，输出一个高电平使二极管发光且发出报警声。经过分析及研究我决定用第一种方案，因为他对我们比较实际，大部分元件我们已经学过，而且原理较简单，现在应用到设计中来提高我们对这些元件的记忆，加深对他们的了解，为以后的设计提供了较好的应用根据方案二设计出多路智能竞赛抢答器的组成框图如图1图1 多路智能竞赛抢答器的组成框图该设计抢答器的电路主要是由抢答开关电路、触发电路、触发
6、锁存电路、编码器、七段显示译码器几部分构成。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。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。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。3单元电路的设计3.1抢答电路的设计3.1.1 74LS48芯片介绍74LS48是输出高电平有效的
7、中规模集成BCD七段显示译码器，它的功能简图和管脚引线 如图所示。其真值表见表1所示。 图6十进制数或功能表输入IBR非YBR非输出LT非IBR非A3A2A1A0abcdefg01100001111111011X00011011000021X00101110110131X00111111100141X01001011001151X01011101101161X01101001111171X01111111000081X10001111111191X100111110011101X1010100011011111001110011001121X110010100011131X1101110010
8、11141X111010001111151X111110000000灭灯XXXXXX00000000置零10000000000000表1 74LS48BCD七段译码驱动器真值表3.1.2抢答电路的设计该部分电路要完成两个功能：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；二是禁止其他选手按键操作无效。选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，所组成的电路图1所示。这个电路的工作原理过程：当主持人控制开关S置于清零端时，RS触发器的R非端均为低电平，个触发器输输出（4Q、3Q、2Q、1Q）全部为低电平，使74LS48的BI的非 ，显示器
9、灯灭；74LS148的选通输入端ST非=0，使74LS48处于工作状态，此时锁存电路处于不工作状态。当主持人把开关S置于开始时，优先编码器和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端I7,I6,I5,I4,I3,I2,I1,I0的信号输入，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出Y2Y1Y0的非=010，YEX的非=0，经RS锁存后，CTR=1，BI的非=1，74LS279处于工作状态，4Q3Q231Q =101,74LS48处于工作状态，经74LS148译码后，显示器显示为。此外，CTR=1，使74LS148的ST的非为高电平，74LS148处于禁止工作状态
10、，封锁其他按键的输入。当按下的键松开时，74LS148的YEX的非为高电平， 但由于CTR维持高电平不变，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以及抢答电路的准确性。如有再次抢答需由主持人将开关重新置“清除”，电路复位。图2 抢答器电路然后再进行下一轮抢答。3.3定时电路的设计3.3.1 74LS192介绍74LS192具有下述功能：1)异步清零：CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000 2)异步置数：CR=0，LD=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1 D03)保持： CR=0，LD=1，CPU=CPD=1, Q3Q2Q1Q0保持原态 4)加计数：CR
11、=0, LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数 5)减计数：CR=0, LD=1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数（异步级联异步级联方式的特点是：用前级计数器的输出作为后级计数器的时钟信号。）如图所示，用两片74LS192构成M=100的计数器。图7 中规模集成计数器的级联异步级联74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。LD为预置输入控制端，异步预置。 CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。由节目主持
12、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。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，具体电路如图3所示。图3 定时定路3.4报警电路的设计这部分电路我们是用由555定时器和三极管构成。报警电路如下图所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo143（R12R2）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；而当PR为低电平时，电路停振。图4 报警电路3.5时序控制电路的设计时序控制电路是八路抢答器设计的关键，因为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人正常抢答工作状态。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停止工作。图5 时序控制电路3）当设定的抢答时间到，无人抢答
