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1、摘 要本文设计可供四人抢答的抢答器电路并对其进行仿真。首先本文提出了一种控制以及计时电路的方案，并对其进行了论证。设计方案先利用D触发器及优先编码器74LS148N组成的抢答电路实施抢答电路的运行，然后利用555集成电路构成秒脉冲发生器；然后用其产生的矩形波触发倒计时计数器；运用输出的进位电压控制计时器的停止，并发生警报。然后用Multisim9对电路进行仿真和整体的性能指标测试。经过测验，得到了比较符合要求的仿真结果。关键字：D触发器、优先编码器74LS148、七段显示译码器74LS48、555集成电路 / 目 录摘 要I目 录II绪 论1第1章 方案与论证21.1 设计要求21.2 方案论
2、证2第2章 单元电路设计42.1 抢答器按键保持与封锁电路42.1.1 74LS74D触发器42.2 选手号码显示电路62.2.1 74LS148优先编码器62.2.2 74LS248七段译码器82.3 脉冲发生器电路102.3.1 555定时器102.4 8421BCD码递减计数器电路122.4.1 十进制可逆计数器74LS192122.5 抢答及限时鸣响电路142.5.1 74LS04非门142.5.2 74LS02与非门15总 结17参考文献18附录 总电路图19附录 元器件清单20绪 论关于这次设计的用于多人竞赛抢答的器件，在现实生活中很常见，尤其是在随着各种智益电视节目的不断发展，越
3、来越多的竞赛抢答器被用在了其中，这种抢答器的好处是不仅能够锻炼参赛选手的反应能力，而且能增加节目现场的紧张、活跃气氛，让观众看得更有情趣。可见抢答器在现实生活中确实很实用，运用前景非常广泛。在知识竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，只靠人的视觉是很难判断出哪组先答题。这次设计就是用几个触发器以及三极管巧妙的设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。本文主要介绍了抢答器的工作原理及设计，以及它的实际用途。第1章 方案与论证1.1 设计要求（1）设置一个系统清除和抢答控制
4、开关S，该开关由主持人控制；（2）抢答器具有锁存与显示功能；（3）抢答器具有定时抢答功能，定时时间为60秒，当主持人启动开始键后，定时器进行减计时； （4）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。1.2 方案论证方案一：用CD4511 、CD4068各一个电阻，开关，三级管和二级管若干及七段显示器构成抢答电路。本电路的控制方法是利用开关进行输入编码当按键第一次就接下时，输出由1111110变为所接下的键值的BCD编码经4068 8输入与门和一个三级管控制后输出CD4511第五脚使其从底电平变为高电平，从而锁住CD4511，实现抢答功能。计数器利用两个
5、CD40110和CD4011组合成60秒的加法计数器。此电路原理简单，制作方便，但显示不为倒计时，观看比较不方便。方案二：抢答电路由四个D触发器74LS74N，或非门4002BT，开关若干，优先编码器74LS148及七段显示器等组成。本电路的控制方法是利用开关进行高低电位的输入，当四个开关有一个有优先按下时，D触发器的输出端输出的高电位通过或非门进入其他D触发器的异步复位端从而使其他选手的输入信号锁存成无效。倒计时电路由74LS192, 七段显示器，及555定时电路组成。此电路的设计虽然较复杂，但是能很好实现所要求的功能。通过比较二个方案的特点，本电路采用方案二！智力竞赛抢答器的设计方框图如图
6、1.2所示。包括抢答器电路，秒脉冲发生器电路、计数器电路、译码与显示电路、报警电路和外部控制电路（辅助时序控制电路）等六个部分组成。计时电路递减计时，每隔1秒钟，计时器减1。其中抢答器，计数器和控制电路是系统的主要部分。抢答器电路完成抢答功能，计数器完成60秒计时功能，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数器、暂停/连续计数、译码显示电路的显示功能。当计时器递减计时到零（既定时时间到）时，显示器上显示00，同时警报灯点亮。抢答电路显示电路倒计时电路CP报警电路 总控制电路显示电路发光二极管图1.2 智力竞赛抢答器电路原理框图设计思路：利用D触发器上的置位或复位实现抢答电路的信号的优先输入，通
7、过优先编码器和显示译码器把优先抢答的选手号码显示出来；由定时器发出的秒脉冲信号经过递减计数器，译码器，再由数码管显示出来，中间包括控制电路。第2章 单元电路设计2.1 抢答器按键保持与封锁电路2.1.1 74LS74D触发器74ls74双上升沿D触发器（有预置、清除端），1CP、2CP 时钟输入端，1D、2D 数据输入端，1Q、2Q、1、2输出端，CLR1、CLR2 直接复位端（低电平有效） ，PR1、PR2 直接置位端（低电平有效）。负跳沿触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。如果在CP 高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触发器允许在CP 触发
8、沿来到前一瞬间加入输入信号1。这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。边沿D触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器。工作原理:SD 和RD 接至基本RS 触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。当SD=0且RD=1时,不论输入端D为何种状态，都会使Q=1，Q=0，即触发器置1；当SD=1且RD=0时，触发器的状态为0,SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。工作过程如下:(1)CP=0时，与非门G3和G4封锁，其输出Q3=Q4=1，触发器的状态不变。同时，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反馈信号将这两个门打开，因此可接收输入信号
9、D，Q5=D，Q6=Q5=D。(2)当CP由0变1时触发器翻转。这时G3和G4打开，它们的输入Q3和Q4的状态由G5和G6的输出状态决定。Q3=Q5=D，Q4=Q6=D。由基本RS触发器的逻辑功能可知，Q=D。(3)触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。这是因为G3和G4打开后，它们的输出Q3和Q4的状态是互补的,即必定有一个是0，若Q3为0，则经G3输出至G5输入的反馈线将G5封锁，即封锁了D通往基本RS 触发器的路径；该反馈线起到了使触发器维持在0状态和阻止触发器变为1状态的作用,故该反馈线称为置0维持线,置1阻塞线。Q4为0时，将G3和G6封锁，D端通往基本RS触发器的路径也被封锁。
10、Q4输出端至G6反馈线起到使触发器维持在1状态的作用，称作置1维持线；Q4输出至G3输入的反馈线起到阻止触发器置0的作用,称为置0阻塞线。因此，该触发器常称为维持-阻塞触发器。总之，该触发器是在CP正跳沿前接受输入信号，正跳沿时触发翻转，正跳沿后输入即被封锁,三步都是在正跳沿后完成，所以有边沿触发器之称。与主从触发器相比,同工艺的边沿触发器有更强的抗干扰能力和更高的工作速度。74LS74逻辑图如图2.1所示：图2.1 74LS74逻辑图74LS74功能表如表2.1所示：表2.1 74LS74功能表输 入输 出PRCLRCLKDQ0110100100H*H*1111011001110Q00按键保
11、持与封锁电路图如图2.2所示：图2.2 按键保持与封锁电路图该电路可以完成两个功能：一是能够分辨出选手按键的先后顺序，并且能够锁存优先抢答选手的号码，同时译码显示电路显示编号；二是后面的选手按键操作将无效。工作过程：开关J6开启时，则输入为高电位“1”，经过四个或非门后变成低电位“0”。则四个D触发器的异步复位端将触发器置“0”，抢答电路处于系统清零状态；当J6闭合时，抢答电路处于工作状态。当抢答开始，若J1先按键，则Q1端输出高电位“1”通过或非门变成低电位“0”，将其他D触发器置0，则抢答信号输出为“1110”（J4J3J2J1），然后通过输出选手号码显示电路显示对应号码。2.2 选手号码
12、显示电路2.2.1 74LS148优先编码器74LS148 为 8 线3 线优先编码器，共有54/74148和54/74LS148两种线路结构型式，将8条数据线（07）进行3线(4-2-1)二进制（八进制）优先编码，即对最高位数据线进行译码。利用选通端（EI）和输出选通端（EO）可进行八进制扩展。管脚07 编码输入端(低电平有效)，EI 选通输入端(低电平有效)，A0、A1、A2 三位二进制编码输出信号即编码 输 出 端(低电平有效)，GS 片优先编码输出端即宽展端(低电平有效)，EO 选通输出端，即使能输出端。74LS148逻辑图如图2.3所示：图2.3 74LS148逻辑图在实际工作中，同
13、时有多个输入被编码时，必须根据轻重缓急，规定好这些控制对象允许操作的先后次序，即优先识别。识别信号的优先级并进行编码的逻辑部件称为优先编码器。编码器74LS148的作用是将输入I0I78个状态分别编成二进制码输出，它的功能表见表2.2所示。它有8个输入端，3个二进制码输出端，输入使能端EI，输出使能端EO和优先编码工作状态标志GS。优先级分别从I7至I0递减2。表2.2 74LS148功能表输 入输 出E101234567A2A1A0GSE011111101111111111110000000100100101001101001001110110100111110001001111110101001111111100100111111111101（其中：1为高电平，0为低电平，不定）2.2.2 74LS248七段译码器74LS248 是由与非门、输入缓冲器和 7 个与或非门组成的 BCD-7 段译码器/驱动器。输出是高电平有效。7 个与非门和一个驱动器成对连接，以产生可用的BCD 数据及其补码至 7 个与或非译码门。74ls248管脚及功能：（1) A、B、C、D是BCD码的输入端。（2) a,b,c,d,e,f,g是输出端。（3) 试灯输入端/LT： 低电平有效。当/LT0时，数码管的七段应全亮，与输入的译码
