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1、 目 录1前言12总体方案设计2方案的设计2方案的论证2方案的选择33单元模块设计4抢答电路设计4定时时间电路功能介绍9控制电路和报警电路10振荡电路11计分电路124系统调试14抢答电路仿真14计时电路仿真14计分电路仿真14总体电路仿真145系统功能、指标参数15主要功能介绍15扩展功能介绍15电路参数的计算156设计总结167参考文献17附录18 / 1前言进入21世纪越来越来多的电子产品出现在人们的日常生活中，例如企业、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛, 抢答记分器是必要设备。过去在举行的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这
2、在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。人们于是开始寻求一种能不依人的主观意愿来判断的设备来规比赛。因此，为了克制这种现象的惯性发生人们利用各种资源和条件设计出很多的抢答器，从最初的简单抢答按钮，到后来的显示选手号的抢答器，再到现在的数显抢答器，其功能在一天的趋于完善不但可以用来倒计时抢答，还兼具报警，计分显示等等功能，有了这些更准确地仪器使得我们的竞赛变得更加精彩纷呈，也使比赛更突显其公平公正的原如此。今天随着科技的不断进步抢答器的制作也更加追求精益求精，人们摆脱了消耗很多元件仅来实现用指示灯和一些电路来实现简单的抢答功能，使第一个抢答的参赛者的编号能通过指示灯显示出来，防止不
3、合理的现象发生。但这种电路不易于扩展，而且当有更高要求时就无法实现，例如参赛人数的增加。随着数字电路的开展，数字抢答器诞生了，它易于扩展，可靠性好，集成度高，而且费用低，功能更加多样话，是一种高效能的产品。而如今在市场上销售的抢答器大多采用可编程逻辑元器件，或利用单片机技术进展设计，本次设计主要利用常见的74LS系列集成电路芯片和555芯片，并通过划分功能模块进展各个局部的设计，最后完成了八路智力竞赛抢答器的设计。2总体方案设计根据对功能要求的简要分析，将定时抢答器电路分为主题电路和扩展电路两局部。主体电路完成根本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答器按钮时，能显示选手的编号，同时能封锁输
4、入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答与报警功能。比赛开始时，接通电源，节目主持人将开关置于“清零位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器上显示设定时间。当节目主持人宣布“抢答开始，同时将控制开关拨到“开始位置，抢答器处于工作状态，定时器开始倒计时。假如定时时间到，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。假如选手在定时时间按动抢答按钮时，抢答器要完成以下四项工作：1.优先编码器电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进展锁存，然后由译码显示电路显示编号； 2.扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意； 3.控制电路要对输入编码电路进展封锁，防止其他选
5、手再次进展抢答； 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时，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进展下一轮抢答。2.2 方案论证与选择方案一系统框图如下列图八路抢答开关八D锁存器优先编码器七段译码器七段数码显示管秒脉冲发生器主持人控制开关十进制减计数器七段译码器七段显示数码管集成单稳态触发器报警电路方案一所示抢答器工作过程：该方案是将抢答按钮先直接与锁存器而不是优先编码器相连，将最先抢答的选手的编号锁定，再依次经过优先编码器、译码器和七段显示器，最后显示的是抢答选手的编号，经过优先编码器后的信号到单稳态触
6、发器，单稳态触发器又与报警电路直接连接，所以显示编号的同时可以发出报警信号。另外由主持人控制开关和其他局部电路通过门电路实现对抢答电路、定时电路和报警局部电路的控制。方案二系统框图如下列图抢答按钮优先编码电路锁存器主持人控制开关译码电路译码显示控制电路报警电路秒脉冲产生电路定时电路译码电路显示电路方案二所示抢答器的工作过程：主持人按动开始抢答的开关后，最先抢答的选手的电平信号先经过优先编码器，再依次经过数据锁存器，此时已经限制了其他选手的抢答，信号再经过译码器和七段数码显示器，将最先抢答的该选手的编号显示出来，并同时产生报警信号，到此完成的是抢答功能；如果没有人抢答， 30秒减计数器减到00时
7、也会发出报警信号，此是完成计时功能。相比之下，第二种方案更好些。它的优点表现在以下几个方面：这种方案原理比拟简单。主持人对整体电路的控制只需几个门电路就可完成，不必用特别的芯片来组成控制电路；更容易实现报警提示功能，在有选手抢答后或者计时开始和完毕时。既减少了布线使整个电路更直观简单，又降低了产生错误的可能性。3单元模块设计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置于去除端时，RS触发
8、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
9、者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“去除然后才可能进展。优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279以与译码显示电路完成上述功能，其引脚图与真值表如如下图所示。图3.1 74LS148引脚图表3.1 74LS148真值表InputsOuputsE101234567A2A1A0GSEOHLLLLLLLLLXXXXXXXXH HHHHHHHHHHHHHHHHLXXXXXXXLL LLLHXXXXXXLHL LHLHXXXXXLHHLHLLHXXXXLHHHLHHLHXXXLHHHHHLLLHXXLHHHHHHLHLHXLHHHHHHHHLLHLHHHHHHHHHHLH74LS1
10、48是一八线-三线优先编码器，该编码器由8个信号输入端，3个二进制输出端，输入输出均为低电平有效。EI为输入使能端，低电平有效，当EI为低电平时，编码器处于工作状态；EO为输出使能端，只有在EI=0，且所有输入都为1时，输出为0；GS表征编码器的工作状态，当且仅当EI为低电平，且输入至少有一各为有效电平时，GS才有效。因此，可根据EI、EO、GS功能扩展端的特点，对电路进展相应控制。编码器在抢答电路中功能是判断抢答者的编号。图3.2 74LS279引脚图74LS279是由4个RS锁存器组成，且均为与非门构成的RS锁存器。其中，1S和3S有两个输入端，S1和S2均为相与的关系。本设计中，将S2均
11、接高电平，仅利用S1控制输出。其引脚图如图四所示，下表为SR锁存器的功能真值表，值得注意的是S和R不能同时为高电平，否如此输出不确定。表3.2 74LS279真值表InputsOutputsS(1)RQLLH*LHHHLLHHQ74LS48为七段显示译码器。该集成译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。BI/RBO为灭灯输入，当BI=0时，所有字形熄灭。LT为试灯输入，当LT=0且RBO=1时，显示字形为8，常用于检测自身的好坏。RBI为动态灭灯输入，当LT=1，RBI=0且输入均为0时，输出均为低电平，数码管“灭零。其引脚图和逻辑图分别如图3.3和图3.4所示，真值表如表3.3所示。图3
12、.3 74LS48的引脚图 图3.4 74L48的逻辑图表3.3 74LS48的真值表Decimal or FunctionInputsOutputsLTRBIA3A2A1A0BI/RBOabcdefg0(Note1)HHLLLLHHHHHHHL1(Note2)HXLLLHHLHHLLLL2HXLLHLHHHLHHLH3HXLLHHHHHHHHLH4HXLHLLHLHHLLHH5HXLHLHHHLHHLHH6HXLHHLHLLHHHHH7HXLHHHHHHHLLLL8HXHLLLHHHHHHHH9HXHLLHHHHHLLHH10HXHLHLHLLLHHLH11HXHLHHHLLHHLLH12HXHHLLHLHLLLHH13HXHHLHHHLLHLHH14HXHHHLHLLLHHHH15HXHHHHHLLLLLLLBI(Note2)XXXXXXLLLLLLLLRBI(Note3)HLLLLLLLLLLLLLLT(Note4)LXXXXXHHHHHHHH由真值表可以看出译码器7
