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1、长春大学课程设计纸目录1弓I言12设计详细任务与要求22.1基本功能22.2扩展功能23方案设计与论证33.1设计方案33.2工作原理44单元电路的设计54.1抢答电路的设计54.2定时电路的设计64.3报警电路的设计74.4时序控制电路的设计85主要元器件介绍105.1 74LS48105.2 74LS192115.3 74LS148115.4 74LS279125.5 74LS121135.6发光二极管145.7NE555156心得体会16参考文献17附录1:18附录2:191引言各在知识比赛与娱乐竞赛中，特别是做抢答题目的时候，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一
2、个系统来完成这个任务。如果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。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，适用丁多种智力竞赛活动。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丁“活除”位置，抢答器处丁禁止工作状态，编号显示灯灭灯，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，抢答器处丁工作状态，定时器倒计时。当定时时间到，却没有
3、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。共20页第#页长春大学课程设计纸2设计详细任务与要求2.1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，并设置一个系统活零和抢答控制开关S,该开关由主持人控制。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。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统活零为止。开关S作为活零及抢答控制开关（由主持人控制）当开关S被按下时抢答电路活零，松开后则允许抢答。输入抢答信号由抢答按钮开关S0S
4、7实现。2.2扩展功能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活零为止。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20页第#页3方案设计与论证经讨论研究，我初步确定两种方案如下: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.
5、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活零为止，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。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。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
6、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。3.1设计方案图1多路智力抢答器组成框图长春大学课程设计纸多路智力竞赛抢答器的组成框图如图1该设计抢答器的电路主要是由抢答开关电路、触发电路、触发锁存电路、编码器、七段显示译码器几部分构成。3.2工作原理接通电源后，主持人将开关拨到活零状态，抢答器处丁禁止状态，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
7、”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活除和”开始状态开关。共20页第#页长春大学课程设计纸4单元电路的设计4.1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
8、电路图如下所示。这个电路的工作原理过程：当主持人控制开关S置于”活零”端时，RS触发器的R非端均为0,4个触发器输输出（Q4QG全部置0,使74LS48的BI的非=0,显示器灯灭；74LS148的选通输入端ST的非=0,使之处丁工作状态，此时锁存电路不工作。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丁工作状态，即抢答器处丁等待工作状态，等待输入端的信号输入，当有选手将键按下时（如按下S5）,74LS148的输出Y2Y1Y0勺非=010,YEX勺非=0,经RS锁存后，CTR=1BI的非=1,74LS279处丁工作状态，Q4Q3Q2=101,74LS48处丁工作状态，经74LS14
9、8译码后，显示器显示为5。此外，CTR=1使74LS148的ST的非为高电平，74LS148处丁禁止工作状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的YEX勺非为高电平，但由丁CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处丁禁止状态，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S开关重新置“活除”，电路复位。共20页第#页装订U图2抢答器电路然后再进行下一轮抢答。4.2定时电路的设计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。可预置时间的电路选用十进制
10、同步加减计数器74LS192进行设计，具体电路如图3所示。空ILWYgA】氏Ai&71il213BO_74LS192l工9|1C|塞路推置端5+5V图3定时定路4.3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fo=1.43/(R1+2R2C,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。+5KR5_TL+5VRLBQ图4报警电路4.4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
11、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，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时长春大学课程设计纸电路停止工作。根据上面的功能要求以及抢答器电路，我们设计的时序控制电路如上图所示。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的输人使能端ST的非。电路图的工作原理是：主持人控制开关从”活除”位置拨到”开始”位置时，来自丁抢答电路中的74LS279的输出CTR=Q经G3反相，A=1,则从555输出端来的时钟信号CP能够加到74LS192的CPDM钟输
12、入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，来自丁定时电路的74LS192的错位输入端BO2的非=1,门G2的输出ST的非=0,使74LS148处丁正常工作状态，从而实现功能的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，CTR=1经G3反相，A=0,封锁CP信号，定时器处丁保持工作状态；同时，门G2的输出ST的非=1,74LS148处丁禁止工作状态，从而实现功能的要求。当定时时间到时，来自74LS192的BO2的非=0,ST的非=1,74LS148处丁禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门G1处丁关门状态，封锁CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能的要求。同理，可分析设计将集成
13、单稳触发器74LS121用丁控制报警电路及发声的时间。关丁参数：发声延迟0.5秒，fo=1.43/（R1+2R2）C,权衡考虑到元器件的成本和74LS121的相关性质（下文有说明），最终选择的电阻值为R1=15KR2=68KC=10u整机电路的设计通过上面各单元电路的设计，可以画出设计的八路抢答器的整机电路。如附页所示（图13）。共20页第#页5主要元器件介绍5.1 74LS4874LS48是输出高电平有效的中规模集成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。表174LS48BCD七段译码驱动器真值表十进制数或功能表输入旧R非YBR非输出LT非旧R非A3A2A1A0abcdefg01100001111111011X00011011000021X00101110110131X00111111100141X01001011001151X01011101101161X01101001111171X01111111000081X10001111111191X100111110011101X1010100011011111001110011001121X110010100011131X110111001011141X111010001111151X111110000000灭灯XXXXXX00000000直令100000000000005.2
