毕业论文-声光智力竞赛抢答器.doc

四川信息职业技术学院 毕业设计说明书(论文) 设计(论文)题目: 声光智力竟赛抢答器 专 业: 通 信 技 术 班 级: 通 技 06-2 学 号: 姓 名: 指导教师: 二 OO 八年十二月三十日 四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书 学 生 姓 名 通技 06-2专业通信技术 设计（或论文）题目声光智力竞赛抢答器 指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注 设计（论文）内容： （1）设计指标 抢答器可同时供 8 名选手或 8 个代表队比赛； 设置一个系统清除和抢答控制开关，该开关由主持人控制； 抢答器具有锁存与显示功能； 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定； 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和 抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止； 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。 （2）设计要求 画出电路原理图（或仿真电路图） ； 元器件及参数选择。 进度安排： 第 1 周第 5 周：任务下达，理解消化任务要求；查阅资料；初步设计方案确定； 第 6 周第 10 周：设计方案确定，分模块部分完成； 第 11 周：查找问题，分析解决难点； 第 12 周第 15 周：分模块调试，整体电路调试，论文书写等； 第 16 周：答辩。 主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位)： 1 邱寄帆，唐程山数字电子技术北京：人民邮电出版社，2005 2 黄永定电子线路实验与课程设计北京：机械工业出版社，2005 3 谢自美电子线路设计实验测试（第三版） 武汉：华中科技大学出版社，2006 4 高建新，雷少刚电子技术实验与实训北京：机械工业出版社，2006 5 张有礼，韩爱娟电子技术综合实训北京：北京师范大学出版社，2005 审 批 意 见 教研室负责人： 年 月 日 备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 I 目 录 摘 要.1 第 1 章 绪 论.2 1.1 设计任务.2 1.2 课题目的与意义.3 1.3 抢答器的组成框图.3 第 2 章 基本知识介绍.5 2.1 74LS148 优先编码器.5 2.2 74LS279 锁存器.6 2.2.1 74LS279 芯片的功能 .6 2.2.2 74LS279 锁存器电路 .7 2.3 555 定时器.7 2.3.1 555 定时器的基本功能 .7 2.3.2 555 组成的基本电路及应用 .9 2.4 显示译码器 74LS48.11 2.4.1 发光二极管显示器 .11 2.4.2 译码驱动器 .11 2.5 芯片 74LS192.13 第 3 章 电路设计.14 3.1 抢答电路设计.14 3.2 定时电路设计.15 3.3 声音电路设计.16 3.4 时序控制电路设计.17 第章 电路综合.18 4.1 整机电路介绍.18 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 II 4.2 电路仿真.18 4.2.1 抢答电路的仿真 .18 4.2.2 定时电路的仿真 .19 4.2.3 声音电路仿真 .19 4.3 安装与调试应注意的问题.20 总 结.22 致 谢.23 参考文献.24 附 录 整机电路原理图.25 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 1 页 共 25 页 摘 要 智力竞赛抢答器是一个供参赛组进行智力竞赛的装置，该装置由主体电路与扩展电 路组成。优先编码电路、锁存电路、译码电路将参赛组的输入信号在显示器上输出；用 控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码 电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现记时功能，构成扩展电路。本文详细介绍 了抢答器的设计方案、功能及在设计过程中所做的改进。 关键词 抢答电路；定时电路；报警电路；时序控制 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 2 页 共 25 页 第 1 章 绪 论 智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，而抢答就是智力竞赛中非常常见的一种答题 方式。抢答能引起参赛者观众的极大兴趣，并且能在极短的时间内，使人们迅速增加一 些科学知识和生活常识。但是，在这类比赛中于谁先谁后抢答，在何时抢答，如何计算 答题时间等等问题，若是仅凭主持人的主观判断，就很容易出现错误所以我们就需要一 种具备自动锁存，置位，清零等功能智能抢答器来解决这些问题。在本次设计中，将主 要设计一个定时抢答器。他要实现以下主要功能：（1）主持人可以控制系统的清零与 抢答开始；（2）抢答器要有数据锁存与显示的功能。抢答开始后，若有任何一名选手 按动抢答按钮，则要显示其编号至系统被主持人清零，并且扬声器发声提示，同时其他 人再按对应按钮无效；（3）抢答器要有自动定时功能，并且一次抢答时间由主持人任 意设定。当主持人启动“开始”键后，定时器自动减计时，并在显示器上显示。同时扬声 器上发出短暂声响；（4）参赛选手只有在设定时间内抢答方为有效抢答。若抢答有效， 则定时器停止工作，并且显示抢答开始时间直到系统被清零；（5）若设定时间内无选 手进行抢答（按对应按钮） ，则系统短暂报警，并且禁止选手超时抢答，定时器上显示 00。 1.1 设计任务 1抢答器同时供 8 名选手或 8 个代表队比赛，分别用 8 个按钮表示。 70 SS 2设置一个系统清除和抢答控制开关 S，该开关由主持人控制。 3抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在 LED 数 码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的 编号一直保持到主持人将系统清除为止。 4抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如 30 秒） 。当主 持人启动“开始”键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的 时间 0.5 秒左右。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 3 页 共 25 页 5参赛选手在设定的时间内进行抢答，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的时间，并保持到主持人将系统清除为止。 6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 课题目的与意义 随着社会经济的发展，人们对生活质量的追求越来越高。所开设的娱乐活动也是越 来越多了，例如智力竞赛抢答，但是往往由于主持人和抢答者本人所造成的误差而导致 活动的不公平性。作为一个当代大学生设计一款智力竞赛抢答器解决了在活动中的这一 弊端。 因此在这毕业之际设计抢答器，不仅让我巩固了所学知识并应用于实践，同时也让 我觉得所学知识能贡献于社会，所读的这几年书是没有白念的。让我有了一个质地的飞 跃。 1.3 抢答器的组成框图 定时抢答器的总体框图如图 1-1 所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体 电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答按钮时，能显示选手的编号， 同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答功能。 抢答 按钮 优先编 码电路 锁存 器 译码 电路 显示 电路 主持人 控制 开关 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 主体电路 扩展电路 图 1-1 抢答器的组成框图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 4 页 共 25 页 图 1-1 所示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，编号显示器灭灯，定时显示器上显示设定的时间，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。当选手在定时时间内按 动抢答按钮时，抢答器要完成以下四项工作：（1）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，提醒节目主持人注意；（3）控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手 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时，主持人操作控制开关， 使系统恢复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 5 页 共 25 页 第 2 章 基本知识介绍 2.1 74LS148 优先编码器 表 2-1 是 74LS148 电路的功能表，图 2-1 是 8 线-3 线优先编码器 74LS148 的逻辑符 号。 表 2-1 74LS148 电路的功能表 输入输出 S0I1I2I3I4I5I6I7I2Y2Y0YSYEXY 1XXXXXXXX11111 01111111111101 0XXXXXXX000010 0XXXXXX0100110 0XXXXX01101010 0XXXX011101110 0XXX0111110010 0XX01111110110 0X011111111010 00111111111110 图 2-1 74LS148 的逻辑符号 在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上的编码信号。不过在设计优先编码器 时已经将所有的输入信号按优先顺序排了队，当几个输入信号同时出现时，只对其中优 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 6 页 共 25 页 先权最高的一个进行编码。 1编码输入 70 II 从 8 线-3 线优先编码器 74LS148 的功能表可以看出，输入信号在时表示发出0S 编码信号，故逻辑符号输入端上面均有“-”号，这表示编码输入低电平有效。 70 II 从功能表中看出，的优先权最高，而的优先权最低。只要，就对进行编 7 I 0 I0 7 I 7 I 码，而不管其它输入信号为何种状态。 2编码输出端、 2 Y 1 Y 0 Y 从功能表可以看出，74LS148 编码器的编码输出是反码。比如，对编码，应当输 0 I 出 000，而电路输出的是 111；对编码，应当是 101，而电路输出为 010，这点请读 5 I 者注意。为此，、上面都有“-”号，这表示输出为反码。 2 Y 1 Y 0 Y 3选通输入端S 只有在时，编码器才处于工作状态；而在时，编码器处于静止状态，所0S1S 有输出端均被封锁为高电平。 4选通输出端和扩展输出端SYEXY 和是为扩展编码器功能而设置的。SYEXY 从功能表可以看出，只有当所有编码输入端都是 1（即没有编码输入） ，并且 时，才为 0。可见，表示“电路工作，但无编码输入” 。0SSY0SY 从功能表还可以看出，只要任何一个编码输入端有 0，且，则为 0。因此，0SEXY 表示“电路工作，且有编码输入” 。0EXY 2.2 74LS279 锁存器 2.2.1 74LS279 芯片的功能 其管脚图 2-2 如下图所示：74LS279 内部是由 4 个基本 RS 触发器组成的。当有一 个人优先抢答后其它的就不能抢答了。其它的虽然有电平输入，但是输入的电平保持原 态不变。74LS279 内部的 4 个基本 RS 触发器的 R 输入端为高电平有效。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 7 页 共 25 页 图 2-2 管脚图 2.2.2 74LS279 锁存器电路 锁存器参考电路如图 2-3 所示。图中R端接主持人控制开关，抢答前，控制开关使 锁存器输出为零。、分别与编码器的输出端、和工作状态标 1S2S3S4S 2 A 1 A 0 A 志 GS 联接，当有抢答开关按下，编码器输出相应的二进制代码，经锁存器保持抢答信 息。编码器工作状态标志 GS 使锁存器输出为“1”，联接到编码器 74LS148 的输入 0 Q 0 Q 使能端，封锁其它路输入，同时接译码电路 74LS48 的控制端，当其为高电SRBOBI / 平时，译码器工作，当其为低电平时，字型全“灭”。、与译码显示电路的输 1 Q 2 Q 3 Q 入端相连，控制开关为主持人所设，S 打向 RESET 端复位后才可以抢答。 图 2-3 74LS279 锁存器参考电路 2.3 555 定时器 2.3.1 555 定时器的基本功能 555 定时器是一种数字与模拟混合型的中规模集成电路，应用广泛。外加电阻、电 容等元件可以构成多谐振荡器，单稳电路，施密特触发器等。 555 定时器原理图及引线排列分别如图 2-4 与 2-5 所示。其功能见表 2-2。定时器内 1 2 3 4 5 6 7 89 10 11 12 13 14 15 16 GND VCC1R 1S1 1S2 1Q 2R 2S 2Q3R 3S2 4R 4S 3Q 3S1 4Q Q0Q1 Q2Q3 S0S1S2S3R0R1R2R3 74LS279 +5V RESETSTART 控制开关S 10K A BC A2 A1 A0 GS BI/ RBO 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 8 页 共 25 页 部由比较器、分压电路、RS 触发器及放电三极管等组成。分压电路由三个 5K 的电阻 构成，分别给和提供参考电平 2/3和 1/3。 1 A 和 2 A 的输出端控制 RS 触发器 1 A 2 A CC V CC V 状态和放电管开关状态。当输入信号自 6 脚输入大于 2/3时，触发器复位，3 脚输出 CC V 为低电平，放电管 T 导通；当输入信号自 2 脚输入并低于 1/3时，触发器置位，3 CC V 脚输出高电平，放电管截止。 4 脚是复位端，当 4 脚接入低电平时，则；正常工作时 4 接为高电平。0 0 V 5 脚为控制端，平时输入 2/3作为比较器的参考电平，当 5 脚外接一个输入电压， CC V 即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制。如果不在 5 脚外加电压通 常接 0.01F 电容到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定。 图 2-4 555 定时器内部框图 图 2-5 555 定时器引脚排列 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 9 页 共 25 页 表 2-2 555 定时器的功能表 2.3.2 555 组成的基本电路及应用 1构成单稳态触发器 电路如图 2-6 所示，接通电源电容 C 充电（至 2/3Vcc）RS 触发器置 0，T 导通，C 放电，此时电路处于稳定状态。当 2 加入1000PF，只要满足的重复周期大于，电路即可工作， I V 0p t 实现较精确的定时。 图 2-6 单稳态触发器 2多谐振荡器 电路如图 2-7 所示，电路无稳态，仅存在两个暂稳态，亦不需外加触发信号，即可 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 10 页 共 25 页 产生振荡（振荡过程自行分析） 。电容C在 1/3Vcc-2/3Vcc 之间充电和放电。 555 电路要求 R1 与 R2 均应大于或等于 1k，使 R1+R2 应小于或等于 3.3M。 图 2-7 多谐振荡器 3密特触发器 电路如图 2-8 所示。Vs 为正弦波，经 D 半波整流到 555 定时器的 2 脚和 6 脚，当 上升到 2/3Vcc 时，从 10；下降到 1/3Vcc 时，又从 01。电路的电压传输 i V 0 V i V 0 V 特性如图 2-1 所示。 回差电压：V=1/3Vcc （2-1） 图 2-8 施密特触发器 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 11 页 共 25 页 图 2-9 电压传输特性 2.4 显示译码器 74LS48 2.4.1 发光二极管显示器 8 段发光二极管数码显示器 BS201/202（共阴极）和 BS211/212（共阳极）的等效 电路如图 2-10 所示。其中，BS201 和 BS211 每段的最大驱动电流约 10mA，BS202 和 BS212 每段的最大驱动电流约 15mA。 驱动共阴极显示器的译码器输出为高电平有效，如 74LS48、CC4511；而驱动共阳 极显示器的译码器输出为低电平有效，如 74LS46、74LS47 等。 a）共阳极 LED b)共阴极 LED 图 2-10 发光二极管显示器 2.4.2 译码驱动器 74LS48 为 BCD-7 段译码器，74LS48 用来驱动共阴极的发光二极管显示器。 74LS48 的内部有升压电阻，因此无需外接电阻（可以直接与显示器相连接） 。74LS48 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 12 页 共 25 页 的功能表如表 2-3 所示，其中为 8421BCD 码输入端，ag7 段译码输出端。 0123 AAAA 表 2-3 74LS48 功能表 输入输出功能或 数字 LT RBI 3 A 2 A 1 A 0 A RBO BI a b c d e f g 显示 字形 灭灯试 灯动态 灭零 x x 0 x 1 0 x x x x x x x x 0 0 0 0 0(输入) 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 灭灯 8 灭灯 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 1 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 注：是一个特殊端，有时用作输入，有时用作输出。RBOBI / 各使能端功能简介如下： ：灯测试输入使能端。当=0 时，译码器各段输出均为高电平，显示器各段LTLT 全亮，因此，=0 可用来检查 74LS48 和显示器的好坏。LT ：动态灭零输入使能端。在=1 的前提下，当=0 且输入RBILTRBI =0000 时，译码器各段输出全为低电平，显示器各段全灭，而当输入数据为 0123 AAAA 非零数码时，译码器和显示器正常译码和显示。利用此功能可以实现对无意义位的零进 行消隐。 ：静态灭灯输入使能端，只要=0，不论输入为何种电平，译码器BIBI 0123 AAAA 各段输出全为低电平，显示器灭灯（此时为输入使能） 。RBOBI / RBO：动态灭零输出端。在不使用功能时，为输出使能（其功能是只BIRBOBI / 有在译码器实现动态灭零时 RBO=0，其它时候 RBO=1） 。该端主要用于多个译码器级 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 13 页 共 25 页 联时，实现对无意义的零进行消隐。实现整数位的零消隐是将高位的 RBO 接到相邻低 位的，实现小数位的零消隐是将低位的 RBO 接到相邻高位的。RBIRBI 2.5 芯片 74LS192 74LS192 是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能， 其引脚排列及逻辑符号如图 2-11 所示 a）引脚排列 b）逻辑符号 图 2-11 74LS192的引脚排列及逻辑符号 图中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出PL U CP D CP UTC 端，为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3 为计数器输入端，MR 为清除端， DTC Q0、Q1、Q2、Q3 为数据端。 其功能如表 2-4 所示。 表 2-4 74LS192的功能表 输入输出 MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0 10000 00 dcbadcba 01 1 加计数 011减计数 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 14 页 共 25 页 第 3 章 电路设计 3.1 抢答电路设计 抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按按钮的先后，并锁存优先抢答者的编 号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按钮操作无效。选用优先译码器 74LS148 和锁存器 74LS279 可以完成上述功能，其电路组成如图 3-1 所示。 图 3-1 抢答电路 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，R 输出端（4Q1Q）全部为低电平。于是 74LS48 的=0，显示器灭灯；74LS148 的选BI 通输出端，74LS148 处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人开关拨到0ST “开始”位置时，优先编码电路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，等待输入端输入信号，当有选手将按钮按下时（如按下 S5） ，74LS148 的 70 II 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 15 页 共 25 页 输出=010，=0 经 RS 锁存器后，CTR=1，74LS279 处于工作状态，012YYYEXY1BI 4Q3Q2Q=101，经 74LS48 译码后，显示器上显示出“5” 。此外，CTR=1，使 74LS148 的ST端为高电平，74LS148 处于禁止工作状态，封锁其他按钮的输入。当按下的按钮 松开后，74LS148 的为高电平，但由于 CTR 维持高电平不变，所以 74LS148 仍处EXY 于禁止工作状态，其他按钮的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性以及抢 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。 3.2 定时电路设计 该部分主要由 555 定时器秒脉冲产生电路、74LS192 十进制同步加减计数器、 74LS48 译码电路和 2 个 7 段数码管即相关电路组成。具体电路如图 3-2 所示。两块 74LS192 实现减法计数，通过译码电路 74LS48 显示到数码管上，其时钟信号由时钟产 生电路提供。74LS192 的预置数控制端实现预置数，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。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段 数码显示管 DPY-7-SEG 上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果 没有人抢答，且倒计时时间到时，BO2输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警， 同时以后选手抢答无效。 下面结合图 3-2 具体讲一下标准秒脉冲产生电路的原理。图中电容 C 的放电时间和 充电时间分别为： （3-1）CRt.7 . 0 21 （3-2）CRRInCRRt).(7 . 02.).( 21212 于是从 NE555 的 3 端输出的脉冲的频率为 CRRtt f )2( 43 . 1 1 2121 （3-3） 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 16 页 共 25 页 结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，选择的电阻值为 R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得，即秒脉冲。 Z Hf1 图 3-2 可预置时间的定时电路 3.3 声音电路设计 由 555 定时器和三极管构成的报警电路如图 3-3 所示。其中，555 构成多谐振荡器， 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；反之，电路停振。 图 3-3 报警电路 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 17 页 共 25 页 3.4 时序控制电路设计 时序控制电路抢答器设计的关键，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，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，抢答电路和定时电路停止工作。 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。 根据上面的功能要求以及图 3-1 和图 3-2，设计的时序控制电路如图 3-4 所示。图 中，门 G1 的作用是控制时钟信号 CP 的放行和禁止，门 G2 的作用是控制 74LS148 的 输入使能端。图 3-4 a)所示电路的工作原理是：主持人控制开关从“清除”位置拨ST 到“开始”位置时，来自图 3-1 的 74LS279 的输出 CTR=0，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 CPD 时钟输入端，定时电路进行递 减。同时，在定时时间未到时，来自图 3-2 所示 74LS192 的借位输出端，门 G21 2 BO 的输出=0，使 74LS148 处于正常工作状态，从而实现功能（1）的要求。当选手在ST 定时时间内按动抢答按钮时，CTR=1，经 G3 反相，A=0，封锁 CP 信号，定时器处于 保持工作状态；同时，门 G2 的输出，74LS148 处于禁止工作状态，从而实现功1ST 能（2）的要求。当定时时间到了，来自 74LS192 的，74LS148 处于禁1 2 BO1ST 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 电路保持 00 状态不变，从而实现功能（3）的要求。74LS121 用于控制报警电路及发声 的时间。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 18 页 共 25 页 a）抢答与定时电路的时序控制电路 b）报警电路的时序控制电路 图 3-4 时序控制电路 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 19 页 共 25 页 第章 电路综合 4.1 整机电路介绍 经过以上各单元电路的设计，可以得到定时抢答器的整机电路，如图 4-1 所示。 U1、U2、U5、U9、U11组成了抢答电路，U3、U4、U6、U7、U8、U9、组成了定时电路， U10、U13组成了报警电路，U12为报警电路的时序控制电路。 图 4-1 整机电路 4.2 电路仿真 4.2.1 抢答电路的仿真 主持人的控制开关为 0，参赛选手的抢答按钮为 18。分别用键盘上的 08 号键与 其一一对应来进行控制，当把图画完整后就按 EWB 的运行开关，如果主持人把开关打 在清除端则显示器上始终显示 0，如果主持人把开关打在开始端则显示器显示选手所对 应的号数，其仿真图如图 4-2 所示。 0 10 1 11 2 12 3 13 4 1 5 2 6 3 7 4 EI 5 EO 15 A0 9 A1 7 A2 6 GS 14 U1 74LS148 1R 1 1Q 4 1S1 2 1S2 3 2R 5 2Q 7 2S 6 3R 10 3Q 9 3S1 11 3S2 12 4R 14 4Q 13 4S 15 U2 74LS279 D0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U3 74LS192 D0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U4 74LS192 A 7 QA 13 B 1 QB 12 C 2 QC 11 D 6 QD 10 BI/RBO 4 QE 9 RBI 5 QF 15 LT 3 QG 14 U5 74LS48 A 7 QA 13 B 1 QB 12 C 2 QC 11 D 6 QD 10 BI/RBO 4 QE 9 RBI 5 QF 15 LT 3 QG 14 U6 74LS48 A 7 QA 13 B 1 QB 12 C 2 QC 11 D 6 QD 10 BI/RBO 4 QE 9 RBI 5 QF 15 LT 3 QG 14 U7 74LS48 R 4 DC 7 Q 3 GND 1 VCC 8 TR 2 TH 6 CV 5 U8 555 R1 10k R2 10k 2 3 4 5 6 7 8 9 1 RP1 RESPACK-8 12 U9:A 74LS04 1 2 13 12 U10:A 74LS11 C1 1uF C2 1nF +5v BO2 BO2 +5V R3 10k +5V 1 2 3 U11:A 74LS00 +5V BO2 34 U9:B 74LS04 CTR SW1 SW-SPDT CTR CX 10 RX/CX 11 RINT 9 A1 3 A2 4 B 5 Q 6 Q 1 U12 74121 R4 10k C3 1uF +5v PR S YEX BO2 R 4 DC 7 Q 3 GND 1 VCC 8 TR 2 TH 6 CV 5 U13 555 R6 10k R7 10k R8 10k C4 1nF Q1 2N1711 R9 10k C5 1uF R10 10k LS1 SPEAKER CTR PR 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 20 页 共 25 页 图 4-2 抢答电路仿真 4.2.2 定时电路的仿真 先在 EWB 中画好定时电路部分的电路图，再按下 EWB 软件中的仿真运行开关， 则可见显示器上从预置的时间 30 秒开始倒计时，其仿真图如图 4-3 所示。 图 4-3 定时电路仿真 4.2.3 声音电路仿真 当输入的控制信号为高电平时电路才能仿出波形，且波的频率，否则不能。 Z Hf1 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 21 页 共 25 页 声音电路的仿真电路图与波形图分别为图 4-4 图 4-5 所示。 图 4-4 声音电路仿真 图 4-5 声音电路波形 4.3 安装与调试应注意的问题 在 EWB 中找 74LS 这些芯片的时候没有写 LS 比如：74LS48 就只写成 7448。在画 图时要注意各个引脚的连接，因为在软件中引脚的标号与芯片的逻辑图的标号是不一样 的。在调试的时候一定要记得是不是有哪个开关应该打开还是关闭，否则就始终要不到 自己所需要的结果。 此设计中不足就是抢答部分的译码只能显示 17 而不能显示 8 这个数字，还有就 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 22 页 共 25 页 是不能听到报警的声音，只能观看它的波形。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 23 页 共 25 页 总 结 实用抢答器的这一产品是各种竞赛活动中不可缺少的设备，在国内外都是比较有用 的，而它的发展也是比较快的，从一开始的光具有抢答锁定功能的一个电路，到现在的 具有倒计时、定时、自动（或手动）复位、报警（即声响提示，有的以音乐的方式来体 现） 、屏幕显示、按键发光等多种功能的技术合并，这就可以说明其多种功用及发展的 快速。 我所设计的抢答器主要介绍了它的功能有那些，设计它的目的与意义是什么，画出 了它的设计框图。在第 2 章中介绍了基本元器件的功能，这些元器件是 74LS148、74LS279、74LS48、74LS192、555 定时器。第 3 章介绍了抢答器的设计部分， 其中介绍了抢答部分、定时部分、声音部分、时序控制部分。并在论文中有相应的设计 图，更能让人们具有一目了然的效果，第 4 章则是仿真部分，仿真就是为了能很好的说 明我设思路的正确性。 在这次设计中，我觉得比较成功的是能实现声光显示，这样能比较公平的让抢答者 进行抢答，但是它也有不足的地方，那就是扬声器容易坏掉，可能好多的时候不能发声。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 24 页 共 25 页 致 谢 在此次设计中，我得到过老师和同学的帮助与支持。尤其是我的指导老师。在他紧 张而又繁忙的工作之中，还要抽出一定的时间为我们申报设计课题，并且不断的为我进 行指导，也正是有王老师的耐心指导，我此次的设计才能够顺利并按时的完成，在这里 我深深的对他表示感谢。 在这里请接受我诚挚的谢意！谢谢您们！ 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 25 页 共 25 页 参考文献 1 邱寄帆，唐程山数字电子技术北京：北京人民邮电出版社，2005 2 黄永定电子线路实验与课程设计北京：北京机械工业出版社，2005 3 谢自美电子线路设计实验测试（第二版） 武汉：武汉华中科技大学出版社， 2006 4 高建新，雷少刚电子技术实验与实训北京：北京机械工业出版社，2006. 5 张有礼，韩爱娟电子技术综合实训北京：北京师范大学出版社，2005 6 7 http:/www.go- 8 唐程山数字电子技术北京：人民邮电出版社，2005 9 李银华电子线路设计指导北京：北京航空航天大学出版社，1985 10 何小艇电子系统设计浙江：浙江大学出版社，1994 11 姚福安电子电路设计与实践山东：山东科学技术出版社，1933 12 刘书明，冯小平数据采集系统芯片 AduC812