数字电路综合实验——六人智力抢答器.doc

六人智力抢答器一、 实验目的1、综合应用所学的数字电路知识，学会查找相关资料，针对设计提出的任务要求和使用条件，设计制作合理、可靠、经济、可行的电子产品。2、培养学生独立分析问题、解决问题的能力。3、培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。4、掌握PCB板的设计，完成电路连接和调试方法。二、设计任务与要求（1）当有某一参赛者最先按下抢答开关时，在数码管上显示相应的组序号，并伴有音响提示，此时抢答器不再接受其他输入的抢答信号。（2）电路具有回答问题的时间控制功能，要求回答问题的时间100s(显示0099)。时间显示采用倒计时方式。当达到限定时间时（显示器为00时），发出声响以示警告。（3）要求电路主要选用中规模TTL或CMOS集成电路。（4）电源电压510V，由稳压电源提供不另行设计。三、设计方案根据设计要求，智力竞赛抢答器组成框图如图1所示，主要由六部分组成。（1）抢答控制器。智力竞赛抢答器的核心，当任意一位参赛者按下开关时，抢答控制器立刻接受该信号，并使数码管显示相应的参赛者序号，共用的蜂鸣器发出声响，与此同时封锁住其他参赛者的输入信号。若有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，结果可能是它们中的任一个产生有效输出。（2）抢答输入电路。由6个开关组成，6人各控制一个，按下开关时相应的控制信号为低电平。（3）清零装置。由主持人控制，它能保证每次抢答前使抢答器清零，避免电路的误动作和抢答过程中的不公平。（4）显示、声响电路。显示电路由译码器和数码管组成，可以显示对应的参赛者序号和倒计时计数。声响电路由蜂鸣器构成，输入信号有抢答信号和“时间到信号”。（5）计数、显示电路。该电路的作用是对抢答者回答问题时间进行控制，规定的时间小于或等于100S，所以显示装置应该是一个二位数字显示的计数系统。当主持人给出“请回答”指令后，从“99”倒计时，当记到“00”时，要能够驱动声响电路发出警告声。（6）振荡电路。振荡电路用来产生秒脉冲信号给192提供时钟信号。四、电路设计（1）抢答控制电路和抢答输入电路、清零装置如图2所示。由抢答按键、优先编码器74ls148、SR触发器74ls279组成。按键的输出端接74ls148的输入端，74ls148的功能表如表1，把I7端和I0端接高电平其余六个引脚接与按键相连，148的三个数据输出端（A2、A1、A0）和控制输出端YEx接SR触发器的的4个S端，触发器的A2、A1、A0再分别与译码器的A2、A1、A0相连接。图2S1由主持人控制，当主持人按下时，SR触发器的四个S输入端都是低电平从而使四个Q输出端都是低电平，数码管显示0，74Ls148处于工作状态。当S1弹起时，S1为高电平，即SR触发器的4个S输入端都为高电平，若有人按下时，按键的输出端给一个低电平（比如I1=0），使148的A2、A1、A0输出一个110到001的编码（比如A2A1A0=110）且YEx输出一个低电平，A2A1A0输到SR触发器的S端，使触发器输出相应的编码（如0001），从而在数码管显示相应的按键序号（如1），同时Q4即SR触发器的13引脚输出高电平，把74ls148给锁住，再有其他按键按下已无效。表1（2）倒计时电路如图3所示。该电路由两片74ls192和两个与门构成，由于是倒计时，所以CNT UP接高电平，主持人按下置数端时，192的P3P2P1P0（1001即9）送到Q3Q2Q1Q0端，当置数端没按下时，且“时钟开始走”信号到，时钟信号从与门的引脚5输入，因为定时信号未到时是高电平，所以时钟信号可以顺利的到达低位192的CNT DWN端，使192开始计数倒计时，当低位的减到0时，低位192的借位端输出一个低脉冲向高位192借1又开始从9往下减。图3（3）振荡电路如图4所示，其中555构成多谐振荡器，振荡频率f1（R22R1）C1ln2，所以我们选R1为15K，R2为68K，C1为10u，由公式得f=0.95Hz。（4）显示、声响电路如图5、6、7所示。显示电路由74ls48译码器和数码管组成。由SR触发器279的A2A1A0或者计数器192的Q3Q2Q1Q0接到译码器的A3A2A1A0端，Ds1、Ds2、Ds4为共阴数码管。声响电路如图7由蜂鸣器和一个与门电路、三极管组成，当“有人按下信号”或者“定时信号”到，与门输出低电平从而驱动PNP三极管饱和导通而是蜂鸣器发出声音。 图4图6图7五、电路原理图与PCB图七：制作与调试 1）选择好与器件，并认真测试元器件的参数。 2）将印制电路板的排版设计好。用两块合乎规格的电路板将电源及。抢答器电路分别焊接成一整体。 3）将电源和抢答器连接起来成一个八路抢答器成品。 4）通电并调试。七、设计电路的特点和方案的优缺点优点：该电路是由TTL集成电路和电阻电容构成的，功耗小且工作稳定，且该抢答器结构简单，实用性强，具有数据锁存功能，能应用于各活动中。 缺点：该电路输入分辨率低，当有人同时按下时是随机取值。 改进：可以换成分辨率更高的输入控制电路，比如用500kHZ的时钟信号去控制6个D触发器和6个与非门。八、器件清单74ls192两个、74ls48三个、74ls148一个、74ls08一个、74ls279一个、NE555一个、共阴数码管三个、s8550一个、蜂鸣器一个、10k电阻10个、15k和68k电阻各一个、10u电容两个、104瓷片电容一个、LED一个、按键9个。九、参考文献1康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）J.高等教育出版社.北京2