数字电路智力抢答器报告.doc

4人智力竞赛抢答器一、 设计要求：本课题要求设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。1 4名选手编号为：1、2、3、4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1、2、3、4。2 给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。3 抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在编号显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示。同时封锁输入编码电路，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清零为止。4 抢答器具有定时（9秒）抢答的功能。当主持人按下开始按钮后，要求定时器开始倒计时，并用定时显示器显示倒计时时间，同时扬声器发出音响，音响持续0.5秒。5 参赛选手在设定的时间（9秒）内抢答，抢答有效，扬声器发出音响，音响持续0.5秒。同时定时器停止倒计时，编号显示器上显示抢答选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间。并保持到主持人将系统清零为止。6 如果定时抢答时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器报警（音响持续0.5秒），并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。7 555定时器产生频率为1kHz的脉冲信号，经多级分频产生周期为1s的信号。作为定时计数器的CP信号。二、设计的作用、目的根据如上设计要求，该四人智力抢答器应当具有以下功能：1 主持人控制整个电路，控制抢答的开始，即抢答开始前选手按键无显示无报警；抢答完毕后，能对两个显示数码管进行复位。2 选手抢答按下按钮，储存其信息，并通过译码使数码管显示其编号，同时封锁其余选手按键信号，即封锁。3 用一个1KHz的时钟（时基电路）经过千分频产生与现实相符的周期为1秒的时钟。4 定时电路能实现9秒倒计至0并停止，计时结束后封锁选手信号输入，禁止抢答；计时过程中，选手抢答后立即停止计时。5 报警电路实现：主持人按下开关时，报警器响起；倒计时期间，第一位选手按下抢答时，报警器响起；倒计时结束时，报警器响起。响声均持续0.5秒。三、设计的具体实现1.系统概述设计方案系统原理框图如图1所示。整个电路共由10个部分组成。1抢答按钮为弹簧开关。2编码电路主要由74ls148（八三编码器），通过使能端EI控制是否编码，抢答后的封锁由此实现。3锁存器采用74ls279 SR触发器，该部分能够同时实现锁存和译码的功能，其输出信号进入四输入显示数码管。4报警电路使用蜂鸣器，以模拟电路产生类似74ls121的功能，通过一个输入下降沿信号产生一个输出单脉冲信号，时间可控，为Tw=07RC，令其作为蜂鸣器输入，实现0.5秒的持续响声。5时基电路为555定时器连接而成的多谐振荡器，频率1KHz，由R和C控制。千分频采用三个74ls190级联而成。6定时电路采用74ls190，计时方式接倒计，其输出接四输入显示数码管，并且由一系列器件连接成反馈电路至其千分频时钟，控制计时中断。抢答按钮主持人控制按钮时基电路编码电路控制电路定时电路锁存器编码显示器报警电路定时显示器图1.设计方案系统原理框图2.电路设计、仿真与分析（我们小组使用Multisim进行仿真）1 抢答器（齐永同学负责设计）图3.抢答器设计电路抢答器部分的设计主要有三部分，包括主持人控制选手输入并有复位功能；选手抢答后显示编号；优先判断后，封锁电路。该部分电路图如图3所示。抢答开始前，主持人开关打开，四个选手开关的按键输入状态均为1，失效，且此时，下方的主持人开关为SR锁存器置数，令数码管显示数字“0”；主持人开关闭合，选手输入开启，当选手按下时，经编码器74ls148及SR锁存器编码译码，最终输出信号进入四段显示数码管；当第一位选手按下开关以后，从SR锁存器的输出取得选手按键信号，反馈至编码器74ls148的EI使能端，封锁电路，禁止其他选手输入，所有真值表信息如下：1）.编码器74LS148真值表：输入输出EII0I1I2I3I4I5I6I7A2A1A0GSEO1Xxxxxxxx11111011111111111100xxxxxxx0000010xxxxxx01001100xxxxx011010100xxxx0111011100xxx01111100100xx011111101100x011111111010001111111111102）.SR锁存器真值表：输入输出SRQ00101010111不变3）.总体真值表： 令选手输入K1=I1，K2=I2，K3=I3，K4=I4。74LS148输出A2，A1，AO，GS接与锁存器的R断，主持人控制锁存器S端，得到以下真值表：输入输出K1K2K3K4Q3Q2Q1111100001110011011010110101111101002.定时电路（沈颖达同学负责设计）此处参数设置输出为1000HZ的方波信号图4.时基电路与千分频因为控制电路是以秒作为单位的，所以用秒脉冲发生器。我们用555定时器构成的多谐振荡构成秒脉发生器。千分频是通过前三个74LS190D，分别作个位、十位、百位。每输入0-9十次信号，个位溢出十位进位得到一次信号，十位出入0-9十次信号，十位溢出百位进位得到一次信号，直到555产生1000次频率1000HZ的信号（即经过时间为1秒），倒计时器输入端接受到一次信号。3.倒计时电路（沈颖达同学负责设计）图5.倒计时电路该部分电路主要由三部分组成。如图4及图5所示1）是由555定时器与RC组成的时钟发生器，由公式可知，由输出端OUT得到的方波信号频率为，为了得到要求的1KHz时钟信号，由计算选取的电阻和电容分别为。2）是由三个74ls190级联而成的千分频电路，能将CP时钟的1KHz方波信号转变为1Hz方波信号。采用异步时序电路，通过前一级进位作为下一级时钟，实现分频。3）倒计时电路，由74ls190实现，可置数，由主持人控制。当主持人开关打开时，Load端置低电位，置数，输入端ABCD的1001送至输出，在数码管上显示数字9；当主持人开关按下后，Load置高电位，倒计时开始。计时由9-0后，将0001-0000的信号送入三与非门，后反馈至千分频时钟，令其中断，计时停止。控制190计数停止的反馈原理如下图：时基电路千分频倒计时电路逻辑电路4报警电路（齐永同学负责设计）图6.报警电路如图，该部分主要采用了模拟74ls121器件，其功能为当输入信号为一个下降沿（10）时，输出一个Tw可控的正单脉冲信号，计算公式及参数 声音由蜂鸣器Buzzer得到，输入电压高于2V即可发声。J1为主持人按钮。报警电路共实现三部分功能当主持人开启电路时，发声0.5s；倒计时期间，选手按下抢答，发声0.5s；倒计时至0后，发声0.5秒。上图标出了这三个信号的输入所在。12、13端口分别接收倒计时信号和选手按键信号，经过一个与门和与非门将其转化为下降沿。而主持人按钮则直接能产生下降沿。（我们小组用MONOSTABLE代替74LS121）系统总体电路图7.系统总体电路因为整个设计之中，三个主要的单元电路之间需要相互传递信号以实现更多的功能，故将三部分单元电路整合在一起的时候需要外加逻辑器件，需要实现的功能有1）抢答器在规定时间内出现有效信号时，倒计时电路停止工作；2）倒计时电路计时到0时，抢答器电路封锁；3）出现上述两种情况时，报警器发声0.5s。具体实现如下图所示图8.系统整合详解未连接千分频 555产生1000HZ的方波信号时基电路与千分频1Khz时钟 1次分频100Hz3. 用Protel绘制电路原理图和PCB电路板图（一）Protel原理图绘制（肖翔同学负责设计）在Protel程序中新建一个Schematic Document,并在此面板中绘制原理图。首先设置图板大小，根据已设计电路图我们选择了Standard 为型号C的面板，并加载了所能用到了基本元件库。然后就是开始根据之前所做的Multisim图进行绘制，在绘图过程中我们尽量的多用直线，并避免过多的交叉线。在连线的节点处都用连接点标出，避免出现没连接的错误。在绘图过程中，由于没有四输入线的数码管元件，我们使用Schematic Library Document自己绘制了元件图，并在Protel 中使用。最后经过SimulateRun未发现错误，完成了Protel的基本原理图绘制。截图如下：（二）PCB制板（肖翔同学负责设计）原理图绘制完成后就是PCB制板了。1、绘制网络表与元器件封装根据老师讲的制板过程，我们先制作了原理图的网络表。然后就是封装，通过封装命令进行封装，由于有些元件我们的库中没有封装，经过网上查询以及询问老师我们对剩下的一些没有的元件进行了封装。2、规划电路板根据我们原理图的元件多少，大小，我们粗略的对电路板进行了规划，并设计了PCB板的环境参数。3、元器件的布局然后装入网络表，对元器件进行美观大方的布局，完成后对一些线距等规则进行了设定，并使用PlacePad加入了地与电源端，并将接地线和接电源线进行了加粗。观察了3D效果图形，完成PCB制板。截图如下：四心得体会及建议（自己写感受至少半页）五、附录元器件明细表序号名称（参数）数量1MONOSTABLE1274LS00D53SWITCH(PB_DPST)54DCD_HEX25SWITCH(SPDT)36BUZZER17RESISTOR（120kOhm_5%）1874LS08D1974LS00D21074LS32D41174LS190D41