八路抢答器实验报告

物理与电子信息工程系物理与电子信息工程系 数字电子设计报告数字电子设计报告 八八 路路 抢抢 答答 器器 姓姓 名 名 专专 业 业 10 通信工程 班班 级 级 02 班 学学 号 号 同组人同组人 学校 学校 时间 时间 2012 6 18 八路抢答器八路抢答器 摘要 本文介绍了一种 74 系列常用结成电路设计的的数码显示抢答器的电路 组成 设计思路及其功能 该抢答器除了具备基本抢答器功能外 还具有 定时 计时和警报功能 主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间 系 统将完成自动倒计时 若在规定时间内有人抢答 则计时将自动停止 若 在规定的时间内无人抢答 则系统中的蜂鸣器将发响 提示主持人本轮抢 答无效 实现报警功能 ABSTRACT Describes a common 74 series forming a circuit design of digital display circuit of vie design ideas and features The vie must possess basic vie feature also has a timing timing and alerting functions Chairpersons adopted time preset switch for preemptive answer time system will automatically complete the countdown If preemptive answer within the prescribed time the timer will automatically stop if no preemptive answer within the time stipulated then the system buzzer sounding prompted the facilitator preemptive answer is not valid for the current cycle achieving alarm function 前言前言 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范比赛 因此 为了克服这种 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则 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 人们摆脱了耗费很 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 避免不合理的现象发生 但这种电路不易于扩展 而 且当有更高要求是酒无法实现 例如参赛人数的增加 随着数字电路的发展 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 用单片机技术进行设计 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行各个部分的设计 最后完成了八路智力竞赛抢答器的设 计 目录目录 摘要摘要 ABSTRACTABSTRACT 1 1 引言引言 2 2 页页 1 11 1 八路抢答器的摘要八路抢答器的摘要 2 2 页页 2 2 设计任务与要求设计任务与要求 2 2 页页 2 12 1 设计任务设计任务 2 2 页页 2 22 2 功能要求功能要求 2 2 页页 3 3 方案方案 3 3 页页 4 4 电路设计电路设计 3 3 页页 4 14 1 单元电路设计单元电路设计 3 3 页页 4 1 14 1 1 抢答电路抢答电路 3 3 页页 4 1 24 1 2 定时电路定时电路 5 5 页页 4 1 34 1 3 秒脉冲发生电路秒脉冲发生电路 7 7 页页 4 1 44 1 4 警报电路警报电路 8 8 页页 4 1 54 1 5 控制电路控制电路 8 8 页页 4 24 2 总电路总电路 10 10 页页 5 5 电路仿真电路仿真 12 12 页页 6 6 元器件介绍元器件介绍 13 13 页页 6 16 1 元件清单元件清单 13 13 页页 6 26 2 元件简介元件简介 13 13 页页 7 7 心得体会心得体会 14 14 页页 8 8 参考文献参考文献 15 15 页页 第一章第一章 方案设计方案设计 1 11 1 设计任务设计任务 1 八组参赛者在进行抢答时 用八个 LED 数码管 代表 当抢先者按下前 面的按钮时 抢答器能够准确地判断出抢答者 并以声 光为标志 2 抢答器应具有锁存功能 某组抢答后能自动锁存其他各组进行抢答 3 抢答应该具有一个总开关 4 使抢答具有限时功能 时间到时应发出声响 同时 时间数据要用数码 管显示出来 5 有选手抢答时时间停止 警报电路发出警报信号 以提示灯光为标志 1 21 2 功能要求功能要求 1 设计一个智能竞赛抢答器 可同时供 8 名选手参赛 他们的标号分别是 1 2 3 4 5 6 7 8 各用一个抢答按钮 按钮的编号与选手的编号相对应 分 别是 s1 s2 s3 s4 s5 s6 s7 s8 2 给主持人设置一个控制开关 用来控制系统的清零和抢答的开始 3 抢答器具有数据锁存和显示功能 抢答开始后 若有选手按动抢答按钮 编号立即锁存 并在 LED 数码管上显示出选手的编号 同时扬声器给出音响提示 为此 要锁存输入电路 禁止其他选手抢答 优先抢答选手的编号一直保持到 主持人将系统清零为止 第二章第二章 系统的组成及工作原理系统的组成及工作原理 2 1 1 系统的组成框图 系统的组成框图 图 2 1 系统组成框图 2 2 系统的工作原理 系统的工作原理 定时抢答器的总体框图如下图 2 2 图 2 2 抢答器工作框图 如图所示电路包括主体电路和扩展电路两部分 其中主体电路完成基本的抢答功 能 即主持人按下控制开关后 当选手按动抢答键时 数码管显示选手编号 同时封 锁输入电路 其他选手抢答无效 扩展电路完成定时抢答的功能以及报警功能 图 2 2 所示电路的工作过程是 接通电源后 主持人将控制开关置于 清除 处 此时 抢答器处于禁止状态 选手不能进行抢答 定时显示器显示设定的时间 30s 当主 持人将控制开关置于 开始 时 扬声器发出声响 抢答器处于工作状态 同时定 时器开始倒计时 当选手在定时时间内按动抢答键时 电路要完成以下功能 1 优先编码电路判断抢答者的编号 并由锁存器进行锁存 然后通过译码显示 电路在数码管上显示抢答者的编号 2 扬声器发出短暂声响 3 控制电路对其余输入编码进行封锁 禁止其他选手进行抢答 4 控制电路要使定时器停止工作 数码管上显示剩余的抢答时间 当选手将问 题回答完毕 主持人操作控制开关进行系统清零 使系统回复到禁止工作状态 以便 进行下一轮抢答 当定时时间到 却没有选手抢答时 系统将报警 并封锁输入电路 禁止选手超时后抢答 第三章第三章 电路设计电路设计 3 13 1 单元电路设计单元电路设计 3 1 13 1 1 抢答电路抢答电路 该电路完成两个功能 一是分辨 出选手按键的先后并锁存电平信号 并 通过译码显示电路显示编号 二是是其 他选手的抢答信号处于无效状态 该电 路主要有八 D 锁存器 74LS373 优先编码 器 74LS148 七段译码器 74LS48 74LS04 和七段数码 管组成 74LS373 八 D 锁存器引脚图和 功能表图示 Vcc Q8 D8 D7 Q7 Q6 D6 D5 Q5 C 74LS373 的功能表 OC 非 Q1 D1 D2 Q2 Q3 D3 D4 Q4 GND 74LS373 的引脚图 有功能表可以看出 74LS373 只有当 0 是才能完成数据传输货锁存功能 当 0 且 C 1 时 74LS373 输出随输入一起改变 当且 C 0 时 74LS373 将 C 发生正跳变前芯片的输出锁存 DnCQn 1101 0100 00Q0 1Z 输入输出 EI 7 6 5 4 3 2 1 0A2 A1 A0 GS EO 1 X X X X X X X X 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 X X X X X X X 0 1 0 X X X X X X 0 1 1 0 X X X X X 0 1 1 1 0 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 00 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 S1 1N 4001 S2 1N 4001 S3 1N 4001 S4 1N 4001 S5 1N 4001 S6 1N 4001 S7 1N 4001 S8 1N 4001 R 1 10K R 2 10K R 3 10K R 4 10K R 5 10K R 6 10K R 7 10K R 8 10K O C 1 C 11 1D 3 1Q 2 2D 4 2Q 5 3D 7 3Q 6 4D 8 4Q 9 5D 13 5Q 12 6D 14 6Q 15 7D 17 7Q 16 8D 18 8Q 19 U 1 74LS 373 V CC 4 1 5 2 6 3 7 4 EI 5 A 2 6 A 1 7 A 0 9 0 10 1 11 2 12 3 13 G S 14 EO 15 U 2 74ls148 12 F1A 74LS 04 34 F1B 74LS 04 56 F1C 74LS 04 98 F1D 74LS 04 B I R BO 4 R BI 5 LT 3 A 7 B 1 C 2 D 6 a 13 b 12 c 11 d 10 e 9 f 15 g 14 U 3 74LS 04 1 2 3 M 1A 74LS 86 vcc vcc S9 4 5 9 7 6 2 1 a b c d e f g 10 dp 3 G ND a bf c g d e dp 8 8 D S1 A MB ERC C 1 2 3 另一路低电平输出 到计数器 74LS192 的端 而 CLR 接低电平 所以使得对应显示器输出预置的数据 三 十与集成单稳态触发器 74LS121 相连 因为是低电平所以没有警报信号 接下来主持人根据题目的难易程度设置强大时间 此设定可以通过调节输 入两片 74LS192 的四个输入端 D C B A 的高低电平来进行设置 例如要设定时间为 30 秒 就将十位的 74LS192 的 D C B A 分别置为 0 0 1 1 而将个位的 74LS192 的 D C B A 都置 0 当主持人宣读完题目说 开始 并将开关置于 开始 位置后 输 出为按平 此高电平有三路方向 一路输出到集成单稳态触发器 74LS121 的输入端 使其产生单个周期为 0 5 秒的脉冲 驱动警报电路发出声响 即实现了发声提示的功 能 另一路输出到 74LS192 的端 使其处于高电平而开始减计数 还有一路与 EO 信号 此时为 0 异或后将高电平输入 C 端 使八 D 锁存器处于传输状态 此时任何 选手抢答有效 当任意一名选手抢答时 例如 2 号抢答时 八 D 锁存器 74LS373 工作 与输入端 相对应的输出端 Q2 输出低电平 则锁存器输出的八位电平经 8 八位优先编码器 74LS148 编码输出的 A2 A0 再经反向后成为与输入信号相对应的三位二进制代码 010 而 74LS148 的 EO 输出由低电平变成高电平 输出到七段译码显示器 74LS48 的 二进制码经其译码后输出到七段共阴数码管上 则显示器显示对应的编号 此时 74LS148 的 EO 端输出高电平 开关也输出高电平 二者经过异或门输出低电平 输出 到锁存器 74LS373 的 C 端 起到锁存功能 其他选手若再按动对应按钮也无对应输出 即实现了抢答功能 同时 由于 74LS148 的 EO 端输出高电平输出到集成单稳态触发 器 74ls121d 的输入端 使其产生单个周期为 0 5 秒的脉冲 驱动警报电路发出声响 即实现了发声提示功能 同时 74LS148 的 GS 端输出电平由高遍地 与秒脉冲相与后 输出为 0 使得脉冲抵达个位计数器 74LS192 的 DWN 端 计数器停止工作 保持原来 显示不变 即实现了暂停减计数使其记录抢答时间的功能 若没有选手按动按钮 则 74LS373 输出全为高电平 74LS48 也输出高电平 EO 端输出低电平至 74LS148 的灭灯 输入端 RI RBO 使得信号经 74ls192 的结尾输出端输出低电平 将此输出低电平输入 到单稳态触发器 74LS121 的 B 端口 使其产生周期为 0 5 秒的脉冲刺激警报电路发声 提示 综上所述 我们设计的电路完全可以实现要求中的所有功能 3 33 3 电路仿真图 电路仿真图 第四章第四章 实验总结实验总结 本次电子课程设计实习将理论与实践有机地结合 既考查了我们对理论知 识的掌握程度 由反映了实际动手能力 更主要的是考查了我们对知识的综合运用以 及创新设计思维能力 为今后的发展提供了一次良好的学习环境 针对课设题目八路抢答器 一开始还没有头绪 不会运用所学知识进行有效设计 但通过上网查阅各种类似的设计 去图书馆翻阅相关设计书籍 查阅所提供的芯片功 能 确定基本设计方案 又通过仿真验证试验方案的可实行性 虽说比较烦杂但却对 设计一个电路有了基本的经验 同时也使自己认识到 1 设计思路是整个设计的灵魂 拿下每个课题能有一个非常清晰的设计思路是至关重要的 只有对课题的充 分理解 对各种器件的熟练掌握 勾画出基本的设计图是成功的关键 必须多 花时间在设计上才能为后续工作提供更扎实的基础 翻阅各种资料 上网查询填 补所需知识的空白是必要的 2 焊接制作必须精益求精 焊接必须精益求精 一丝不苟 一点的差错都可能导致实验结果错误 因此 必须准确无误还要工整 这样才能在调试中能比较轻松进行 也是整个电路可看 性更好 3 调试 调试工作是个精细工作 在调试过程中 有些问题是芯片本身损坏引起的 也有些是因为焊接问题引起的等因此排查过程需要特别有耐心 通过对芯片功能 的检验 对焊点的检查最后检查出问题所在 当最后解决问题时 电路的正确是 非常振奋 也很有成就感和满足感 参考文献参考文献 1 康光华 电子技术基础 数字部分 北京 高等教育出版社 2005 2 欧阳星明 数字逻辑 武汉华中科技大学出版社 2004 3 李士雄 丁康源编 数字集成电子技术教程 北京高等教育出版社 2003 4 曹汉房 陈耀奎编 数字技术教程 北京电子工业出版社 2003 5 高吉祥 电子技术基础实验与课程设计 电子工业出版社 2002 6 谢自美 电子线路设计实验测试 华中科技大学出版社 2000 7 赵保终 中国集成电路大全 TTL 集成电路 国防工业出版社 8 周常森 电子电路计算机仿真技术 山东科学技出版社 附录一 附录一 元件清单 元件清单 序 号 型 号 名称数量 174L S373 八 D 锁存器1工作