路抢答器报告

1、电子课程设计实验报告名称：学号：专业：姓名：目录一、前言 2二、设计内容与要求 3三、设计思想和原理 4总体设计方案 4设计思路 4设计框图 5单元电路设计 5抢答部分 5定时部分 9四、芯片管脚图和真值表 14五、心得与体会 20附录 211、 元器件清单212、电路原理图 223、PCB板图与工艺图 23、前言随着科学技术的不断发展， 人们学科学、 学技术、学知识的手段也多种多样， 例如七路抢答器作为一种工具， 已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。 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。抢答能引起参赛者和观众的极大兴趣， 并且能在极短的时间内，

2、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，对于谁先谁后抢答，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 现误判。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。利用本次设计出的电路制造成的定时抢答器，即可轻松实现在 7 人或 7 个代表队之间进行的抢答比赛中进行控制， 使得这一活动更加趣味、 公平。在本次课程设计中， 将主要设计一个供七人使用的定时抢答器。 主要实现以 下功能：(1)为 7 位参赛选手各提供一个抢答按钮，分别编号 S1、S2、S3、S4、 S5、S6 S7;(2)主持人可以控制系统的清零与抢

3、答开始；(3)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，同时其他人再按对应按钮无效；( 4)抢答器要有 自动定时功能，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；( 5)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；( 6)若设定时间内无 选手进行抢答(按对应按钮)，则系统禁止选手超时抢答；( 7)优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出。数字抢答器由主体电路与扩展电路组成， 优先编码电路、 锁存器、 译码电路 将

4、选手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电路， 以上两 部分组成主体电路。经过布线、焊接、调试等工作后数字抢答器成形。、设计内容与要求设计目的：通过本课程设计，掌握数字电路系统的设计方法。基本功能：1. 设计一个智力抢答器，可同时供 7 名选手参加比赛，对应 7 个抢答按钮。2. 主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（显示数码管灭）和抢答开 始。3. 抢答器具有数据所存功能，抢答开始后，若有选手抢答，编号立即锁存， LED 显示选手编号，并封锁输入电路。4. 参赛选手在设定的时间（ 9 秒倒计时）内抢答，抢答有效，定时器停止工作， 显示选手编号和抢答时刻的时间，并保持到

5、主持人将系统清零为止。5. 如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答，本次抢答无效，并封锁输入电 路，禁止超时抢答。扩展功能：1. 扬声器给出抢答音响提示或报警提示。2. 延长抢答时间（如 30 秒倒计时）。3. 主持人设定抢答时间，启动开始后，定时器立即减计时，并用显示器显示。三、设计思想和原理3.1 总体设计方案3.1.1 设计思路 主持人按下复位按钮后， 控制电路对编码电路、 锁存电路控制使抢答器允 许输入，使之处于等待状态。 当有人抢答时， 信号通过按钮送到编码电路， 编码电路通过编码把结果送 入锁存电路锁存， 锁存电路把结果又传给译码电路， 译码电路把送来的信号译码 驱动显示电路，显示

6、出抢答者的组号。 在优先抢答者按钮的同时控制电路通过对编码电路和锁存电路的使能控 制使别的抢答者再按钮时失去作用，实现第一抢答信号得鉴别和锁存功能。接通电源后， 主持人将开关拨到 清零状态，抢答器处于禁止状态， 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，宣布开始抢答 器工作。定时器倒计时，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。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 清除 和开始状态开关。3.1.2 设计框图3.2 单元电路设计321抢答部分此部分电路主要完成的功能是实现 7路选手抢答

7、并进行锁存，同时有相应发 光二极管点亮和数码显示。使用优先编码器74LS148和锁存器74LS279来完成。该电路主要完成两个 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（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其 按键操作无效。编码部分主要由芯片74LS148优先编码器完成。它对由按钮送来的信号进行 优先编码，并输出结果。以下是对 74LS148的介绍：74LS148的输入端和输出端为低电平有效。07是输入信号，A2A1AQ为三 位二进制编码输出信号。EI为使能输入端，当El= 1时，编码器禁止编码，当El= 0时，允许编码。EO是使能

8、输出端，只有在E8 0,而07均无编码输入信号时为0。GS为优先编码输出端，在 GS= 0而07的其中之一有信号时，GS =0。0 7各输入端的优先顺序为：7的级别最高，0的级别最低。如果7端输 入为 0（有信号），则其它输入端即使有输入信号，均不起作用，此时输出只按7端编码，A2A1AB 000。本设计中位七路抢答， 0端应接高电平或悬空，这样才会对其他路抢答没有 影响。 17分别接到 7个选手按钮，当某路选手最先按下抢答按钮，即该路输 入低电平， 且比它优先级别高的输入端无低电平输入时， 输出端才输出相对应的 输入端代码。如按下S3,且优先级别比它高的4，5, 6，7输入均为1时，输出 代

9、码为 100，这就是编码器的工作原理。锁存部分用的是74LS279,以下是对它的介绍：74LS279是由与非门构成的基本 RS触发器，它有4种基本状态：1. 保持状态。当输入端接入=1的电平时，如果基本SR触发器现态=1、=0, 则触发器次态=1、=0;若基本SR触发器的现态=0、=1，则触发器次态=0、=1。 即=1 时，触发器保持原状态不变。2. 置0状态。当=1，=0时，如果基本SR触发器现态为=1、=0，因=0,会 使=1，而=1与=1共同作用使端翻转为0;如果基本SR触发器现态为=0、=1,同 理会使=0, =1。只要输入信号=1, =0,无论基本SR触发器的输出现态如何，均 会使输

10、出次态置为 0 态。3. 置1状态。当=0、=1时，如果触发器现态为=0、=1，因=0,会使G的输 出端次态翻转为1,而=1和=1共同使G的输出端=0;同理当=1、=0,也会使触 发器的次态输出为 =1、 =0;只要=0、 =1，无论触发器现态如何，均会将触发器置 1。当=1、 =0，也会使触发器的次态输出为 =1、 =0;只要=0、 =1，无论触发器现 态如何，均会将触发器置 1。4. 不定状态。当 =0时，无论触发器的原状态如何，均会使 =1， =1 当脉冲去掉后，和同时恢复高电平后，触发器的新状态要看G1 和 G2 两个门翻转速度快慢，所以称 =0是不定状态，在实际电路中要避免此状态出现

11、。基本RS触发器的逻辑图如图3-1所示:图3-1基本RS触发器译码部分主要由芯片74LS48 BCD七段译码器完成。它对由锁存器送来的信 号进行译码，并输出结果。以下是对 74LS48的介绍：74LS48通常以反相器作输出级，用以驱动 LED各引脚的名称：其中7、1、 2、 6分别表示 A0、 A1、 A2、 A3；5、 4、 3分别表示、；13、 12、 11、 10、 9、 15、 14分别表示a、b、c、d、e、f、g。还有两个引脚8、16分别表示的是Vcc、GND AO、A1、A2、A3为8421BCD码输入端。a、b、c、d、e、f、g为译码输出端，输 出为高电平有效。74LS48是

12、一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码一一七段码译 码器，具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的 CMO电路能提 供较大的拉电流。可直接驱动 LED显示器。显示部分选用LED数码管，以下是对它的简介：LED数码显示器通常有红、绿、黄等颜色。LED的死区电压较高，工作电压大约3V,驱动电流为几十毫安。图3-2是七段LED数码管的引脚图和显示数字 情况。74LS47译码驱动器输出是低电平有效，所以配接的数码管须采用共阳极 接法；而74LS48译码驱动器输出是高电平有效，所以，配接的数码管须采用共 阴极接法。数码管常用型号有 BS201 BS202等。本设计中采用共阴极的连

13、接方 式，使用时，共阴极接地，7个阳极ag由相应的BCDt段译码器来驱动。图 3-2 七段数码管根据以上对74LS48驱动器、数码管及74LS279的介绍，以及对各个部分的 功能的充分了解我们可以设计出这部分的电路图，如图 3-3 所示：图 3-3 抢答部分原理图定时部分该部分主要由 555 定时器秒脉冲产生电路、 十进制同步加减计数器 74LS192 减法计数电路、 74LS48 译码电路和 1 个七段数码管及相关电路组成。完成的功能是：当主持人按下开始抢答按钮后， 进行9s倒计时，到Os时禁 止选手抢答。当有人抢答时，计时停止，并显示抢答剩余时间。 74LS192 实现减 法计数，通过译码

14、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 9s，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， 输出低电平到时序控制电路，同时以后选手抢答无效。555 定时器是一种模拟和数字功能结合的中规模集成器件。它成本低，性能 可靠，只需外接几个电阻、电容，就可以实现多谢振荡器、单稳态触发器及施密 特触发器等脉冲产生与变换电路。 它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、 家用 电器、电子测

15、量及自动控制等方面。 555 定时器的引脚图和功能表如图 3-4 和表 3-1 所示：图 3-4 555 定时器引脚图Pin 1 （ 接地） - 地线（或共同接地 ） ，通常被连接到电路共同接地Pin 2 （触发点）-这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘 电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC。Pin 3 （输出） -当时间周期开始 555的输出输出脚位，移至比电源电压少伏的高 电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约 2OO mA 。Pin 4 （重置） -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个 低电位。它通常

16、被接到正电源或忽略不用。Pin 5 （控制）-这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在 稳定或振荡的运作方式下，这输入能用来改变或调整输出频率。Pin 6 （重置锁定）-Pin 6 重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。Pin 7 （放电）-这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH对地为高阻抗。Pin 8 （V +）-这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+伏特（最 小值）至+16伏特（最大值）。Ui1Ui2UOT的工作状 态0XX0

17、导通11截止11截止10导通10导通表3-1 555定时器功能表单稳态触发器：NE55的高触发端TH（6脚）和放电端D（7脚）接RC定时电路, 低触发端TL （2脚）外接触发信号。单稳态触发器的定时时间就是输出脉冲的宽度 TwoTwX R1X C1NE555勾成的单稳态触发器RS触发器：当6脚（相当于R端）电压高于（2/3 ） VCC时，输出为低电平。当2 脚（相当于/S端）电压低于（1/3 ） VCC寸，输出为高电平。NE555勾成的RS触发器标准秒脉冲产生电路如图3-5所示：图3-5标准秒脉冲产生电路图中电容C的放电时间和充电时间分别为tl R2 c In2 .7R2 c，t2 （Ri R

18、2）c In2 0.7（Ri R2）C。于是从NE555的3端输出的脉冲的频率11.43f为tl t2（Rl 2R2）C，结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为R仁15K R2=68K C=10uF代入到上式中即得f 1Hz，即秒 脉冲。将连接好的555定时器的输出端接在示波器上，呈现如图3-6所示的符合要 求的方波：图3-6秒脉冲方波显示定时部分电路如图3-7所示：图3-7定时部分电路四、芯片管脚图和真值表74LS00是四输入与非门电路，其管脚图和真值表分别如图4-1和表4-1所示：图 4-1 74LS00 管脚图表 4-1 74LS00 真值表74LS08是四输入与门电

19、路，其管脚图和真值表分别如图4-2和表4-2所示:图 4-2 74LS08 管脚图表 4-2 74LS 真值表74LS148为8线-3线优先编码器，其管脚图和真值表分别如图4-3和表4-3所示:图 4-3 74LS148 管脚图表 4-3 74LS148 真值表74LS279是TTL集成的基本RS触发器，其管脚图如图图 4-4 74LS279 管脚图基本RS触发器的功能表如表4-4所示：表4-4基本RS触发器功能表74LS48是BCD七段译码器，其管脚图和真值表分别如图图 4-5 74LS48 管脚图4-4 所示：4-5 和表 4-5 所示：表 4-5 74LS48 真值表图 4-6 555

20、定时器管脚图图 4-7 共阴极数码管管脚图图 4-8 74LS192 管脚图五、心得与体会在这次为期两周的电子课程设计过程中， 我复习了电子技术的相关知识， 掌 握了数字电路的一般设计方法， 提高了电子电路实验技能及仪器使用能力， 掌握 了电子电路安装和调试的方法及故障排除的方法， 从而学到了许多课本上学不到 的东西，同时也加强了我的动手、思考和解决问题的能力，受益匪浅。作为工科的学生， 我在这次设计中对一些芯片的认识得到了提升， 一些从未 接触过的芯片， 通过网络和书本的资料查找， 我掌握了熟悉芯片的一般方法和对 芯片引脚的认识， 充分调用芯片的一般功能， 在设计中体现出芯片级联和更复杂 的功能是我们在设计过程中最大的挑战。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的， 只有理论知识 是远远不够的，只有