数电四位抢答器综述

1、抢答器一、设计目的1. 掌握四人智力竞赛抢答器电路的设计、组装与调试方法。2.熟悉数字集成电路的设计和使用方法。二、设计任务与要求1设计任务：1, 四人抢答器，每人一个抢答按钮，并显示抢答者台号。2, 主持人功能：发出抢答指令，系统清零，预置限时时间( 30或60秒)。3, 电路具有时间显示功能和限时功能。在限时内，有人抢答，显示电路停止工 作。若限时时间到，未有抢答，也停止工作。4，声响功能：当发出抢答信号或限时时间到， 发出持续23秒的单音或双音音 响以作提示。2设计要求：(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,

2、4。(2) 给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零(抢答显示数码管灭灯) 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，并在抢答显示器上显示该编号，同时指示灯提示，封 锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。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(60秒)抢答的功能。当主持人按下开始按钮后，定时 器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，指示灯 亮。参赛选手在设定时间(60秒)内抢答有效，抢答成功，指示灯亮，同时定 时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余

3、抢答时 间，并保持到主持人将系统清零为止。(5) 如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统指示灯 亮，并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答。三、四人智力竞赛抢答器电路原理及设计1、设计方案抢答器具有锁存、定时、显示和报警功能。即当抢答开始后，选手抢答按动 按钮，锁存器锁存相应的选手编码。而在选手按键抢答以及抢答时间倒计时到时 的时候都有报警以提醒主持人和选手。抢答时间设定 60秒。接通电源后，主持 人将开关拨到“清除”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，指示灯提示。选手在定时时间内抢

4、答时，抢答器完成：优先判断、编号 锁存、编号显示、指示灯提示。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。2、系统框图当主持人宣布开始，定时电路开始秒脉冲电路的作用而进行倒记时， 并通过 译码器在显示器中显示。报警电路给出亮灯提示。当选手首先按某一开关键时， 可通过触发锁存电路被触发并锁存， 在输出端产生相应的开关电平信息，同时为 防止其它开关随后触发而产生紊乱，最先产生的输出电平变化又反过来将触发电 路锁定。然后在译码器中译码，将触发器输出的数据转换为数码管需要的逻辑状 态。最后在显示电路中显示出所按键选手的号

5、码。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。 如下图所示：译码电路抢答按钮触发器锁存电路显示电路显示电路3, 硬件设计：EX14I4116VCCI52157G 314 YexI7 474LS14813I3S(E)512 I；2611-I1710一 IoGND 89Yo(b)优先编码器74LS148: 74LS148为8线一3线译码器，它允许多个信号同时有效, 但只对一个优先级最高的信号进行编码。功能表:输入输出S厶A厶A厶hA1XXXXXXXX11111011111111111010XXXXXXX0000100XXXXXX01001100

6、XXXXX011010100XXXX0111011100XXX01111100100XX011111101100X01111111101000111111111110由上图得到：该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端。此外，电路还 设置了输入使能端ST非，输出使能端YS和优先编码工作状态标志 YEX非。当 ST非=0时，编码器工作；而当ST非=1时，贝U不论8个输入端为何种状态，3 个输出端均为高电平，且优先标志端和输出使能端均为高电平， 编码器处于非工 作状态。这种情况被称为输入低电平有效，输出也为低电来有效的情况。当ST非为0,且至少有一个输入端有编码请求信号（逻辑 0）时，优先编码

7、工作状态 标志YEX非为0。表明编码器处于工作状态，否则为 1。由功能表可知，在8个 输入端均无低电平输入信号和只有输入 0端（优先级别最低位）有低电平输入时， 丫2Y1Y0的非均为111，出现了输入条件不同而输出代码相同的情况，这可由 YEX 非的状态加以区别，当YEX#= 1时，表示8个输入端均无低电平输入，此时 Y2Y1Y0的非=111为非编码输出；YEX#= 0时，Y2Y1Y0的非=111表示响应输入 0端为低电平时的输出代码（编码输出）。YS只有在ST非为0,且所有输入端都 为1时，输出为0,它可与另一片同样器件的ST非连接，以便组成更多输入端 的优先编码器。从功能表不难看出，输入优

8、先级别的次为7, 6，0。输入有效信号为低电平，当某一输入端有低电平输入，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的代码。例如5为0。且优先级别 比它高的输入6和输入7均为1时，输出代码为010,这就是优先编码器的工作 原理。2, 计数器74LS192KvCH lid m両冋冋冋冋m _同冋LSI 幹LJH LBH LJ H LJ LdB Ql Qff QPp QPu 02 Qy GND74LS192具有下述功能： 异步清零：CR=1 Q3Q2Q1Q0=0000 异步置数：CR=0 LD=0, Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0 保持： CR=0，LD=1, CPU

9、=CPD=1,Q3Q2Q保持原态 加计数：CR=0, LD=1, CPU=CPCPD=1 Q3Q2Q1C按加法规律计数 减计数：CR=0, LD=1, CPU=1 CPD= CP Q3Q2Q1Q按减法规律计数74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。LD为预置输入控制端，异步预置。CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。3,555定时器基本组成：1，基本RS触发器由两个与非门组成，R是专门设置的可从外部进行置0的复位端，当R=0时，使Q=0 Q=1o2，比较

10、器C1、C2是两个电压比较器。比较器有两个输入端，分别标有 +号和-号，如果用 U+和U-表示相应输入端上所加的电压，则当 U+ U-时其输出为高电平，U+ U- 时输出为低电平，两个输入端基本上不向外电路索取电流， 即输入电阻趋近于无 穷大。3, 分压器三个阻值均为5k?的电阻串联起来构成分压器（555也因此而得名），为比较器 C1和C2提供参考电压，C1之+端U+=2VCC/3,C2之-端U-=VCC/3如果在电压控 制端CO另加控制电压，贝U可改变 C1、C2的参考电压。工作中不使用 CO端时， 一般都通过一个0.01卩F的电容接地，以旁路高频干扰。4, 晶体管开关和输出缓冲器晶体管TD

11、构成开关，其状态受Q端控制，当Q为0时TD截止、为1时TD导通。 输出缓冲器就是接在输出端的反相器 G3其作用是提高定时器的带负载能力和 隔离负载对定时器的影响。综上所述可知，555定时器不仅提供了一个复位电平为 2VCC/3置位电平为 VCC/3,且可通过R端直接从外部进行置0的基本RS触发器，而且还给出了一个 状态受该触发器Q端控制的晶体管开关，因此使用起来极为灵活。四，电路设计：1, 抢答电路：该部分电路要完成两个功能：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；二是禁止其他选手按键操作 无效。选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完

12、成上述功能，这个 电路的工作原理过程：当主持人控制开关 S置于清零端时，RS触发器的R非 端均为0,4个触发器输出（Q4Q1）全部置0,使74LS48的BI的非=0, 显示器灯灭；74LS148的选通输入端ST的非=0,使之处于工作状态，此时锁存 电路不工作。当主持人把开关S置于开始时，优先编码器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，等待输入端的信号输入，当有选手将键 按下时（如按下 S2） , 74LS148的输出丫2丫1丫0的非=110, YEX的非=0,经RS 锁存后，CTR=1, BI 的非=1, 74LS279 处于工作状态，Q4Q3Q2 =010,74LS48处

13、于工作状态，经74LS148译码后，显示器显示为2。此外，CTR=1 ,使74LS148 的ST的非为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁其他按键的输入。当按 键松开即按下时，74LS148的YEX的非为高电平，但由于CTR维持高电平不 变，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了 抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“除”，电路复位2, 定时电路：工作原理：电路如下图所示，主要分为两个部分，一是秒脉冲，由555定时器构成的多谐振荡电路，另一部分是可预置时间的减计数器，对于预置端可以采用十进制8421BCD码设置，当55

14、5振荡器发出一个脉冲时，74LS192的CP-端就接受一个信号，在cp脉冲的上升沿预置数就开始自减，当各位减少到0时，BO2就会输出一个负脉冲，cp2-就会开始减少1，然后74LS192二开始再自减1，直到 预置数最后变成00，最后在BO2输出一个周期的负脉冲。在时间未到时， BO2 一直到是输出正脉冲，除非最后变成00时，才会输出负脉冲，这就可以作为定时到的信号，如果是时间到了，输出是零，时间不到，输出是1。另外，假如有选手按键的话，则最后不会计数器不会因为自减为 00而最后输出负脉冲，而是应为秒脉冲输出与1Q的非相与后当作脉冲输入74LS192的。当没有选手按键时，1Q 的非为0，所以cp

15、脉冲就会停止输入，时间就会停止，所显示的时间就是该选手 抢答的时间，但此时的定时到信号还是 1。THS1W&3, 报警电路：报警电路主要由发光二级管管组成4，主电路图：-r*S i-I -卜1卜；iLJILJ4r IL34VDTr i 人电R五、心得体会这一课程设计使我们将课堂上的理论知识有了进步的了解，并增强了对数字电子技术这门课程的兴趣。了解了更多电子元件的工作原理，如：74LS48 74IS192等。但同时也暴露出我在知识上掌握不足等缺点。 其次在此次设计过程中由于我 们频繁的使用一电子设计软件如：Multisim等，因此使我熟悉了软件的使用， 同时在电脑的电子设计和绘图操作上有了进一步提高。加上在设计过程中遇到了一些问题，使得我得查找相关资料，从而增长知识的同时增强解决问题和动手的 能力，锻炼我做事细心、用心、耐心的能耐。这一课程设计，使我向更高的精神 和知识层次