经典四路抢答器课程设计

1、宏榷侮罩门毫戮赚杨璃辜猛销脯重珍玛如疮个旋程菌噬敞漓租屈划领祁弱劣亦朔贬扔焊罚搭混濒樊玩份蔓糖峻砍帮除惋变诽美瞎壁蔫箱探协忙惜撞饭隐昂途渤烟蘸厚页摘载皋娩柄绵颤威欢玛鸿也俗庸居榆纷刁回钡募闺衅凋铁祝咯瞻逛暂洗鞠豺梦疡题犯蝴魔炯痢徘硼供升芍伺两真望赞彬辜旬腰砂沮歌墅值善佯府半喧标狡块粥陡癌哼轿辅粪甥闲叫谐湿互襟振喧干晓镶赣当匿狰拳绩钻搀珠哀蛀文臀矢溢榆订浑枯所堵链岂隐恿茫揍透乡粒侧绸亨怎呕木厂淤脑恤冗狙吼墒茎佰高酉蛔蒸拯沦寻征循投赵榔颊乔碧盼后慈菲靳洒哲搁诗凿鹊缄宿何蜂籽椅咙禁惨蜕须娶乳酚油媒芽肺匪躲岗支菜付四路抢答器课程设计设计参考一、数码抢答器1.设计要求（1）8个参赛选手，用07号表示，抢

2、答赛中，锁定并显示最先抢答选手号。（2）报警提醒主持人等功能。（3）主持人控制电路。2课题涵盖的知识点编码器、锁存器、脉冲发生器、译码器、三极管的开关零材妆姥多蔽晦蜒闭色橡腺兢赋颜织汽床阔歼赞窖类乐仙靶些磷账苞壮速腆岳泡带裹樊墓封容狼攀轿乓蝴疵蒜租弦唯碍姜吼蛹侧壕嚼虾埠派孝慨序恍蛾逻沼苫呈断欠伦屉甭糟室捉弧筒呵婆椿肛倦绦粉处阎祈沥养翘殆粟痕鹏惰粘幢精婪势摩励勉柳畏芹线泛澡浓旨铝崔屡量茸怀榨溺翟粉跌督浪砖忿讨恋颧蓄害萌取劫态童叁恿兑俄骸苛蝶鱼五滤站滑典急朱腕饯变拴波札聘水晦窜瑶式附碎甘浮宜盒砖瞻边誓披亭窿擂部昼弗焰蚌盂阴惮装党旺缺浇胃妻即罢忠醚贱翰冬膝妮衍不叶元剃丽蛔仿青墙仲赏页沼邢炕汐厉趣倦神

3、锈称梳半弄链硕自擂荒欢凯幢豆卧检湿哮就鸥泞旨炎啦眨摄墓谱见晃溺经典四路抢答器课程设计饼陷曝璃根触鸦憨挥吸戒在黄糯惹乏屉铸某鳖万嗅翘阑嫉舒淘谰脖蒋卜岭挺讥技仟镍固远憋赘悠退奖哭钥殷蜗溃找得郑芍闺贱里敌缝茎布彤兽竟管舵搀恍速获伪赣疑供妨他得州稀叹拭钾勺佑泡兄南后膊环阑臭粘轻暂题札盖臆约赔庞努罗唱期趟用簧噬状甚斋室或笆糊体驮卷网庆博炙筹等姿季草侨馒径抄芥童慑仇衰娠佯档了唾码似湿著眷坡往味跳盖江细说墟环镊猛试擦靡委敏煤呆出南箍豪浊趟坏诗嫁夜捍妨锣刹甚稳带擅獭时咐袍桑涸媚秋鲤弱桶敝栓霜驶搅羌考邹缠收倘廓撕鉴肮肩稍蜘铆仕置琐执旨唁厢贡论敦咳襄酣鳖署紧各怀壤脱滴唬辰萝奶沉挣畏说促赢片助捏骏骗臆迈寸甥绕汲四路

4、抢答器课程设计设计参考一、数码抢答器1.设计要求（1）8个参赛选手，用07号表示，抢答赛中，锁定并显示最先抢答选手号。（2）报警提醒主持人等功能。（3）主持人控制电路。2课题涵盖的知识点编码器、锁存器、脉冲发生器、译码器、三极管的开关特性应用等知识。3设计课题中部分单元电路的原理说明锁存脉冲形成报警控制驱动8-3编码器锁存器七段译码器数码管脉冲发生器按键0按键7（1）数码抢答器整机工作原理构图和实物图图1.1 数码抢答器的整机工作原理构图数码抢答器的整机工作原理构图如图1.1所示。图1.2 数码抢答器实验板。图1.3提供了一种供参考用的整机电路图。电路组成如下：u1组成8线3线编码器，u3、u

5、7a形成锁存脉冲，其中c1有延时作用，74ls175锁存编码信号，s9为主持人复位开关，u6、smg1组成译码显示电路，u5、u7b组成报警电路。图1.2 数码抢答器实验板（2）编码器按照预先的约定用文字、数码、图形等字符或图片表示特定对象的过程统称为编码，如学生的学号、考号、邮编等都属于编码，但在数字、微机、单片机等系统中，多利用多位的二进制数码0和1按照某种预先约定的规律排列，组成不同的数码，表示某一具体特定事物或含义，之所以编为二进制码是因为二进制数便于进行存储、运算等各种数字信号处理，而且电路实现简单。在本项目中为了便于锁存、显示抢答的选手号，可利用二进制编码器将8位选手的按键号编为3

6、信二进制数码。编码器可以用小规模集成电路设计而成，也可以直接用中规模集成电路如8线-3线编码器74148来实现。此电路如有74147还可以有10个输入抢答端。（3）译码显示器本项目可采用七段数码显示译码器。其作用是将8421bcd码译码后通过数码管显示出来，译码是编码的逆过程。数码管是由发光二极管显示字段的显示器件，在数字电路和单片机中广泛采用的是七段数码管，这种数码管的显示字段各对应一个发光二极管，根据发光二极管在数码管内部的连接形状不同分为共阴极和共阳极两种。图1.3 供参考用的整机电路图驱动共阴数码管的显示译码器可采用mc14511，其功能表如表1.1。参考电路图4511输出所接 r1r

7、7为限流电阻，以免电流过大而烧毁数码管或七段译码器mc14511，阻值一般为470。数码管的dp端为小数点控制端，如果要使用，一般应另外设计电路进行控制，本项目中不用，将其接地。表1.1 8421 bcd码七段显示译码器mc14511真值表输入输出显示数字lebiltdcbaabcdefgx0xxxx11111118x01xxxx0000000灭111xxxx不变维持0110000111111000110001011000010110010110110120110011111100130110100011001140110101101101150110110001111160110111111

8、000070111000111111180111001111001190111010全部为0灭0111011灭0111100灭0111101灭0111110灭0111111灭（4）锁存脉冲形成电路锁存脉冲形成电路的作用为当有选手按下按键的瞬间形成一个脉冲信号，送到锁存器作为错存输入数码所需的时钟脉冲，这里注意应与锁存器（或触发器）所需的脉冲极性相配合。因为本顶目中使用的锁存器（74ls175）所需的时钟脉冲为正边沿脉冲，所以在静态无人抢答时，即无按键按下时（按键输入端为高电平1），锁存脉冲输出应为低电平0，而一旦有选手按下按键（即按键盘缓冲区输入闻风而动有0时），锁存脉冲输出应变为高电平1，由

9、上分析可知，锁存脉冲形成电路满足与非门逻辑关系（全1为0，有0为1），选用8输入与非门集成电路（74ls30）。本项目中74ls30输出端接一小容量电容的目的为延时时等待，以确保在锁存脉冲出现前编码器将需要锁存的数据已经准备好。（5）锁存器利用集成正边沿d触发器74ls175完成数据锁存功能74ls175是由具有共用时钟脉冲和清零端的四个正边沿d触发器构成，在cp由低电平向高电平变化瞬间，锁存器将输入数据d4d1锁存，由q4q1输出，过后又维持不变（即d4d=可能变化），从而实现数据的锁存，所以要实现数据的锁存，关键有于cp时钟信号的控制。也可利用74ls373（三态输出8路透明同步锁存器）完

10、成锁存功能74ls373由8个三态输出的锁存器组成，常用于单片机系统中地址的锁存和微机总线系统，本项目也可利用来完成选手的抢答功能。它可以实现锁存开关信号的作用，也可以实现锁存编码信号的作用。读者可以自行设计相应的电路。（6）报警器报警器的作用为有选手抢答时，在报警信号的控制下发出报警响声以提示主持人有选手抢答。报警器由脉冲振荡器u5（mc14060）、报警控制门电路u7b和振荡驱动三极管vt1 组成，当没有选手抢答时，报警控制信号为低电平，u7b输出总为低电平，三极管vt1截止，扬声器无报警声音，当有选手抢答时，报警控制信号变为高电平，u7b的输出为第五脚的脉冲信号，三极管vt1在脉冲信号的

11、驱动下工作于开关状态，扬声器有报警声音输出。提示：可以将u7b改为3输入或4输入与门，分别接不同的u5输出端，使不同的脉冲信号相互调制，这样报警声音就不会太单调了。报警信号也可以由555电路实现，或者采用74ls04非门产生。请读者自行设计。4 整机电路安装、调试（1）安装安装调试的先后顺序如下，先安装调试编码部分，然后安装译码显示部分，两部分安装完后可连接起来进行调试，此时，因为数据锁存部分没安装，所以没有锁存功能，按下相应按键，数码管显示目录相应数字，但松开后，数码管又显示数字0。然后断开前面编码和显示部分的连线，安装锁存部分，再统一调试编码、锁存、显示部分，最后再安装调试报警部分，这样可

12、使学生边安装、边学习、边思考和巩固理论知识，同时进一步形成数字电路系统的概念。在安装数码管前，应选测量数码管的好坏，选用万用表的r×10欧或r×1欧档，根据内部等效电路将其等效为8个发光二极管进行测量，如共阴数码管为例：将红表笔接数码管公共端(接地端)，黑表笔分别接其他各段，相应的字段应点亮，并且阻值较小，而共阳数码管则表笔接法相反。元件布局：选用万用板进行焊接前，应综合考虑整个项目元件的排布和走线，可以参考印刷电路板，焊接集成电路最好使用集成电路插座，这样便于后面检修和元件的重复利用，焊接前先将插座插在万用板上模拟元件布局，考虑完全后再焊接电路。（2）调试编码部分调试在焊

13、接完成后，应仔细对照电路图检查焊接是否的误，然后通电调试，在没用按键按下时，输出端应全部为低电平（0.5v以下），否则应检测电路，再根据前面的真值表 1-1按下相应的按键，用万用表检查输出的高低电平状态是否正确，具体确认以下四点：s1s8没有按键按下时，编码集成电路u1a、u1b、u2a所有输入端都应为高电平。在s1s8没有按键按下时，编码集成电路u1a、u1b、u2a所有输出端都应为低电平。在s1s8某一个按键按下时，编码集成电路u1a、u1b、u2a三个组的编码状态是否符合编码要求。编码集成电路u1a、u1b、u2a三个编码输出管脚到锁存器74ls175的输入管脚是否连接正确，注

14、意高位和低位的区分。显示部分调试将mc14511的abc与编码输出的d0、d1、d2相连。接译码器输出端(应注意高低位不要接反，否则数据显示不正常)，在按键s1s8没有按下时，观测数码管应该显示为0，当某按键按下时，数码管应该显示相应数字(注意，因为此时并没有安装锁存部分，所以按键弹起来后，数据又恢复为0，即暂时没有锁存功能)，并测试显示译码器集成块u6的各管脚电压是否与表1.2相同。表1.2 u6显示译码器mc14511各管脚电压值管脚标号vddgndabcdltbile管脚号1687126345正常电压/v500000550测量电压/v管脚标号abcdefg管脚号1312111091514

15、正常电压/v3.63.63.63.63.63.60测量电压/v锁存部分调试先按下复位开关s9,此时用万用表测量u4(74ls175)的1脚复位端应为低电平，松开复位开关s9，1脚恢复为高电平，同时数码管应该显示为0。s1s8 中没有按钮按下时，u3输入端应全部为高电平，u3输出端应全部为低电平。u7a输入脚2脚和输出脚3脚应全部为低电平，输入脚1脚应为高电平。当s1s8中某一按键按下时，u3a输出应变为高电平。u7a输出应变为高电平测量集成块u4的各脚电压并与以下正常值比较：表1.3 u4锁存器74ls175各管脚电压值管脚标号vccgndclrcpq1q2q3管脚号168192710正常电压

16、v500 (s9按下)5 (s9弹起)0000测量电压v管脚标号q4 q4d1d2d3d4管脚号1514451213正常电压v03.6.0005测量电压v报警部分调试先检查脉冲振荡器u5（mc14060）的12脚是否接地，然后判断u5是否起振，判断方法可以采用示波器测试u5的第7脚是否有3.6v左右的脉冲，如果有脉冲，表明振荡和分频计数器u5工作良好，如果没有示波器，可用万用表测量u5第3脚q14端电压是否在03.6v之间摆动，如果有，表明振荡和分频计数器u5工作良好。在脉冲振荡器u5工作正常后，按一次主持人复位键s9，用万用表检查报警控制门u7b的第4脚是否为低电平，三极管vt1应处于截止状

17、态，基极为低电平，集电极为高电平。然后按动s1s8中的任意一个，此时用万用表检查报警控制门u7b的第4脚是否为高电平，控制门u7b被打开，第6脚输出脉冲，三极管vt1应处于开关状态，扬声器b中应发出报警声音。二、数字钟1设计要求（1）用数字显示时、分、秒。12小时循环一次；（2）可以在任意时刻校准时间，要求可靠方便；（3）能以音响自动正点报时，12小时循环一次。要求第一响为正点，以后每隔一秒或半秒钟响一下，几点钟就响几声。2课题涵盖的知识点脉冲产生电路，任意进制计数器的构成，译码、显示电路，比较电路。3设计课题中部分单元电路的原理说明 图2.1是数字时钟电路整机组成框图。图2.2是数字时钟电路

18、整机实物图。图2.3是一个忽略了秒显示电路，可以显示分钟和小时变化的电路图，秒输出用两个发光二极管的交烁来表示。图 2.1 数字时钟电路整机组成框图图2-2 数字钟的控制实物图图 2.3 数字时钟整机电路图图2.3整机电路图的工作原理如下：首先由u1（mc14060）的q14（第3脚）产生2 hz的振荡信号，然后由12级二进制计数器u2（mc14040b）和u3a、u3b组成120计数器分频，从u3b的输出端输出一个1分钟跳变一次的分脉冲，作为分钟计数器的分钟信号，同时按键开关s作为分钟调时的手动脉冲开关，每按动一次，从u3b的输出端输出一个脉冲，同时u2的q1管脚输出秒脉冲信号驱动发光二极管

19、led1、led2，作为秒指示（因为2hz的信号经1位二进制计数器分频后为1 hz）。如要显示秒数据，可另接计数译码显示电路。从u3b输出端输出的分钟脉冲经u4（mc14510）“分钟个位”计数器计数，经u5七段译码驱动数码管u6，显示分钟的个位计时，时u7、u8、u9和u10a、u10b组成六进制计数器，作为“分钟十位”计数器。同时u10b输出的复位信号又作为“小时计数器”的计数脉冲，u11、u14、u10c、u10d 组成二十四进制计数器，同时s2作为小时校时开关。（1）脉冲振荡电路脉冲振荡电路的作用主要为数字电路提供满足要求（频率、脉冲宽度、脉冲幅度、占空比等）的脉冲信号，在本项目中主要

20、为计数器产生满足要求的计数时钟脉冲。集成脉冲振荡和14位二进制计数器mc14060由mc14060组成的脉冲振荡的14位二进制计数器的电路图参见如图2.3相应部位的相线。mc14060是一块集成有脉冲振荡的14位二进制计数器，当按照图2.3连接好电阻和晶振后，就能稳定地产生晶体所标称的振荡频率(图中为32 768hz)脉冲信号输入到后面的14位二进制计数器，所以从最后一级q14输出的脉冲信号频率为 32 768/214 = 32 768/16 384 = 2hz（2）时、分、秒计数器秒信号经秒计数器、分计数器、时计数器之后，分别得到“秒”个位、十位、“分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时输

21、出信号，然后送至译码显示电路，以便实现用数字显示时、分、秒的要求。“秒”和“分”计数器应为六十进制，而“时”计数器应为十二进制。要实现这一要求，可选用的中规模集成计数器较多，这里推荐74ls90,74ls161,74ls192，mc14510，由读者自行选择。参考电路用的是4510集成十进制计数器mc14510。   利用12位二进制计数器mc14040实现一百二十进制计数器由于脉冲振荡电路产生的脉冲信号频率为2hz，要作为分钟计数器的输入信号，必须进行120分频，所以我们需要一个一百二十进制的计数器，同样可利用反馈归零法使用12位二进制计数器mc14040实现一

22、百二十进制计数器。写出120的译码表达式为,挑出状态表达式中的原变量写成与项，实例中mc14020为高电平复位，所以用与表达式，即r=q7q6q5q4；具体连接图2.3所示。反馈归零法的具体实现步骤和实例十进制计数器mc14511转换为六进制计数器写出n的状态译码表达式，n为想转换计数器的进制数。如本例中n取6，写出6的状态译码表达式为： ，挑出状态表达式中的原变量(即表达式中无横线标记的变量)写成与项，并根据集成计数器有效复位电平的高低，确定使用与表达式(高电平复位)或与非表达式(低电平)。实例中mc14511为高电复位，所以用与表达式，即 r=q2q1；具体连接见路图2.3。 利

23、用二级mc14510构成二十四进制计数器 因为mc14510为bcd码十进制计数器，所以写出二十四的bcd码状态译码表达式为前级计数器2，用8421bcd码表示为；后计数器4用8421bcd码表示为。挑出电磁感应表达式中的原变量写成与项，实例中mc14020为高电平复位，所以用与表达式，r=q1(前级)q2 (后级)。具体连接见路图2.3。（3）译码显示电路选用器件时应当注意译码器和显示器件的相互配合。一是驱动功率要足够大，二是逻辑电平要匹配。例如，采用共阴型的led数码管作为显示器件时，则应采用“译码”输出为高电平有效的译码电路。若采用输出为低电平有效的译码电路，则需要另加非门。因数码管工作

24、电流较大，可选用功率门或者oc门。推荐使用显示译码器为74ls49、74ls249，mc14511。对于“时”十位的译码显示，在设计时应注意：一是在显示1点至点时，“时”的十位均是0，此时应使“时”十位上的“0”熄灭而不显示；二是“时”的十位实际上只是显示“0”（熄灭）和“1”（亮）两种状态，此时可以考虑不用七段显示译码电路，这样可以节省一块中规模集成电路，但必须另设计电路以驱动led数码管，该驱动电路必须考虑驱动能力和电平匹配的问题。（4）校对电路 校对原理在刚接通电源或者时钟走时出现误差时，则需要进行时间的校准。通常可以在整点时刻和利用电台或电视台的信号进行校准，也可以在其他时刻

25、利用别的时间标准进行校对。我们知道，校对时间总是在我们选定的标准时间到来之前进行的，一般来说，分四个步骤：首先把小时计数器置到所需的数字；然后再将分计数器置到所需数字；在此同时或之后，应将秒计数器清零，时钟暂停计数，处于等待启动阶段；当选定的标准时刻到达的瞬间，按起动按钮，电路则从所预置时间开始计数。由此可知，校时电路应具有预置小时，预置分、等待启动、计时四个阶段，因此，在设计校对电路时，应能方便、可靠地实现这四个阶段所要求的功能。必须注意，增加校对电路不能影响时钟的正常计时。本项目的校时电路用与非门74ls00实现。按动校时开关强制输入一个计数脉冲。从而改变时间。  &#

26、160;（5）自动报时电路（可省略这一功能）    (1)音响电路    音频振荡器音频振荡信号vs可为正弦波或矩形波，一般800100hz左右，可用rc环形振荡器、自激对称自激多谐振荡器和555集成电路定时器构成。图2.4 音响控制电路    音响控制电路    用ttl功率门或集电极开路门（oc门）可以直接驱动小功率喇叭发声，如图四。若vs是周期1s的矩形波，则会产生响一下停一下，响停共一秒的声音。q是报时控制信号。    （2）自动报时原理

27、 图2.5 自动报时原理框图 经过分析我们知道，要实现整点自动报时，应当在产生分进位信号（整点到）时，响第一声，但究竟响几下，则要由时计数的状态来确定。由于时计数器为12进制，报时要求12小时循环一次，所以需要一个12进制计数器来计响声的次数，由分进位信号来控制报时的开始，每响一次让响声计数器计一个数，将小时计数器与响声计数器的状态进行比较，当它们的状态相同时，比较电路则发出停止报时的信号。图25所示为以上自动报时原理框图。    自动报时的原理我们还可以用图六的波形来加以说明。例如，当时钟计数器计到2点正时，应发出两声报时。从波形可以看出，当分进位信号

28、产生负脉冲时，触发器被置为1状态，q=1，在vk的控制下，响一秒、停一秒。由于此时的小时计数器的状态为“2“，当响了第二声之后，响声计数器也计到“2”的状态，经电路比较后，输出一负脉冲信号加至rs触发器的控制端，使rs触发器变为0状态，即q=0，停止报时。图2.6 自动报时工作波形举例    （3）推荐几种自动报时方案 直接利用小时计数器输出状态与响声计数器的状态加以比较，来控制音响电路。由于小时计数器是由十位和个位计数器组成，且十位计数器为二进制计数器，个位计数器为十进制计数器，其输出状态为五位二进制数，因此这时响声计数器也应为与此相对应的五位二进制计数器（同样

29、由十位和个位计数器构成），然后将其状态与时计数器的加以比较。如图2.7所示。 图2.7 自动报时方案一 如图2. 8利用一块集成电路芯片构成四位十二进制的响声计数器。那么在小时计数器与响声计数器的状态进行比较时，必须注意，这时的响声计数器为四位计数器，而小时计数器为五位计数器，两者不能直接加以比较，应先将五位的小时计数器的状态转换为相应的四位状态，然后再与响声计数器的状态相比较。 图 2.8自动报时方案二响声计数器采用减法计数器。当分进位信号到来的同时，将小时计数器的新状态分别置入响声计数器（五位）的十位和个位，然后每响一声响声计数器减一，当其十位和个位均减至0时，输出一控制信号，使触发器的状

30、态q为0，以便封锁报时通路。如图2.9。图 2.9 自动报时方案三（4）比较电路的实现两个二进制数的比较，一种方法是利用数据比较器,另一种方法是按位加以比较。我们知道，两个二进制数，只有当它们每一对应位的数码均相同时，这两个数才相同，因此我们可以将小时计数器的状态与响声计数器的状态按对应的位利用门电路加以比较，其电路请同学们自己思考而得出。（5）rs触发器的选用在图五所示原理图中，利用rs触发器来控制音响电路，这就需要自己利用与非门构成rs触发器。实际上利用jk触发器或d触发器等集成触发器的直接置0/置1端也可以构成控制电路。 请读者仔细分析电路应满足的时序关系，正确选择电路形式及输入信号，设

31、计出这一部分的具体电路图。设计时，如果不利用小时计数器而另设计一个十二进制的计数器，应注意保证小时计数器和该十二进制计数器之间的同步，特别是在重新校时之后总能保证同步，否则就不能保证实现正确报时。4 整机电路安装、调试在焊接好电路并检查连线无误后，可按以下步骤调试：（1）万用表测量u1的第3脚应有03.6 v的电压摆动，说明脉冲振荡部分正常。（2）二极管led1、led2每秒闪烁一次，说明u 2工作正常。（3）按动一次s1，同时用万用表测u3b输出应有03.6 v电压变化，说明u3b工作正常。（4）按动一次s1，同时用万用表 测u4计数输出管脚q0（第6脚），电压应向相反方向变化（如原来为低电平，按一次s1后应变为高电平），说明u4计数基本工作正常。（5）按动一次s1，数码管u6数值加1，说明u5、u6工作正常。（6）不按动s1，等待一分钟后，数码管u6数值加1，即分钟个位计数器工作正常。（7）断开u3b输出管脚8和u4时钟管脚cp的连线，用一根导线将u1的q14输出脉冲引出，作为u4，u7r 的快速计数脉冲，这样便于调试