四路抢答器实验设计

1、课程设计说明书广东石油化工学院课程设计任务书一、 设计题目四路抢答器二、主要内容及要求（ 1）当某台参赛者按下抢答开关时， 由数码管显示该台编号并伴有 声响。此时，抢答器不再接收其他输入信号。（2）电路具有定时功能。要求回答问题的时间w 30秒（显示为 2900），时间显示采用倒计时方式。当达到限定时间时，发出声响提 示。（ 3）具有计分功能。每组参赛者起始分为 100 分，抢答后由主持人 计分，答对 1 次加 10 分，否则减去 10 分（ 4）在复位状态下台号数码管不作任何显示（灭灯） 。 提高要求：（5）答题时间还剩 5s 时，每秒发出提示声音。三、 进度安排1、掌握 multisim

2、仿真器软件的使用（ 5月 25号）。2、 去图书馆和网上查找需要的资料，并整理好。（5月 26日）。3、对课程设计的要求进行理解，初步设计。 （5月 27日）。4、 整体设计开始，并逐步改进和调试。（5月 29日）5、完成设计并写课程设计说明书。 （ 5 月 30 日）6、课题答辩（ 6月 20日）四、总评成绩导教师生签名抢答器电路设计、设计任务与要求1. 可容纳四组参赛的数字式抢答器；2. 当某台参赛者按下抢答开关时，由数码管显示该台编号并伴有 声响。此时，抢答器不再接收其他输入信号；3 .电路具有定时功能。要求回答问题的时间w60秒（显示为0059）,时间显示采用倒计时方式。当达到限定时间

3、时，发出声响提示;4. 具有计分功能。要求能设定初始分值，能进行加减分5. 在复位状态下台号数码管不作任何显示（灭灯）、方案设计与论证如图所示为总体方框图。其工作原理为：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。方案数码S17计时主，构成抢答电路模块；以管+蜂鸣器构成计时模块；

4、以74LS192+74LS74LS192+160为主构成计分模块。（抢答模块实现如下图）JUff12V/r,'LVW-w-Vrw阳7二會£- :，丘:r-MS74LS175的清零控制端，当主持其工作原理如下，主持人开关是人打下开关时整个电路开始工作，有一个抢答信号产生时74LS175被 封锁，该芯片得不到时钟信号，处于不工作状态，不允许其他信号的 输入有效，相对于方案二没有优先级，不会产生公平性的问题。在74LS175有了一个输出信号后，通过或门的组合产生一个编码给74LS48让其进行译码输出译码显示台号。例如编码为XXX1的有一号和三号，所以通过或门组合可以实现显示功能。优

5、点是便于扩展，容易添加新的电路，缺点是实现显示时，如果 台号过多需要更多的门电路进行处理， 显得冗余。考虑仅仅是由四人 抢答的，不需要更多的门实现选择了该方案。其余模块在下面进行详细描述。方案二：以74LS148锁存器74LS279、74LS48为主构成抢答模块;其余的模块基本相同。（抢答模块如下图所示）KHMKIKX百i.-iA其工作原理如下，开关S置于"清除"端时，RS触发器的 端均为0, 4个触发器输出置0,使74LS148的=0,使之处于工作状态。当 开关S置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下 时（如按下S3）, 74LS14

6、8的输出 经RS锁存后，1Q=1,74LS48处于 工作状态，4Q3Q2Q=10经译码显示为"4"。此外，1Q= 1,使74LS148 =1,处于禁止状态，圭寸锁其他按键的输入。当按键松开即按下时， 74LS148的此时由于仍为1 Q= 1, 74LS148= 1,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。 如有再次抢答需由主持人将 S开关重新置“清除”然后再进行下一轮 抢答。电路实现功能比较完整，基本符合设计的要求，但是该电路实行附加的功能是难以实现，要做较大的改动才可以完善，在早期的时候被我们淘汰。优点是电路基本可以严谨处理

7、所有的事务仿真的时候不易出现问题。三、单元电路设计与参数计算抢答器鉴别模块：抢答器模块=74LS175+74LS48门电路+七段数码管J7-Vuv-Ww- MO 80冒UJ74LS175: 74LS175的功能真值表：74L6吒的功E懐人出CPIPIPjdLXXXk*L11LLHLP2D1TIDID2ZJHHXKX保HLkLd保从表可见： CLR是清零端，且低电平有效。 CLK是时钟脉冲，且下降沿触发。上图中的74ALS175N为一四路的锁存器，当CLK引脚输入上升沿时， 1D-4D被锁存到输出端（1Q-4Q。在CLK其他状态时，输出与输入无 关74LS48A0-A3译码地址输入端Bl'

8、;/RBO消隐输入端（低电平有效）/脉冲消隐输出（低电平有效）LT等灯测试输入端（低电平有效）RBI'脉冲消隐输入端（低电平有效）Ya-Yg输出端B C L" Bl RBO H6I D A GMD抢答器计时模块：抢答器=74LS192+数码管+蜂鸣器74LS192具有下述功能：（1）.异步清零：CR=1 Q3Q2Q1Q0=0000（2）.异步置数：CR=0 LD=Q Q3Q2Q1Q0二D3D2D1D0（3）.保持： CR=0，LD=1, CPU二CPD=1,Q3Q2Q保持原态（4）.加计数：CR=O, LD=1, CPU=CPCPD=1 Q3Q2Q1Q按加法 规律计数（5）.

9、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。抢答器记分模块：计分器=74LS192+74LS160控制开关+门电路74LS160:是同步十进制计数器，依靠 CP信号来工作，EP ET高 电平是工作，计分的单元电路中 EP接数据输出端的与非输出，只要 令清零端的数据输出位数与 EP端的位数相减等于你要的位数即可实 现加减相应的分数的功能。74160功能表CLKCLR'LOAD'ENPENT工作状态X0XXX置零f10XX预置数X1101保持X11X0保持（但C=0）f1111计数例如：下图E

10、P端是0011,而CLR端是0100,两端相减是0001,即十进制的1,所以实现加减一分的功能4009BCL亠5#dU581勺1 -1ENT RCCE.WT74160N四、总电路工作原理及元器件清单1.总原理图2.电路完整工作过程描述（总体工作原理）抢答器鉴别模块：冲、(IT皿| : MSMO;TM-51FWU1«-Vw WlT4HC.2'0tW2、7 T r该电路完成三个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢 答者的编号；二是禁止其他选手按键操作无效；三是同时译码显示 电路显示编号。74LS175工作过程：主持人开关置于"清除"端时, 芯片开始工作

11、，A、B、C、D四个开关开始抢答，根据下图的真值表, 可以知道当有一个开关打下时，通过门电路的控制封锁时钟禁止其 他开关的输入，使其他输入无效。DM7415175V*GG CM (H P4 (M QI Q3 CLOCK1411Q11100=I丄3B >01 a I Qi at >02 QH(k74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中，显示选手的台号。抢答器计时模块:H.UF-ETMl辭況£H1聞=F-JTW华定时电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计。74LS192具有下述功能：（1）.异步清零：CR=1

12、Q3Q2Q1Q0=0000（2）.异步置数：CR=0 LD=Q Q3Q2Q1Q0二D3D2D1D0（3）.保持： CR=O，LD=1, CPU二CPD=1,Q3Q2Q保持原态（4）.加计数：CR=O, LD=1, CPU=CPCPD=1 Q3Q2Q1Q按加法 规律计数（5）.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

13、态后负脉冲输出。两回冋冋冋冋何阿D QiUPp CP" ； GND电键是控制清零端的开关，开关 P是置数端的开关，P打开置数 端指数，P关闭置数端不工作，并给予时钟信号。电路工作，剩余 20秒是给予提醒信号。抢答器记分模块:4ii!L-5E& EV该电路有74LS16O 74LS192和门电路构成，74LS160构成的是分值电路，74LS192是加减电路。由开关控制输入信号传向UP或DOWN实现加减分对一分键电路，在 U4上，当从0000变化到0011时，QA与QB通 过与非门接到EP RD则通过一个开关来控制，当到达 0011的时候， 经过QA与 QB的与非门出来 的为零，

14、使它保持0011的状态不变，QB 输出的则是一个脉冲了。对三分键电路，在 U6上，当从0000变化到0101时，QA与 QC通 过与非门接到EP RD则通过一个开关来控制，当到达 0011的时候， 经过QA与 QC的与非门出来 的为零，使它保持0101的状态不变，QA 输出的则是三个脉冲了。通过双向开关切换电路为加法电路和减法电路，将异或门U7接至U1、U2、U3的UP端，为加法部分，将异或门 U8接至U1、U2、U3 的DOW端，为减法部分。从而控制比赛分数的加减。开关J4控制U1、U2、U3的CLR端接通电源，当开关闭合是，分数置零，开始重 新计数。3.元件清单元件序号型号主要参数数量备注

15、VCCVCC0GROUNDV1,V3AC_POWER2V2,V4DC_POWER2V5,V6,SIGNAL_VOL6CLOCV7,V8,V9,V10TAGE_SOURE -SCK_VOLTAGER1,R2,R7,R11,R12,R13,R14,R15,R16RESISTOR2000hm9R3,R4,R5,R6,R8,R9,R10RESISTOR560Ohm7R17,R18,R19,R20,R21,R22,R23,R24RESISTOR1000hm8J1DIPSW11SWITCHJ7PB_DPST1J9,J10 ,J11,J 12,J13 ,J14,J 15,J16SPDT8J5A,J6A,J8

16、A,J17A,J18A,J19A,J20A,J21A,J22A,J23A,J 24ADIPSW611LED1LED_red15VLED2LED_green15VLED3LED_ora nge15VLED4LED_blue15VU174LS175D1U374LS48D1U32,U33,U36,74192N8U37,U39,U40,U43,U44,U58,U60,U60,U64,U66,U68,U70,U72,74HC160N84VU4SEVEN_SEGCOM_K_GRENHEX_DISPLAY1U2A,U12A ,74HC32D_2V2U16,U1774LS192D2U11A,74HC20D_2

17、V1U13,U14DCD_HEX_DG_YELLOWI2U18,U19,U20,U21,U22,U23,U24,U25,U26,U27,U28,U29DCD_HEX6U7,U9BUZZER2U10A74S03D1U61A,U59A,U69A,U67A,U71A,U73A4011BD_5V6U46A,U47A,U48A,U49 A4071BT_5V4U53A.U52A,U51A,U544009BCL_5V5A,U55AU63A,U65A4011BD_5V2U31AU30AU35AU34AU45AU38AU42AU41A4030BD_5V8U50AU56AU57A4009BCL_5V3U6A401

18、1BP_5V1U5A4077BT_5V1U15B,U8B74S05N2X1PROBE_DIG-RED1五、仿真调试与分析本设计基本符合课题的要求，可以实现抢答、加减分控制、计时 功能的实现，主持人打下控制开关电路开始工作， 抢答结束显示台号， 接着实现计时功能。完成作答后，加减分功能由控制端实现。虽然这 个设计可以完成要求，但是如果同时按下开关，指示灯同时亮时，显 示台号有出错的可能行存在。总的来说， 抢答电路部分做的不是十分的理想， 存在改善的地方， 若以方案一的电路实现的话可以除去同时性的问题， 但是优先级带来 的问题又是需要解决的。Iffpit、：.3ii4丽六、结论与心得经过将近一周的

19、奋战，我们的课程设计总算圆满结束，不仅取得了预期的效果，而且离答辩时间提前了接近三个星期， 同时还为我们 争取了足够的冗余时间完善设计功能，回想设计的“岁月” ，现在仍 记忆犹新！首先，老师一发课题，我们就商量着选题的事情，最初我们有两 种想法：第一种是随便选个简单的设计课题，做完草草了事；第二种 是选个有实际应用价值的课题， 认真的做好设计， 展现我们最好的作 品。因为要准备英语四级，所以才萌发了以上两种想法。后来，经过 几次角逐， 第二种想法战胜了第一种想法， 结果我们果断的选择了四 人抢答器这一设计课题。 因为既要为四级争取更多的复习时间， 又要 做好课程设计，所以我们不得不快马加鞭，过

20、关斩将，速战速决！因 为我们坚信，凡事都要做好足够的准备，方能百战百胜！其次，从搜集资料到熟悉设计原理， 再从开始使用仿真软件到完 成整个设计电路图的整个过程， 真可谓是夜漫漫其熙远兮， 吾将上下 而求索！汗与泪交织在一起，不知何是汗，何是泪，统一战线！说到 仿真软件 , 我们经历了一波三折，因为有一些元件在一些仿真软件中 找不到或是用不了或是不是很会用，所以仿真软件进行了一次升级， 由最先的EWB到Proteus再到MultisimlO.O，与此同时，我们的挫 败感也保持着“升级” 。在整个设计过程，最耗费时间的是在调试电 路上，每每接一个电路，对电路的调试必不可少，因为很多问题时不 时就给你个“惊喜” ，往往让你哭笑不得！所以，在这种关键时刻， 最需要的是冷静的分析， 结构和思路的优化， 更加必不可少的是团队 合作精神，往往很多电路故障的排除思路和解决方法都是在不断的讨 论中和尝试下萌芽的！抢答电路模块经过两次方案的修改，因为如果采用优先编码器， 虽然可