数电课程设计五人抢答器设计

1、烟台南山学院数字电子技术课程设计题目 抢答器姓 名：所在学院： 计算机与电气自动化学院所学专业：电气工程及自动化班 级 学 号指导教师 完成时间：目录1 采用数字电路 12、基本原理电路 22.1 原理与分析 23、电路元件的选择及参数 23.1 74LS148 23.2 74LS192 33.3 74LS47 43.4 NE555 64、电路设计 74.1 单元电路设计 74.1.1 抢答器电路 74.1.2 定时电路 84.1.4 时序控制电路 94.2 整体电路 101采用数字电路定时抢答器的总体框图如图1所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。 主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后

2、，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答的 功能。译码显示t报警电路锁存功能4译码显示1rt'_优先编码V时序控制V定时电路选手抢答按键主持人控制秒脉冲产生图 图1所示的定时抢答器的工作过程是： 接通电源时，节目主持人将开关置于“清 除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的 时间，当节目主持人宣布“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，扬 声器给出声响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时。当定时时间到，却没 有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。当选手在定 时时间按动抢

3、答键时，抢答器要完成以下四项工作： 优先编码电路立即分辨出抢答者的编号， 并由锁存器进行锁存，然后由译码显 示电路显示编号； 扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意; 控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答； 控制电路要使定时器停止工作， 时间显示器上显示剩余的抢答时间， 并保持到 主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关， 使系统 回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。2、基本原理电路2.1原理与分析其工作原理为：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

4、始"状态，宣布"开始"抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间 抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。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。2.2原理框图图 3、电路元件的选择及参数3.1 74LS1488线-3线优先编码器74LS148图3.1.1 74LS148引脚图输入输出EII 011I 2I 3I4I 5I 6I 7A2AAGSEO1xxxxxxxx111110111111111111

5、00xxxxxxx0000010xxxxxx01001010xxxxx011010010xxxx0111011010xxx01111100010xx011111101010x01111111100100111111111101图3.1.2优先编码器74IS148功能表74IS148逻辑表达式使能端0E芯片是否启用）的逻辑方程：0E =10 I1 I2 I3 I4 I5 67 IE当OE输入IE=1时，禁止编码、输出（反码）：A2,A1,A0为全1。当OE输入IE=0时，允许编码，在I017输入中，输入I7优先级最高，其余依次为：16,15,14,13,12,10，I0 等级排列。从以上的的功能

6、表中可以得出，74IS148输入端优先级别的次序依次为I7， I6，10。当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端没有低 电平输入时，输出端才输出相应该输入端的代码。例如： 15=0且16=17=1（16、 I7优先级别高于I5）则此时输出代码010 （为10=（101）2的反码）这就是优先 编码器的工作原理。3.2 74LS192十进制可逆计数器74LS192Fee Po 淋 TCd IC|J Pl Pg P3 冋冋冋同冋rn阿帀(MSB)1| |：| |3| |4| |5| |6| r &P1 Q 观 CP) CPU 近CMD图321 74LS192引脚图Qd Qc Qb

7、 Qa >CP_oc574LS192 sCr D C B A LD输入输出MRPLCPuCPdP3P2P1P0QaQ2Q1Q01XXXXXXX000000 1XXdcbadcr ba011XXXX加计数011XXXX减计数图3.2.2 74LS192逻辑图图3.2.3 74LS192 功能真值表 该器件为双时钟工作方式，CP+是加计数时钟输入，CP-是减计数时钟 输入，均为上升沿触发，采用 8421 BCD码计数。 C为异步清0端，高电平有效。 LD为异步预置控制端，低电平有效，当C=0、LD=0时预置输入端DC、B、A的数据送至输出端，即 QQQQ=DCBA 进位输出和借位输出是分开的

8、。O C为进位输出，加法计数时，进入 1001状态后有负脉冲输出，脉宽为一 个时钟周期。O B为借位输出，减法计数时，进入 0000状态后有负脉冲输出，脉宽为一 个时钟周期。3.3 74LS47图3.3.1 74LS47 逻辑图图3.3.2 74LS47引脚图BCD七段显示译码器74LS47功能 或数 字输入输出显示字 形LTRBIA3A2AAB/BROabcdefg灯火XXXXXX0（输入）0 :000000灭灯试灯0XXXXX111111118动态火零10000000000000灭灯0110 1001 011 11111 110011X000110110000121X00101110110

9、1231 1X0 101r 111 1111：001341X010010110011451X010111011011561X0 11r 010 :011r 111:671X0 1111 111 11101 000781X100011111111891X1001111110119101 1X1 101:010 :001r 101:111X1 1011100111 001121X110010100011131 :X1 110r 111 :001011:141 IX1 I111 010 10011 111 1151X111110000000灭灯图333 74LS47功能表 要求输出015时，灭灯输入

10、（BI）必须开始时保持高电平。如果不灭，贝U 动态灭灯输入（RBI）必须开路或为高电平。 将一低电平直接加于灭灯输入（BI）时，则不管其他输入为任何电平，所有 各段输出都关闭。 当动态灭灯输入/动态灭灯输出（BI/RBO）开路或者保持高电平而试灯输入 为高电平时，所有各段输出都关闭并且动态灭灯输出 （RBO处于低电平（响 应条件）。 当灭灯输入/动态灭等输出（BI/RBO）开路或者保持高电平而试灯输入为低 电平时，则所有各段都开通。 BI/RBO是线与逻辑，作灭灯输入（BI）或动态灭灯（RBO之用，或两者兼 用3.4 NE555>1kJg2NE555T34s图3.4.1 NE555芯片的

11、引脚图引脚编号符号功能说明1GND地线2TR触发3OUT输出4RES复位5CV控制电压6TH阀值7DIS放电8Vcc电源图3.4.2 NE555引脚功能555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对 应的双定时器556/7556。555定时器的电源电压围宽，可在 4.5V16V工作， 7555可在318V工作，输出驱动电流约为200mA因而其输出可与TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。咯rRd图3.4.3 555 定时器基本原理图555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以

12、实现多 谐振荡器、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、电子测量及自动控制等方面。 555 定 时器的部电路框图和外引脚排列图分别如图 2.9.1 和图 2.9.2 所示。它部包 括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功 率输出级。它提供两个基准电压 VCC /3 和 2VCC /3555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触 发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较 器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电

13、压为 VCC/3 。若 触发输入端 TR 的电压小于 VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发 器置1，使输出端0UT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3,同时TR端 的电压大于VCO3 ,则A1的输出为1 , A2的输出为0 ,可将RS触发器置0 , 使输出为 0 电平。555 定时器在抢答器中的应用有单稳态触发器和多谐振荡器。4、电路设计4.1 单元电路设计4.1.1 抢答器电路如图，该电路实现两个功能：一是能够过分辨出选手按键的先后，并锁 存优先抢答者的编号，同时译码器显示电路显示编号；二是禁止其他选手之后 按键无效。工作过程：当开关处于清除端时，74LS2

14、79的RS触发器段均为0信 号，所以四个触发器端均输出为 0,此时ST为0,根据74LS148功能表可以看 出，该芯片处于工作状态。当开关达到“开始”端时，抢答器处于等待工作状 态，当有选手按下键时，及有一个输入端为低电平，根据74LS148功能表可知，Y1, 丫2, Y3处于一种输出状态，Yex输出为0,所以1Q输出为1, 74LS47处于 工作状态。根据2Q 3Q 4Q的输出，译码器将显示第一个按下键的选手。并且 此时1Q=1,使74LS148的ST=1,所以74LS148处于禁止工作状态,封锁了其他 键的再次输入。因为只有 8名选手 编号从 0000到0111 所以 74LS47 芯片的

15、 A3 端不需要用到 所以可以直接置地。如果没有选手按键的话 七段显示译码 器就会一直不亮 直到最后此次比赛结束。抢答器部分仿真如下 当主持人按 下开关可实现清零 再次按下开关开始抢答 如选手 4 按下 数码管显示 4 并 且其他选手无法再次抢答。仿真结果验证了抢答部分电路的设计成功。定时电路<£LUr/WCLIf BUCOLQAJ'CJ定时电路原理图电路分为两个部分，一是秒脉冲，由555定时器构成的多谐振荡电路，根据公式振荡周期为T=0.7( R1+2R2 C,可计算出该振荡器的振荡周期为1秒，由于是矩 形脉冲，所以一个周期发光二极管会发一次光。74192是可预置时间

16、的减计数器，对于预置端可以采用十进制8421BCD码设置，当555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，成功实现定时功能。报警电路及秒脉冲产生电路L图4.131报警电路工作原理：其工作过程为当一开关闭合时鸣笛系统鸣笛，因为总电路中抢答器的按钮一 按下去，就会有低电平产生，再经过与非门变为高电平使得喇叭的阳极为正, 从而鸣叫，但很快又停止鸣笛，因为鸣笛器正负极都进入高电平。当定时系 统倒计时到0时，也可使得其鸣叫，原理如上。脉冲产生电路：时序控制电路CP DOWNB0'«1;丿CTR11、ST1/图

17、4.141时序控制电路工作原理：时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能： 主持人将控制开关拨到"开始"位置时，抢答电路和定时电路进人正常抢答 工作状态。 当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。 当设定的抢答时间 根据上面的功能要求以及图六，设计的时序控制电路如图九所示。图中，门G1的作用是控制时钟信号 CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的 输人使能端 。图八的工作原理是： 主持人控制开关从 "清除"位置拨到 "开始"位置 时，来自于图六中的74LS279的输出1Q=0,经G3反相

18、，A = 1,则时钟信号CP 能够加到74LS192的CP时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间 未到时，则"定时到信号"为1，门G2的输出ST=0,使74LS148处于正常工作状 态，从而实现功能的要求。当选手在定时时间按动抢答键时，1Q= 1,经G3反相，A = 0, 封锁CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门 G2的输出ST=1, 74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能的要求。当定时时间到时，则"定时到信号"为0, 1Q=1, 74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门G1处于关门状态，封锁CP信号，使定时电路

19、保持00状态不变，从而实现功能 的要求。集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间，其工作原理 如下：当主持人将开关拨到开始键时，S信号从0变成1,是上升的，但是定时到 信号还是1, Yex由于74LS148已经开始工作所以为0,所以根据74LS121功能表 可以看到PR会有一个高电平输出，所以扬声器就会发出声音。在最后结束时候， 如果没有选手按键但是时间已经结束， 这时候S是1, Yex因为没有选手按键而为 1,而又因为定时到信号而又有一个负脉冲输入，所以PR会输出一个正脉冲，从而使扬声器发声。假如有选手按键， Yex会从1变成0,定时到信号还是1,所以 最后也会有一个正脉冲输

20、出，扬声器也会发生的。4.2 整体电路整体电路图如图 4.2.1 ，可实现如下功能：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 10秒，扬声器给出声 响提示。选手在定时时间抢答时，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。图421整体电路图心得体会电子技术课程设计” 是电子技术课程的实践性教学环节， 是对我学习电子技 术的综合性训练。在我以前我从来没有真正的搞过这样的实践设计 , 所以我非常 珍惜这次做课程设计的机会 .虽然我做的仅仅是智力抢答器的设计， 但是，完成这一个课题要涉及到许多 方面的知识。 我通过上网查询和查阅相关书籍资料， 知道