十五路抢答器设计

十五路抢答器设计设计的目的通过本课题设计，掌握数字电路系统的设计方法。设计的内容要求1．设计一个智力抢答器，可同时供15名选手参加比赛，对应15个抢答按钮。2．主持人设置一个控制开关，用来控制系统得清零（显示数码灭）和抢答开始。3．抢答器具有数据锁存功能，抢答开始后，若有选手抢答，编号立即锁存，LED显示选手编号。同时扬声器给出音响提示，此外，要封锁输入电路。4．（扩展功能）定时抢答，主持人设定时间，启动开始后，定时器立即减计时，并用显示器显示。5．参赛选手在设定的时间内抢答，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，并保持到主持人将系统清零为止。6．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，报警，禁止超时抢答。三、参考元件74LS192NE55574LS4874LS27974LS14874LS0074LS121发光二极管数码显示器电阻电容设计步骤与要求拟定组成框图；设计各单元电路，要求步线整齐、美观、便于线路连接调试；仿真测试逻辑功能，已满足设计功能要求；画出整机逻辑电路图；写出设计论文。设计成果柜1贵．设计说明书蒜，不少于滥6000讽字，用忌A4搅纸打印装订；唇设计电路总图楼一张，用电路阻设计软件绘图蹲；电子文档主要参考资料绒数字电子教材联数字电子电子花电路设计相关肚资料集成电路百产品手册目录扇引言消………………遵………………泛………………创………………洒………………趁…黑1静一、设计任务朱与要求震………………右………………柱………………遇……追…吸......犁....1馅(蝶一救)项基本功能庸………………巷………………于………………扛…治...削......是......考......土.1累(州二炼)涛扩展功能锅………………择………………共………………浊…遍..半.映......营......恩......百.1坐二、抢答器组报成框图毒………………截………………杠………………洋…………恨…赠...2蛇(踏一炼)院抢答器组成总假框图洪………………兼………………狗………失…………阻…宁...2花(凳二番)现各个电路的组娘成森………………臭………………民…………薯…藏...半......滔......尸....戴2保(碰三剑)疤抢答器组成具惑体框图形………………奸………………截………支……………泼3床三、单元电路联………………法………………干………………那………………圈……肿…周.3傅(蜓一佣)眉抢答电路珍………………灭………………械………………羽………………循…梅3旺1程.须主要功能束………………血………………虫………………咳…………雄…烈…括3何2晒.移电路原理图单………………吗………………虾………………兴………爷……拖4偿3扎.老子电路共………………牛………………滥………………的………………倍…遭4坚(嫌二累)条定时电路幻………………眯………………蹈………………播………………烦…星…醋.8悉1.逢主要功能叛………………嘱………………录………………毙………………俩.靠…误8正2.尽电路原理图辞………………土………………霉………………衔……………陶…扁.8柜3.姥子电路度………………毕………………元………………畅………………寄…梦.....8墨(铲三典)智报警电路械………………跪………………宗………………峡………………关…凭…晚11负1.迟主要功能怎………………哨………………目………………虹……………植…扩...11蝶2.莫电路原理图耀………………勉………………半………………慧…………检…密...11库.纱(吃四事)株控制电路笛………………作………………骡………………赵………………沾…抓…屋.12弟1.术主要功能算………………完………………顿………………慕……………糖…谈...12档2.饭子电路奔………………窜………………测………………逮………………陵……赤.12充四、哀15妨路抢答器设计至总结何………………族……………诉………………询………镜…叮....练.及14灶五帜.圈、致谢封………………亦………………浴……………饥…寒...即......很......蹦......码......伶......俩......绵......帝15朱六、参考文献眼………………验………………冤………………外………………顽……掏…最..15字七、总电路原复理图壮………………南………………斑…腥…注...藏......胡......润......吴......版......腰......危......伸.16附件米摘要：认数字抢答器由压主体电路与扩闪展电路组成。创优先编码电路干、锁存器、译码码电路将参赛尺队的输入信号谦在显示器上输饶出；用控制电视路和主持人开粘关启动报警电栋路，以上两部耐分组成主体电茫路。通过定时辣电路和译码电蛇路将秒脉冲产津生的信号在显谨示器上输出实葛现计时功能，摧构成扩展电路渠。经过布线、篮焊接、调试等富工作后数字抢缎答器成形。碧关键字：增抢答电路退;揭定时电路谈;益报警电路引言拼抢答器同时供学16建名选手或益16抖个代表队比赛妥,剃设置一个系统佩清除和抢答控握制开关眉S醒，该开关由主畏持人控制。抢锅答器具有锁存系与显示功能。贸即选手按动按太钮，锁存相应杂的编号，并在敬LED弦数码管上显示烟，同时扬声器蹲发出报警声响余提示。选手抢萍答实行优先锁嗽存，优先抢答济选手的编号一瓶直保持到主持潜人将系统清除身为止。抢答器墙具有定时抢答舒功能，且一次延抢答的时间由王主持人设定（篇如向30奔秒）。当主持扎人启动骑"糠开始页"必键后，定时器皂进行减计时，结同时扬声器发愿出短暂的声响略，声响持续的深时间叉0.5秋秒左右。参赛湿选手在设定的剂时间内进行抢弊答，抢答有效的，定时器停止骤工作，显示器围上显示选手的嚷编号和抢答的安时间，并保持辈到主持人将系垮统清除为止。充如果定时时间席已到，无人抢昌答，本次抢答依无效，系统报最警并禁止抢答旗，定时显示器菠上显示何00偿。复一、设计任务尿与议要求贝（一）基本功木能泡1罚．可同时士15桌名选手参加比温赛，他们的编率号分别是垃1毙，陕2舟，放3贵，胖4抖，色5屋，祥6往，滩7掘，粪8碑，桥9蔑，程10寺，洋11吊，覆12嘱，沸13爬，卫14债，增15如，各用一个抢称答按钮，按钮额的编号与选手循的编号相对应亩，分别是信S1遥，刷S2袭，康S3派，公S4氧，月S5钞，固S6扔，急S7廊，焦S8昌，掏S9笑，班S10海，己S11然，炭S12编，碑S13有，凡S14贺，焰S15声。滨2段．节目主持人券设置一个控制悄开关，用来控存制系统的清零敏和抢答的开始妈。践3脾．数字抢答器底应具有数码锁洞存、显示功能呆。抢答开始后燃，若有选手按宣动抢答按钮，训编号立即锁存脚，并在云LED示数码管上显示忌选手的编号，赵同时扬声器给货出音响提示。筛此外，要封锁队输入电路，禁柔止其他选手抢圣答。优先抢答御选手的编号一盒直保持到主持魄人将系统清零石为止。址（二）扩展功沟能密1恶．定时抢答功吗能。抢答器定岛时为为30s役，启动起始键假后，定时器开博始工作，立即薪减计，并在显脆示器上显示出查来，同时扬声冬器要短暂报警摔。先2冲．参赛选手在乎设定的时间内推抢答（威30s滴），抢答用效启，定时器停止狗工作，显示器罗上显示选手的狠编号和抢倕时洋刻的时间，并零保持到主持人匀将系统清零为莫止。见3偏．当定时抢答钻的时间已到，谢还没有选手抢细答进，本次抢饥答无效，系统子短暂报警缝,狭并封锁输入电唐路，禁止选手系超时后抢答，归时间显示器上冬显示雹00怜。首二壶、惕抢答器组成框勺图献(读一设)券抢答器组成总硬框图裳图塑2.1.1奏抢答器组成框纹图笔(最二染)斯、疼各个电路的组默成谱1.暖照框图，根据导功能指标的要踢求，可以确定剂各个电路的组劲成。兵1)展抢答电路由优敢先编码电路谅74LS14汉8超，锁存器日74LS27弱9里组成。约2)抗定时电路由秒窑脉冲产生电路昏NE555盏，同步计数器它74LS19崇2膜组成。腐3)翅报警电路由脉渐冲产生电路遍NE555超，扬声器组成还。忆4)唐控制电路用怜单稳态触发器翻74LS12月1慈和一些门电路幸实现往。悄2.茧图示的定时抢舅答器的工作过鼻程是：接通电疮源时，节目主价持人将开关置地于响“驱清书除专”隔位置，抢答器澡处于禁止工作券状态，编号显传示器灭灯，定暖时显示器显示倾设定的时间，每当节目主持人琴宣布抢答题目倍后，说一进声政“涨抢答开粗始流”阳，同时将控制比开关拨姓到做“农开叹始槐”浅位置，扬声器懂给出声响提示谅，抢答器处于魄工作状态，定分时器倒计时。案当定时时间到却，却没有选手堵抢答时，系统旁报警，并封锁弹输入电路，禁煌止选手超时后伏抢答。当选手猎在定时时间内冠按动抢答键时样，抢答器要完眼成以下四项工娇作：陶1)共优先编码电路杰立即分辨出抢挪答者的编号，坡并由锁存器进臣行锁存，然后畜由译码显示电膜路显示编号；柄2)俊扬声器发出短燥暂声响，提醒遥节目主持人注胁意；各3)父控制电路要对额输入编码电路歌进行封锁，避夫免其他选手再退次进行抢答；冷4)棍控制电路要使纪定时器停止工摆作，时间显示够器上显示剩余理的抢答时间，鉴并保持到主持阿人将系统清零更为止。当选手筹将问题回答完扎毕，主持人操割作控制开关，结使系统回复到辫禁止工作状态坐，以便进行下煮一轮抢答。车(染三众)馒、饿抢答器组成具膨体框图抢答按钮抢答按钮优先编码电路74LS148主持人控制开关时序控制电路报警电路NE555秒脉冲产生电路NE555同步计数器74LS192显示电路（七段显示器）译码电路74LS48单稳态触发器74LS121二进制/BCD编码转化电路锁存器74LS279译码电路74LS48显示电路（七段显示器）套图抢答器组成猪具体框图三、单元电路摸(骄一日)蝶抢答电路1.主要功能航抢答电路的功她能有两个：一改是能分辨出选切手按键的先后耍，并锁存优先链抢答者的编号恩，供译码显示庙电路用；二是恰要使其他选手剪的按键操作无效效。选用优先跪编码器毛74LS14闷8父和含RS陶锁存器词74LS27夸9价可以完成上述崖功能，其电路赌组成如下图所脾示。其工作原汁理是：当主持耗人控制开关处际于宏“央清蜜除狐”描位置时，铜RS键触发器的昼端为低电平，旷输出端（半4Q~1Q竭）全部还为低电平，于滚是暴74LS48银的干BI=0招，显示器灭灯扰；楼74LS14蔬8耻的选通输入端尽ST=0射，叹74LS14添8夸处于工作状态粘，此时锁存电池路不工作，当舞主持人开关拨昨到艘“饶开蚂始似”继位置时，优先席编码电路和锁晋存电路同时处能于工作状态，比即抢答器处于连等待工作状态泄，等待输入端碑S1商～饥S15马输入信号，当殿有选手将键按章下时（如按下滔S5矩），辟74LS14咽8改的输出悼Y2Y1Y0格=010脏，平YEX=0暂，经摇RS沸锁存器后，最CTR=1室，核BI=1世，窜74LS27倾9诸处于工作状态劣，座4Q3Q2Q鼓=101观，经嫌74LS48锈译码后，显示饶器显示积出派“麦5肝”泼。此外，翠CTR=1年，使疑74LS14冷8搂的攀ST责端为高电平，恶74LS14庄8躬处于禁止工作幅状态，封锁了洒其他按键的输愉入。当按下的钟键松开后，响74LS14祖8填的寨YEX右为高电平，但上由于狠CTR篇维持高电平不尺变，所以袜74LS14交8住仍处于禁止工滤作状态，其他喇按键的输入信锯号不会被吸收僚，这就保证了麦抢答者的优先驶性以及抢答电贿路的准确性。颂当优先抢答者枣回答完问题后痰，由主持人操丧作控制开关饱S叛，使抢答电路师复位，以便进隔行下一轮抢答机。度2.阅电路原理图红图抢答电路原汇理图3.子电路绵1局）优先编码电衣路胀根据翠要求，用两片锻优先编码器盒74LS14榜8绞级连组成。由气74LS14崇8东的功能表可以迟看出当高位片暑处于工作状态泳且没有输入时乡，者Y2,Y1,照Y0,Y颂EX谦都是召1遗，战YS筑为口0侦，低位片也处持于工作状态。口当高位片有输偏入时，供YS=1=拼ST督，所以低位片旱处于封锁状态近，同时两片的悉输出赚YS=1荷，高位片软YEX循为迫0相，低位片的没YEX宫为蚁1辣。当低位片用仰输入时，高位晃片的件YS=0陆，低位片的澡YS=1与，高位片杰YEX豆为穴1面，低位片的剂YEX丢为迎0盗。感由如ZYEX=陶YEX1杆·梅YEX2作Z0=桨Y01触·制Y02花Z1=Y11衔·识Y12淹Z2=久Y21吉·伟Y22Z3=膝可以得到当裹ST=0蚀时，即绕74LS14犬8撑处于工作状态惧时，不论是低秩位片还用高位多片有输入时，鹅图泊3.1.3.伏1似优先编码电路盛ZYEX束都为淋0袋，当没有输入夸时，忠ZYEX耀为多1司。当高位片有剪输入时，御Z3区为夏0弊，当低位片有布输入时，左Z3召为续1职，当缴ST佣为辩1慕时，场74LS14辰8母处于禁止工作倍状态，驶Z3饼为闷1销。麦表广3.1.3.药1猴74LS14炭8进功能表良输入兼输出毛ST姿S晴0飞S归1愉S刑2篇S弯3重S屈4虚S迅5年S盒6悉S章7裕Y隆2五Y眼1眼Y压0久YEX歌Y茶S条1驾×呼×鉴×南×垦×针×玩×蓄×隶1锦1秀1壶1窑1城0府1弹1剖1亿1暂1禾1弃1样1旋1之1排1袍1翅0健0叠0付1狭1颂1市1疏1注1竹1白1劈1播1谱0肥1赖0凑×搬0背1决1付1皂1脏1佩1幻1干1宰0羡0镰1谢0息×塘×搅0矮1扇1萍1震1直1供1胳0畏1缝0牙1盯0袜×陵×玉×缓0辅1衬1摇1矮1诱1泉0壶0拦0覆1浇0支×脉×熟×角×鼓0顽1洞1豆1孙0刊1冻1梳0誓1盲0咳×慨×野×妄×杏×胁0崭1兔1滴0筒1朽0逝0赢1粒0纳×犹×妨×丧×辆×肃×忍0榆1读0欢0火1耍0患1参0胃×霸×捉×与×逃×栋×育×累0喇0夜0他0唤0舒1握2才）锁存器洋74LS27晶9僻由基本卸R-S浆的状态方程和伶时序图可看出倚，捕表围3.1.3.腾2墓锁存器闹74LS27蛛9画真值表准输入捎输出则Q吐1疗1赏Q耽0僚0舞1隐1漫1颤0怎0仔0倍0名×低图春3.1.3.画2旨基本末R-S臂触发器逻辑等彼号与波形图卵RS呼触发器的雷端为低电平，富由于狐74LS14游8汉没有输入，离都为胡1奋，所以输出端筹（拢4Q~1Q板）全部为习0瓦。当探74LS14趴8品有输入，相应观的乱为哥0念，所对应的输床出端变为碍1饥，当输入退出妖时，楼重新变为俭1方，而对应的输应出端保持理1乳不变，实现疤了锁存的功能避。籍当伶ZYEX蔑为区0店时，怜Q装的输出为林1俭，欢Q=ST=料1助，所以令炒74LS14涂8票处于禁止工作桃状态，使其他硬按键的输入信扫号不会被吸收懒，这就保证了楚抢答者的优先积性以及抢答电警路的准确性。尿当优先抢答者科回答完问题后界，由主持人操砍作控制开关春S味，使抢答电路桂复位（即令杨=0针），以便进行王下一轮抢答。漠3额）亏4蚕位二进制司/BCD磁码变换电路井由全加器烂74LS28吵3鹿与门电路组成丹，由于用侨15牙路选择，嘱4址位二进制数表尘示的十进制数锈的范围为仓0燃～悔15烈，其麻8421BC腿D也码需用裙5突位二进制数表载示，它们之间吼的对应关系如扣下表惯表梦3.1.3.爆34气位二进制莫/BCD革码变换电路真世值表追二进制数提BCD朽码辛Z捧3演Z暮2巩Z呈1浇Z去0晕D事10摧D胃03外D邮02展D晃01急D究00丑0欺0催0遭0盾0除0呈0衰0凡0己0败1落0洽0证0希1拉0锹0举0得0皱1嘉2开0抚0凶1茶0拦0某0嫂0菌1煤0腾3录0抬0窄1挑1尚0锤0绸0敬1罗1救4钻0奶1六0会0骆0扑0闯1阅0蝇0名5以0蔬1宽0恩1见0珠0窜1牵0亦1汇6享0撕1边1地0骡0带0暖1骗1慕0拾7价0维1忠1熄1陆0墙0乓1罩1腥1体8彻1红0博0盘0曾0眨1谈0巴0油0殖9片1词0晃0但1际0案1魔0膜0声1民10那1茎0猛1蚁0亡1灵0夏0鸽0尿0亚11油1箱0换1需1慨1讲0壮0备0评1尝12植1答1挡0扬0炊1赖0份0务1恋0资13截1芦1浪0落1末1遮0哑0快1患1浊14键1趟1颈1冷0金1叶0盘1掩0肃0辽15钟1钱1桨1谋1苦1舍0触1峰0东1控以上的真值表奥可以写出执BCD宗码与二进制之间的表达式：单Z0=热D00哨D10铅D03D汗02D01铸=Z3Z虚2Z1+0温000式当训Z3糕(学Z2+Z1屠）杏=0递D10杨D03D0橡2D01=许Z3Z2旦Z1+00箱11棉当气Z3塑(凝Z2+Z1伴）瓜=1信图位二进制克/BCD套码变换电路寺(劳二鹊)吴、裤定时电路1.主要功能杂节目主持人根声据抢答题的难屑易程度，设定痒一次抢答的时坏间（裳30s是），通过预置临时间电路对计润数器进行预置役，选用十进制诉同步加兼/芒减计数器碍74LS19捏2若进行设计，计扫数器的时钟脉等冲由秒脉冲电顽路提供。水2.格电路原理图危图定时电路原鞠理图3.子电路统1银）麦555室构成的多谐振铅荡器作为秒脉茄冲发生器舰把粥555膝的社2才，让6另脚接在一起，倍根据对悼555愤组成原理图的醒分析可知，电院容上的电压将繁在惨到怠之间变化。电饶路的工作波形忽如下图所示桂图央3.2.3.瓶1.1接电容和输出电刃压的波形图图伞3.2.3.努1.25教55丑构成的多谐振辉荡器原理图虹从图中看出，叨输出电压唉Vo蜘的低电平时间慈为电容上电压连Vc牧从峡减少偿到所需要的时外间，窑Vo障的高电平时间只Vc学为电容上电压悔从增大巨到所需要的时盘间，电路的振辉荡周期和频率离计算如下()吗悼鞠钩进著止()它睡竿抗私区()不介直薯塞()菌取鸡=15K嫌Ω渗,坏=68K鱼Ω愿,C=1菠0uF,姐唇可得振荡频率为困所以泳,指T=1s陈2)驶由新Multis匀im会仿真得到如下鸭波形，符合秒学脉冲的要求。弃图多谐振荡器着频率仿真波形花2兵）掠74LS19童2肿构成的三十进狭制递减计数器赵74LS19旧2断是十进制可编耀程同步加灵/边减计数器，采棕用悦8421义码二煎-摸十进制编码，叠并具有直接清废零，置数，加恶/秧减计数功能。仔由忍74LS19酸2纯构成的三十进沈制递减计数器兽的电路原理图滨如下所示，低占位片的搏BO2漏借位信号接到狂高位片的叶CPD嘴端，两片的絮CPU桥端都接高电平柳。良图脖3.2.3.证2.17音4LS192暴构成的三十进野制递减计数器虏从功能表和时绑序图可以得到恒三十进制递减宴计数器的工作耕原理：预置数春为毙N=(001漆10000采)8421谱BCD=(3闹0)10燃只有当低位赌BO2乌端发出借位脉富冲时，高位币片计数器才作顾减计数，当高天，低位计数器蚁处于全零，且粒CPD啦为铁0司时，高位片上BO2拖端发出借位脉猪冲。当娱LD影为电低平时，庆计数器完成并铲行置数。健图沉3.2.3.今2.17向4LS192笛构成的三十进棚制递减计数器投时序图响(榜三盈)苹、堵报警电路候由蚕555葬组成多谐振荡警器，产生约为出1Khz律的脉冲，来驱碌动扬声器发生点声音。（本设脆计方案用发光刘二极管代替扬殃声器）主要功能催当用信号来时扫，路PR码为高电平，振饲荡器工作。平亏时保持低电平暮不变，从上面福对她555梅组成多谐振荡淘器的分析，当挪4浇脚为低电平时餐，振荡器停振籍。振荡频率为们(菊3.3.1.弹1)晃T=截=1/默0.01s盟医辩遮觉割策母(3舰保)电路原理图悠图血3.3.2.浴1役报警电路士用浩Multis臣im霜仿真可得如下路波形，可知电窗路的频率跟理弯论计算值相符农。寄图游3.3.2.石2咽频率仿真波形慎(该四渗)澡、奇控制电路1.主要功能券1)才主持人将控制疑开关拨拨到柳“塔开哀始蹦”存位置时，扬声灯器发声，抢答侵电路和定时电熊路进入正常抢库答工作状态。肆2)呈当参赛选手按梢动抢答键时，沾扬声器发声，圈抢答电路和定萌时电路停止工亚作。匆3)鸦当设定的抢答固时间到，无人税抢答时，扬声牵器发声，同时科抢答电路和定饶时电路停止工抄作。2.子电路酱1)芬时序控制电路抗根据上面的功封能要求设计的颤时序控制电路确如下图所示。紧图中，门英G1盆的作用是控制挺时钟信号姑CP锡的放行与禁止端，门踏G2腰的作用是控制尽74LS14棚8笨的输入使能端群ST拦。工作原理是衔：主持人控制垃开关扎从洞“倦清停除贤”移位置拨届到笼“酸开营始翅”懒位置时，粪74LS2秤79虎的输出背CTR=0下，经段G3骆反相，评A=1随，则从朝555桐输出端来的时仍钟信号硬CP浙能够加到未74LS19蹦2会的锅CPD佩时钟输入端，钢定时电路进行丰递减计时。同垂时，在定时时篇间未到时，捉74LS1障92灌的借位输出端间BO2=1伐，门拿G2伴的输出抖ST=0久，使蜘74LS14假8钱处于正常工作瞎状态，从而实池现功能（醋1音）的要求。当冷选手在定时时筑间内按动抢答淋键时，菊CTR=1蹈，经汉G3迷反相，偶A=0座，封锁盟CP月信号，定时器磨处于保持工作迈状态；同时，睁门狠G2常的输出春ST=1素，恰74LS14诞8姜处于禁止工作联状态，从而实侧现功能（见2某）的要求。当塔定时时间到时职，来自振74LS19逃2汽的演BO2=0什，虫ST=1播，且74LS14灌8斜处于禁止工作帽状态，禁止选首手进行抢答。尼同时，门拉G1阁处于关门状态丑，封锁洗CP请信号，使定时铜电路保持繁00戚状态不变，从选而实现功能（芹3酱）的要求。漠图升3.4.2.恒1肯时序控制电路微2)掉报警控制电路拿由苗74LS12就1护组成，根据上姑对报警的要求推以及硬74LS12娘1纺的功能表，可问得到如下电路脚原理图。其中素当矛S=0仪时，由于戒BO2趴和返ZYEX患都为乏1歇，所以在衔S传的正跳沿产生授时，不会产生怀触发，所以使破用了门电路与丽ZYEX捆配合，当电路织开始置数为逮30匀时