八路搶答器電路.doc

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八路搶答器課程設(shè)計(jì) 課程名稱：Multisim12仿真設(shè)計(jì) 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 摘要 據(jù)統(tǒng)計(jì)，搶答器已經(jīng)成為人們生活競(jìng)賽中必不可少的電器，普及面已經(jīng)越來 越廣。隨著各種禁賽的大面積舉行，人們對(duì)搶答器的要求也越來越高。尤其是搶 答器的智能化、人性化等方面。而搶答器的人性化顯得更為重要。 本次課題設(shè)計(jì)目的是：設(shè)計(jì)家用搶答器控制邏輯電路，由九個(gè)分別控制電路清 零搶答以及開關(guān)，并分別用發(fā)光二極管顯示狀態(tài)。附加按鍵提示音及定時(shí)功能。 這些功能的增加都是為了提高搶答器件本身的人性化。為提高電路的穩(wěn)定性以及 提高按鍵單次脈沖的穩(wěn)定度，按鍵首先經(jīng)過了74LS148 芯片進(jìn)行了優(yōu)先編碼處理。 為實(shí)現(xiàn)搶答的人員鎖定控制，鎖定部分有74ls279組成了數(shù)字鎖存器，從而實(shí) 現(xiàn)了搶答者的鎖存控制。鎖存控制部分主要是通過74ls279芯片構(gòu)成鎖存器，再經(jīng) 過74LS48 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)譯碼器進(jìn)行譯碼選擇處理。主持人開關(guān)及鎖存通過控制74ls279 的R段來控制輸出通過輸出及反饋到74ls148的使能段，實(shí)現(xiàn)電路的反饋鎖存及清零， 通過led燈來顯示有人搶答問題，定時(shí)部分由555、74ls192組成單穩(wěn)態(tài)電路實(shí)現(xiàn)定時(shí)。 經(jīng)過一系列的分析、準(zhǔn)備。本次電路設(shè)計(jì)完成全部的設(shè)計(jì)要求，使大家進(jìn)一步的了 解了數(shù)字邏輯早現(xiàn)實(shí)生活中的具體應(yīng)用，也加深大家對(duì)數(shù)字邏輯的印象。 本次試驗(yàn)關(guān)鍵字：搶答、定時(shí)、清零 目錄 摘要-----------------------------------------------------------------2 前言-----------------------------------------------------------------4 第一章 設(shè)計(jì)要求 ----------------------------------------------5 1.1基本要求 -------------------------------------------------5 1.2提高要求 -------------------------------------------------5 第二章 系統(tǒng)的組成及工作原理---------------------------6 2.1系統(tǒng)的組成框圖-----------------------------------------6 2.2系統(tǒng)的工作原理-----------------------------------------7 第三章 電路設(shè)計(jì)------------------------------------------------8 3.1搶答電路的設(shè)計(jì)-----------------------------------------8 3.2定時(shí)電路的設(shè)計(jì)----------------------------------------10 參考文獻(xiàn)----------------------------------------------------------11 附錄（元件清單）---------------------------------------------11 前言 進(jìn)入21世紀(jì)越來越來多的電子產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的日常生活中，例如企業(yè)、學(xué)校和電視臺(tái)等單位常舉辦各種智力競(jìng)賽, 搶答記分器是必要設(shè)備。過去在舉行的各種競(jìng)賽中我們經(jīng)?？吹接袚尨鸬沫h(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會(huì)因?yàn)橹鞒秩说闹饔^誤斷造成比賽的不公平性。人們于是開始尋求一種能不依人的主觀意愿來判斷的設(shè)備來規(guī)范比賽。因此，為了克服這種現(xiàn)象的慣性發(fā)生人們利用各種資源和條件設(shè)計(jì)出很多的搶答器，從最初的簡(jiǎn)單搶答按鈕，到后來的顯示選手號(hào)的搶答器，再到現(xiàn)在的數(shù)顯搶答器，其功能在一天的趨于完善不但可以用來倒計(jì)時(shí)搶答，計(jì)分顯示等等功能，也使比賽更突顯其公平公正的原則。 今天隨著科技的不斷進(jìn)步搶答器的制作也更加追求精益求精，人們擺脫了耗費(fèi)很多元件僅來實(shí)現(xiàn)用指示燈和一些電路來實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的搶答功能，使第一個(gè)搶答的參賽者的編號(hào)能通過指示燈顯示出來，避免不合理的現(xiàn)象發(fā)生。當(dāng)有更高要求無法實(shí)現(xiàn)，例如參賽人數(shù)的增加。隨著數(shù)字電路的發(fā)展，數(shù)字搶答器誕生了，它易于擴(kuò)展，可靠性好，集成度高，而且費(fèi)用低，功能更加多樣話，是一種高效能的產(chǎn)品。而如今在市場(chǎng)上銷售的搶答器大多采用可編程邏輯元器件，本次設(shè)計(jì)主要利用常見的74LS系列集成電路芯片和555芯片，并通過劃分功能模塊進(jìn)行各個(gè)部分的設(shè)計(jì)，最后完成了八路智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)。 第一章 設(shè)計(jì)要求 1.1基本要求 （1） 搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8個(gè)按鈕S0 ~ S7表示。 （2） 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。 （3） 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響提示，并在數(shù)碼管上顯示選手號(hào)碼。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 1.2提高要求 （1） 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)"開始"鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的響聲，響聲持續(xù)0.5秒左右。發(fā)光二極管燈亮。 （2） 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 （3） 如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并 禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。 第二章 系統(tǒng)的組成及工作原理 2.1系統(tǒng)的組成框圖 基本原理設(shè)計(jì)框圖如圖所示，主要分主持人和選手分別進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。 圖1 其一是各路選手搶答后產(chǎn)生的高低電平直接經(jīng)過優(yōu)先編碼電路，然后經(jīng)過鎖存器，譯碼電路到七段數(shù)碼顯示器同時(shí)，由秒脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生的秒脈沖驅(qū)動(dòng)定時(shí)電路工作，主持人開關(guān)通過控制電路來實(shí)現(xiàn)對(duì)整體電路的調(diào)節(jié)；本類定時(shí)搶答器的總體方框圖如圖1所示。 2.2系統(tǒng)的工作原理： 電路包括主體電路和擴(kuò)展電路兩部分。其中主體電路完成基本的搶答功能，即主持人按下控制開關(guān)后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，數(shù)碼管顯示選手編號(hào)，同時(shí)封鎖輸入電路，其他選手搶答無效。 圖1所示電路的工作過程是：接通電源后，主持人將控制開關(guān)置于“清除”處，此時(shí)搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，選手不能進(jìn)行搶答，定時(shí)顯示器顯示設(shè)定的時(shí)間（30s），當(dāng)主持人將控制開關(guān)置于 “開始”時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響，搶答器處于工作狀態(tài)，同時(shí)定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，電路要完成以下功能： （1）優(yōu)先編碼電路判斷搶答者的編號(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后通過譯碼顯示電路在數(shù)碼管上顯示搶答者的編號(hào)； （2）控制電路對(duì)其余輸入編碼進(jìn)行封鎖，禁止其他選手進(jìn)行搶答； （3）控制電路要使定時(shí)器停止工作，數(shù)碼管上顯示剩余的搶答時(shí)間，當(dāng)選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關(guān)進(jìn)行系統(tǒng)清零，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)將報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。 第三章 電路設(shè)計(jì) 3.1搶答電路的設(shè)計(jì) 其工作原理是：當(dāng)主持人控制開關(guān)處于“清零”位置時(shí)，RS觸發(fā)器的R端為低電平，輸出端（4Q～1Q）全部為低電平。于是74LS48的BI=0，顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端ST=0，74LS148處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存電路不工作。當(dāng)主持人將開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時(shí)處于工作狀態(tài)，既搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0輸入信號(hào)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按下S5），74LS148的輸出Y2Y1Y0=010，YEX=0，經(jīng)RS鎖存器后，CTR=1，BI=1，此時(shí)74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101，經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器顯示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST端為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其它按鍵的輸入。當(dāng)按下的鍵松開后，74LS148的YEX高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài)，其它按鍵的輸入信號(hào)仍不會(huì)被接受。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問題后，主持人操作控制開關(guān)S，使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。 搶答器電路圖 3.2計(jì)時(shí)電路： 原理及設(shè)計(jì)：該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個(gè)7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3.2.2所示。兩塊74LS192實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)，由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計(jì)數(shù)器開始減法計(jì)數(shù)工作，并將時(shí)間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG 上，當(dāng)有人搶答時(shí)，停止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間；如果沒有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)， 輸出低電平到時(shí)序控制電路，控制報(bào)警電路報(bào)警，同時(shí)以后選手搶答無效。 模擬電路圖如下： 定時(shí)電路 參考文獻(xiàn) Multisim12仿真設(shè)計(jì) 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 附錄（元件清單） 序號(hào) 類型 1 74LS48N 2 74LS192N 3 555定時(shí)器 4 DCD_HEX 5 開關(guān) 6 電源 7 電阻 8 74LS04N 9 74LS373N 10 74LS32N 第 11 頁