四人抢答器

数字电子技术课程设计

专 业：班 级：姓 名：指导教师：

电气自动化 张飞 田平

0932207 时 间： 2010年11月18日

目录

第一章 设计选目及目的

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1.1 设计选题 ------------------------------------------ 1 1.2 设计目的 ------------------------------------------ 2 第二章 功能的介绍

3

2.1 主要功能介绍 ------------------------------------- 3 2.2 拓展功能介绍 ------------------------------------ 4 第三章 总体方案设计 第四章 单元模块设计

5

5

4.1抢答器控制端电路功能介绍 --------------------------- 5 4.3 振荡电路 ---------------------------------------- 7 第五章 主要芯片介绍---------------------------------------------------------8

5.1优先编码器74LS148 --------------------------------- 8 5.2锁存器 -------------------------------------------- 10 第六章系统调试 16

6.1抢答显示功能的测试 -------------------------------- 17 6.2清零功能测试 -------------------------------------- 17 6.3倒计时功能测试 ------------------------------------ 17 第七章心得体会 18 第八章 参考文献

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第一章 设计选目及目的 1.1 设计选题

设计选题:四人智力竞赛抢答器的设计

设计要求:

1.4名选手编号为:1、2、3、4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1、2、3、4。

2.给主持人设计一个控制按钮，用来控制系统清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始

3.抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动强大按钮，该选手编号立即锁存，并在编号显示器上显示该编号，同时扬声器给出声响显示，同时封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

4.抢答器具有定时（9秒）抢答的功能。当主持人按下开始的按钮后，要求定时器开始倒计时，并在定时显示器倒计时时间，同时扬声器发出声响，音响持续0.5秒参赛选手在设定的时间（9秒）内抢答，强大有效，扬声器发出音响，音响持续0.5秒，同时定时器停止倒计时，编号显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答的时间，并保持到主持人将系统清零为止。

5.如果定时器抢答时间已到，却没有选手抢答时，本抢答无效。系统扬声器报警（音响持续0.5秒），并封锁编号电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。

6.石英晶体振荡器产生频率为1HZ的秒脉冲信号，作为定时器计数器的CP信号。

1.2 设计目的

1.掌握四人智力竞赛抢答器电路的设计、组装与调试方法。 2.掌握数字集成电路的设计和使用方法。

第二章 功能的介绍

2.1 主要功能介绍

（1）抢答器最多可供4名选手参加，编号为1-4号，各队分别用一个按钮（分别为J1、J2、J3、J5）控制，并设计一系统清零和抢答控制开关J4、J7,该开关由主持人控制。

（2）抢答器具有数据锁存功能，并将所存数据用LED数码管显示出来，直接主持人清零。

（3）开关J4作为清零机抢答控制开关（有主持人控制），当开关J4

被按下时抢答电路清零，当开关J7松开后则允许抢答。输入抢答信号由抢答按钮开关J1、J2、J3、J5实现。

（4）有抢答信号输入（开关J1、J2、J3、J5中的任意一个开关被按下）时，并显示出相应的组别号码。此时再按其他任意一个抢答器开关都无效，指示灯依然保持第一个开关按下时所对应的状态。

2.2 拓展功能介绍

（1）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间为9秒。当主持人启动开始键后，要求定时器立即倒计时，并用显示器显示。

（2）参加选手在设定时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人系统清零为止。

（3）如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时本次抢答无效，封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示0。

第三

章 总体方案设计

第四章 单元模块设计

4.1抢答器控制端电路功能介绍

设计电路见图2所示。电路选用优先编码器74LS148和锁存器74LS75来完成。该电路主要完成俩个功能：一是分辨选手按键后的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其他按键操作者无效。工作过程：开关J5至于清零端时，RS触发器的R、S端均为0,4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标识端（图中5号端）=0，使之处于工作状态，当开关J5断开，J6至于开始时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答键按下时（如按下J2），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO(图中的4端)=1，七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=010,经译码器显示“2”。此外，CTR=1,，使74LS148优先编码器工作标志端 （图中2号端）=1，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的此时由于CTR=1，是优先编码的工作标志端为1，所以74LS148任处于禁止状态，确保不会出现二次按键是输入信号，保证了抢答者的优先性。如果再次抢答需要由主持人将J5开关重新置“清除”然后才可能进行。

4.2 定时时间电路功能介绍原理及设计

该部分主要有555定时器秒秒冲产生电路、十进制同步减法计数器，74LS192倒计时计数电路、74LS48译码电路和一个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图3所示。一块74LS192实现减法计数，通过译码器74LS48显示数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74LS192的预置数控端实现预置数，当有人抢答时，停止计数并显示此时得倒数时时间；如果没人抢答，且倒计时时间到了，输出低电平到时序控制电路，控制74LS48使0显示，同时以后选手抢答无效。

4.3 振荡电路

555定时器是一种多功能的中规模集成器件，它的结构比较复杂，在定时器内部，一般包含20多种晶体管，10多个电阻和数制电容。本系统需要产生频率为500KHZ的脉冲信号，用于为192道 提供CP信号，及频率为·1HZ信号用于计时电路。以上电路可用555定时器组成。

第五章 主要芯片介绍

5.1优先编码器74LS148

(1)功能：识别输入信号的优先级别，选中优先级别最高的一个进行编码,实现优先权管理。优先编码器是数字系统中实现优先权管理的一个重要逻辑部件。它与上述二-十进制编码器的最大区别是，优先编码器的各个输入不是互斥的，它允许多个输入端同时为有效信号。优先编码器的每个输入具有不同的优先级别，当多个输入信号有效时，它能识别输入信号的优先级别，并对其中优先级别最高的一个进行编码，产生相应的输出代码。

图中，I0～I7为8个输入端，QA、QB和QC为3位二进制码输出，因此，称它为8-3线优先编码器，其真值表如表所示。由真值表可知，输入I0～I7和输出QA、QB、QC的有效工作电平均为低电平.在I0～I7输入端中，下角标号码越大的优先级越高。例如，I0、I2、I3、I5和I7均为1，I1、I4和I6为0时，输出按优先级较高的I6编码，即QCQBQA =001，而不是按优先级较低的I1和I4编码。此后，若I6变为1，则按I4编码,QCQBQA=011。若I4也变为1，输出才按I1编码，QCQBQA=110。输入IS和输出OS、OEX在容量扩展时使用。IS为工作状态选择端(或称允许输入端)，当IS=0时，编码器工作，反之不进行编码工作；OS为允许输出端，当允许编码(即IS=0)而无信号输入时，OS为0。OEX为编码群输出端，当不允许编码(即IS=1)，或者虽允许编码(IS=0)但无信号输入(即I0～I7均为1)时,OEX为1。换而言之，允许编码且有信号输入(即

I0～I7中至少有一个为0)时，OEX才为0。（教材中给出了该优先编码器的各输出逻辑表达式和逻辑电路图。）

5.2锁存器

74LS48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。（图4.2.2是74LS48引脚排列示意图）

5.3

计数器74LS192

十进管制可逆计管数器74LS192引脚管图管脚及管功能表

74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列如下所示

74LS192引脚图

74LS192的功能表

74LS192的真值表

5.3 555定时器

555定时器的内部电路框图如图4.2.3所示

555定时器的内部包括俩个电压比较器，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。它提供俩个基准电压VCC/3和2VCC/3.

555定时器的功能主要由俩个比较器决定。俩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C1的反相输入端电压为2VCC/3，C2的同时输入端出为1，可是RS触发器置1。使输出端=1。如果阀值输入端TH得输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。 定时电路

设定一次抢答的时间，通过定时电路对计时器进行时间预置，定时电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，电路如图4.2.5所示。

控制电路

控制电路包括时序控制和报警俩电路。 一、时序控制电路需要以下几个功能：

1、主持人闭合开关，多路抢答器电路和计时电路进入正常状态； 2、参加者按键后，抢答电路和计时电路停止工作；

3、抢答时间到，无人抢答，扬声器发生，同时抢答电路和计时电路停止工作。 根据上面的功能要求，设计的时序控制电路如图4.3.1所示。图中，门G1的是控制时序时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输入使能端。图4.3.1的工作原理是：主持人控制开关从清除位置到“开始”位置时来自于图4.1.3中的74LS279的输入1Q=0,经G3反相，A=1,则时钟信号CP能过加到74LS192的CPD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，则定时信号为1，门G2的输出=0，使74LS148处于正常工作状态，从而实现功能1的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q=1。经G3反相，A=0，封锁CP信号，定时器出于保持工作，同时，，门G2的输出=1,74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能2的要求。当定时时间已到，则定时信号为0，使74KLS148处于禁止工作状态，禁止选手抢答。同时，门G1处于关门状态，封锁CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能3的要求。

由555定时器和三极管构成的报警电路如图4.3.2所示。其中555和R1、R2、C1等组成可控多谐振荡器，其输出信号3脚输出经三极管推动扬声器。

.第六章 系统调试

6.1抢答显示功能的测试

6.2清零功能测试

6.3倒计时功能测试

第七章 心得体会

一、温故而知新。课程设计发端之始，思绪全无，举步维艰，对于理论知识学习不够扎实的我深感“书到用时方恨少”，于是想起圣人之言“温故而知新”，便重拾教材与实验手册，对知识系统而全面进行了梳理，遇到难处先是苦思冥想再向同学请教，终于熟练掌握了基本理论知识，而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识，学会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感。

二、思路即出路。当初没有思路，诚如举步维艰，茫茫大地，不见道路。在对理论知识梳理掌握之后，茅塞顿开，柳暗花明，思路如泉涌，高歌“条条大路通罗马”。顿悟，没有思路便无出路，原来思路即出路。

三、实践出真知。之后，关于真理的大讨论最终结果是“实践是检验真理的唯一标准”，自从耳闻以来，便一直以为马克思主义中国化生成的教条。时至今日，课程设计基本告成，才切身领悟“实践是检验真理的唯一标准”，才明晓实践出真知。因为在教材上，数字钟不过是由计数器和译码显码器组合而成，也便不以为然搭建电路图，结果电路出现诸多问题，譬如短路开路，EWB中引脚悬空即为低电平，现实中引脚悬空呈现大电阻特性即高电平，不为则不知，无为则无知，实践出真知。

四、创新求发展。“创新”目前在我国已经提升到国家发展战略地位，足见“创新”的举足轻重。而在DVD产品上市之初及以后相当长时间内，由于核心技术受制于国外，原本前景看好的国内市场却使国内DVD生产商无利可图或图的仅仅蝇头小利，只因核心技术受制于人，使用国外专利技术，每台售出总要交付高额专利技术使用费。因此，我们要从小处着手，顺应时代发展潮流，在课程设计中不忘在小处创新，未必是创新技术，但凡创新思维亦可，未必成功，只要实现创新思维培育和锻炼即可。 五、过而能改，善莫大焉。至善至美，是人类永恒的追求。但是，不从忘却“金无足赤，人无完人”，我们换种思维方式，去恶亦是至善，改错亦为至美。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。

第八章 参考文献

[1] 夏路易石宗义, 电路原理图与电路板设计教程 [2] 赵淑范王宪伟, 电子技术实验与课程设计 [3] 刘修文, 使用电子电路设计制作300例

[4] 高吉祥，电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社 [5] 吕思忠，数子电路实验与课程设计.哈尔滨工业大学出版社 [6] 郑家龙，《集成电子技术基础教程》北京：高等教育出版社