1、十五路抢答器设计自主设计山 东 轻 工 业 学 院课 程 设 计 任 务 书学院 电子信息与控制工程学院 专业 电子信息工程 姓名 孙尚进 班级 08-1 学号 200802031025 题目 十五路智力竞赛抢答器设计1、主要内容：设计一个十五路智力竞赛抢答器，同时供15名选手或15个代表队参加比赛。 电路主要包括抢答电路、控制电路、定时电路、显示部分抢答器。主持人可以通过控制开关控制系统的清零和抢答的开始。一次抢答时间可以有主持人设定。在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作。否者本次抢答无效。2、基本要求：能够掌握抢答器的工作原理及其设计方法。3、主要参考资料；1阎石.数字电子技术基础
2、（第五版）.高等教育出版社.20052许小军.数字电子技术试验与课程设计指导.东南大学出版社.南京.20073关于protel和Proteus的网络资料。4 电子发烧友等网站关于74ls191等芯片的介绍。完成期限：自2010 年 9 月 27 日至 2010 年 10 月 16 日指导教师： 丁超 教研室主任：一、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。二、设计任务与要求抢答器同时供15名选手或15个代表队比赛,设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选
3、手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。 当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。参赛选手在设定的时间内进行抢答，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的时间，并保持到主持人将系统清除为止。如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，定时显示器上显示00。三、设计方案论证、选择方案一、选用单片机如51系列、PIC系列、AVR系列等作为主控单元，在单片机最小系统的基础上，I/O口外接矩阵键盘、数码管或显示更多信息的液晶屏（1602、12864等）；只需编写一段简单的程序即可实现十五路抢答
4、器。方案二、选用中规模集成芯片组合成十五路抢答器。选用74LS148、74LS48、74LS191、74LS279、74LS74、74LS00、NE555。方案一虽然外围电路简单，可扩展功能较多，如使用凌阳单片机自带的语音功能可实现录音、放音，更显智能化；但是其造价相对较高。而方案二虽然电路相对复杂，连线较多；但是使用简单元件实现了复杂的功能，而且造价低廉，更有实用价值。所以我们选择方案二。四、抢答器整体框图 图1 抢答器组成框图五、各单元电路设计 本部分电路主要包括优先编码电路74LS148、锁存器74LS279，74ls48 显示电路 主要功能：抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的
5、先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。选用优先编码74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如下图所示。其工作原理是：当主持人控制开关处于“清除”位置时，RS触发器的 端为低电平，输出端（4Q1Q）全部为低电平，于是74LS48的BI=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作，当主持人开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端S1S15输入信号，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输Y2Y1Y0=0
6、10，YEX=0，经RS锁存器后，CTR=1，BI=1，74LS279处于工作状态4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其他按键的输入。当按下的键松开后，74LS148的YEX为高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其他按键的输入信号不会被吸收，这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。（1）、优先编码电路根据要求，用两片优先编码器74LS148级连组成。
7、由74LS148的功能表可以看出当高位片处于工作状态且没有输入时，Y2,Y1, Y0, YEX都是1，Y S为0 ，低位片也处于工作状态。当高位片有输入时，YS=1 =ST，所以低位片处于封锁状态，同时两片的输出YS=1，高位片YEX为0，低位片的YEX为1。当低位片用输入时，高位片的YS=0，低位片的YS=1，高位片YEX为1，低位片的YEX为0。由 ZYEX=YEX1YEX2 Z0=Y01Y02 Z1=Y11Y12 Z2=Y21Y22 Z3= 可以得到当ST=0时，即74LS148处于工作状态时，不论是低位片还用高位片有输入时，ZYEX都为0，当没有输入时，ZYEX为1。当高位片有输入时，
8、Z3为0，当低位片有输入时，Z3为1，当ST为1时，74LS148处于禁止工作状态，Z3为1。表1 74LS148功能表输入输出STS0S1S2S3S4S5S6S7Y2Y1Y0YEXYS111111011111111111100011111111110100111111110010011111101010011111000100111011010011010010010010100000012、 （2）、锁存电路RS触发器的端为低电平，由于74LS148没有输入，都为1，所以输出端（4Q1Q）全部为0。当74LS148有输入，相应的为0，所对应的输出端变为1，当输入退出时，重新变为1，而对应的
9、输出端保持1不变，实现了锁存的功能。 表2 锁存器74LS279真值表输入输出Q11Q0011 10000 表3.1.3.2 锁存器74LS279真值表当ZYEX为0时，Q的输出为1， Q=ST=1，所以令74LS148处于禁止工作状态，使其他按键的输入信号不会被吸收，这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关S，使抢答电路复位（即令=0），以便进行下一轮抢答。 （3）、4位二进制/BCD码变换电路由全加器74LS283与门电路组成，由于用15路选择，4位二进制数表示的十进制数的范围为015，其8421BCD码需用5位二进制数表示，它们之间的对
10、应关系如下表二进制数BCD码Z3Z2Z1Z0D10D03D02D01D000000000000100010000120010000103001100011401000010050101001016011000110701110011181000010009100101001101010100001110111000112110010010131101100111411101010015111110101表3.1.3.3 4位二进制/BCD码变换电路真值表（4）、定时电路 1、计数器的时钟脉冲由秒脉冲产生电路提供。555构成的多谐振荡器作为秒脉冲发生器图 2 秒脉冲产生电路 电路的振荡周期和频率
11、计算如下 取=15K, =68K, C=10uF，可得振荡频率为所以, T=1s （5）、 74LS191构成的三十进制递减计数器74LS191是四位二进制异步加/减计数器，具有直接清零，置数，加/减计数功能。由74LS191构成的三十进制递减计数器的电路原理图如下所示。低位片的TC借位信号接到74ls74的输入端，输出低电平脉冲信号RCO接高位的cp端。从功能表和时序图可以得到三十进制递减计数器的工作原理：预置数为N=(0011 0000)8421 BCD=(30)10 只有当低位RCO端发出短脉冲时，高位片计数器才作减计数，当高，低位计数器处于全零，且CPD为0时，高位片TC端发出借位脉冲
12、。当LD为电低平时，计数器完成并行置数。 当高位和低位的同时发生借位是，即计数到“00”状态时，两个计数器借位信号TC1与TC2同时高电平，将两个高电平接到74ls00上，产生一个低脉冲信号，将此信号接到555的控制端4管脚上，555停止工作，此时74ls191停止计数。 图3 减法计数器电路（6）、控制电路 1) 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入正常抢答工作状态。 2) 当参赛选手按动抢答键时，抢答电路和定时电路停止工作。3) 当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。根据上面的功能要求设计的时序控制电路如下图所示。图中，开关sw1
13、的作用是控制时钟信号CP的产生，同时控制74LS148的输入使能端ST。工作原理是：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时， 74LS279的输出CTR=0，则从555输出端来的时钟信号CP能够加到74LS191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， 74ls00输出为高电平，使74LS148和74ls279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，74ls279的4管脚1q输出为高电平，1q接到低位74ls191的使能端，是计数器停止工作，定时器处于保持工作状态；同时，1q接到74LS148的输入使能端，使74ls148处
14、于禁止工作状态，从而实现功能（2）的要求。当定时时间到时，来自74LS191的TC1=TC2=0，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答，同时555停止工作，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能（3）的要求。七、部分电路原理图 图4 智力竞赛抢答器电路九、总结与心得经过本课程设计，我对数字电子的应用有了进一步的认识，并能熟练掌握本实验所要求的知识，而且能综合运用，设计出简单的应用电路。熟悉了电路的制作流程，包括原理图设计、软件仿真、生成PCB印刷电路图、使用万能板焊接成实用电路。大大地提高了我的动手能力以及分析问题的能力。 这次课程设计，让我学到了很多我们专业的知识，锻炼的我的专业能力，使我对自己的专业有了更充分的了解，也增加了我对自己专业的兴趣。附录一：部分元件清单74LS191 2片 NE555 1片74LS48 4片 74LS279 1片74LS148 1片 74LS00 1片74LS74 1片发光二极管 数码管4个电阻 1k欧姆 10k欧姆电容 10uf 0.1uf
