六人抢答器课程设计.docx
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六人抢答器课程设计.docx
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六人抢答器课程设计
1功能介绍………………………………………………………….2
1.1主要功能介绍…………………………………………….….2
1.2扩展功能介绍…………………………………………….….2
2总体方案设计………………………………………………….....3
3单元模块设计………………………………………………….....4
3.1抢答器控制端电路功能介绍……………………………….4
3.2定时时间电路…………………………………………….…6
3.3控制电路………………………………………..…………..7
3.4报警电路…………………………………………………....7
4主要芯片介绍……………………………………….…………8
4.1优先编码器74LS148………………………………..…..8
4.2计数器74LS192……………………………………....….10
5六人抢答器仿真……………………………………………..…11
6系统调试…………………………………………..................15
7电路原理图………………………………………....................16
8元件清单…………………………………………....................17
9参考文献……………………………………………………......17
课题题目:
六人抢答器
1功能介绍
1.1主要功能介绍
1)有多路抢答,抢答台数为6;
2)具有抢答开始后20秒倒计时,20秒倒计时后无人抢答显示超时,并报警:
3)能显示超前抢答台号并显示犯规报警:
2、系统复位后进入抢答状态,当有一路抢答按键按下,该路抢答信号将其余各路抢答信号封锁,同时铃声想起,直至该路按键松开,显示牌显示该路抢答台号。
1.2扩展功能介绍
(1)抢答器具有定时抢答的功能,且一次抢答的时间为20秒。
当节目主持人启动“开始”键后,要求定时器立即减计时,并用显示器显示。
(2)参加选手在未开始抢答时按下抢答键,则犯规。
显示器上显示选手的编号,并报警。
(3)参加选手在设定的时间内抢答,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,并保持到主持人将系统清零为止。
(4)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。
2总体方案设计
设计要求
(1)主持人有开始键和复位键,按下开始键后才能开始抢答,否则犯规。
(2)用数码管显示,正常抢答后显示抢到的队号,有铃声响起,如果犯规则显示队号,并报警。
(3)如果20秒内没有抢答,则说明该题超时作废。
(4)复位键用于恢复犯规或超时状态
如图1所示为总体方框图。
其工作原理为:
接通电源后,主持人将开关拨到"清零"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。
选手在定时时间内抢答时,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1
3单元模块设计
3.1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74LS148,74LS48,LED数码管和锁存器74LS279来完成。
该电路主要完成两个功能:
一是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,
其按键操作无效。
工作过程:
开关从左到右,分别是1,2,3,4,5,6,7.7是控制清零端,当7断开(清零)时,如果1到6开关有闭合的,数码管会显示闭合开关的编号;当7闭合时,抢答器处于工作状态,当有选手将抢答按键按下时(如按下1),74LS148的输出经74LS48译码器接到七段显示电路处于工作状态,1Q2Q3Q=001,经译码显示为“2”。
此外,4Q=1,使74LS148优先编码工作标志端(图中5号端)=1,处于禁止状态,封锁其他按键的输入。
当按键松开时,此时由于4Q仍为1,使优先编码工作标志端为1,所以74LS148仍处于禁止状态,确保不会出二次按键时输入信号,保证了抢答者的优先性。
如有再次抢答需由主持人将7开关重新置“清零”然后才可能进行。
图2
3.2定时时间电路功能介绍
该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制可逆计数器74LS192、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。
具体电路如图3所示。
两块74LS192实现减法计数,通过译码电路74LS48显示到数码管上,其时钟信号由时钟产生电路提供。
74192的预置数控制端由主持人控制实现预置数,当主持人端为低电平时,74ls192置数;当主持人端为高电平时,电路开始倒计时。
当有人抢答时,停止计数并显示此时的倒计时时间;如果没有人抢答,且倒计时时间到时,输出低电平到时序控制电路,之后选手抢答无效,并报警。
图3
3.3控制电路
具体电路如图3所示的控制部分和报警部分。
倒计时部分的控制电路
由555芯片构成多谐振荡电路,74ls192的TCD端经反相器的输出信号与555的输出信号相或,输出的信号再与74ls148的15号管脚的输出信号或非。
当TCD端经反相器的输出信号和74ls148的15号管脚的输出信号都为低电平时,74ls192的输入脉冲根据555的输出信号变化;当TCD端经反相器的输出信号和74ls148的15号管脚的输出信号都为高电平时,74ls192的输入脉冲被锁定在低电平,由于74ls192是由上升沿触发,当为低电平时,电路停止工作。
抢答部分的控制电路
抢答部分的控制电路由两个输入信号组成,一是74ls279的4Q端输出信号,二是74ls192的TCD端经反相器的输出信号。
两个信号中,只要有一个信号为高电平,电路就停止工作。
当倒计时到零还没人抢答时,74ls192的TCD端输出一个电平,经反相后,为高电平,电路停止工作。
当倒计时还没到零时,有人抢答,74ls279的4Q端输出高电平信号,电路停止工作。
3.4报警电路
由555芯片构成输出一定频率的多谐振荡电路,555芯片的4号管脚作为控制端,当4号管脚为高电平时,蜂鸣器发出声音;当4号管脚为高电平时,蜂鸣器不发声。
主持人端的输出信号与74LS148的15号管脚输出端信号相或非再与74ls192的TCD端经反相器的输出信号相或。
当倒计时到零还没人抢答时,74ls192的TCD端输出一个电平,经反相后,为高电平,输入555的4号管脚,蜂鸣器发声;当主持人端还没开始,有人抢答,0或非0为1,高电平使蜂鸣器发声。
4主要芯片介绍
4.1优先编码器74LS148
74LS148为8线-3线优先编码器,表4.1.1为其真值表,表4.1.2为其功能表,图4.1.1为其管脚图。
74LS148管脚图
表4.1.274LS1488线—3线二进制编码器真值表
74LS148工作原理如下:
该编码器有8个信号输入端,3个二进制码输出端。
此外,电路还设置了输入使能端EI,输出使能端EO和优先编码工作状态标志GS。
当EI=0时,编码器工作;而当EI=1时,则不论8个输入端为何种状态,3个输出端均为高电平,且优先标志端和输出使能端均为高电平,编码器处于非工作状态。
这种情况被称为输入低电平有效,输出也为低电来有效的情况。
当EI为0,且至少有一个输入端有编码请求信号(逻辑0)时,优先编码工作状态标志GS为0。
表明编码器处于工作状态,否则为1。
由功能表可知,在8个输入端均无低电平输入信号和只有输入0端(优先级别最低位)有低电平输入时,A2A1A0均为111,出现了输入条件不同而输出代码相同的情况,这可由GS的状态加以区别,当GS=1时,表示8个输入端均无低电平输入,此时A2A1A0=111为非编码输出;GS=0时,A2A1A0=111表示响应输入0端为低电平时的输出代码(编码输出)。
EO只有在EI为0,且所有输入端都为1时,输出为0,它可与另一片同样器
件的EI连接,以便组成更多输入端的优先编码器。
从功能表不难看出,输入优先级别的次为7,6,……,0。
输入有效信号为低电平,当某一输入端有低电平输入,且比它优先级别高的输入端无低电平输入时,输出端才输出相对应的输入端的代码。
例如5为0。
且优先级别比它高的输入6和输入7均为1时,输出代码为010,这就是优先编码器的工作原理
4.2计数器74LS192
74LS192具有下述功能:
①异步清零:
CR=1,Q3Q2Q1Q0=0000
②异步置数:
CR=0,LD=0,Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0
③保持:
CR=0,LD=1,CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态
④加计数:
CR=0,LD=1,CPU=CP,CPD=1,Q3Q2Q1Q0按加法规律计数
⑤减计数:
CR=0,LD=1,CPU=1,CPD=CP,Q3Q2Q1Q0按减法规律计数
74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。
CPU为加计数时钟输入端,CPD为减计数时钟输入端。
LD为预置输入控制端,异步预置。
CR为复位输入端,高电平有效,异步清除。
CO为进位输出:
1001状态后负脉冲输出
BO为借位输出:
0000状态后负脉冲输出。
图4.3.74LS192管脚引线图
5六人抢答器仿真
按照总体电路图在仿真软件proteus7.5上一一选择芯片并进行连接,然后启动开关观察。
下面,我们对设计出的电路进行proteus7.5仿真。
我们将各部分电路在proteus7.5上连接好后,为各个电阻和电容选取适当值,为各个开关设置好适当的键盘打开数值(例如,为某一开关设为1连接,则启动proteus7.5m仿真按钮后,在键盘上按1则此开关就由断开状态变为连接状态)然后打开proteus7.5的开关,即可根据显示器上显示的数字情况来判断电路设计是否成功。
此图表示:
已开始抢答,但过了13秒后还没人抢答,系统正在倒计时
此图表示:
开始抢答15秒后,第六组抢答到了此题
此图表示:
已开始抢答,但过了20秒后还无人抢答,报警,系统自动停止,无法再抢答,直到主持人重新开始
6、系统调试
抢答电路连接好以后,测试时,发现电路并不稳定。
最初,我以为电路锁存数据是在5号管脚为高电平时,数据才被锁存的。
以这为理论依据,我认为电路不稳定是因为5号管脚在到达高电平时,需要一段时间,由于在这段时间内,74ls279的s端是不确定的,电路不稳定,就是在这段不确定的时间内造成的。
我想了很多办法,使当有人抢答时,缩短5号管脚为高电平的时间,结果电路还是不稳定。
我又仔细的想一想电路的锁存原理,发现我最初的想法是错的,输入信号并不是在5号管脚为高电平时锁存的,而是在当抢答者按下开关弹起时,由于此时无编码输入Y0,Y1,Y2端为高电平,保存了输入的编号。
后来我在输入端加上电阻,电路就变稳定了。
最初,我以为当74ls192的减法计数到0时就输出低电平,所以我用两片74ls192的TCD输出端或非后的输出信号来控制输入脉冲,倒计时电路连接好以后,测试时,发现到00时,电路并不停止,仍从99开始,后来我发现,低电平的输出并不是在0时,而是在0变为9时,所以只需用第二片74ls192的TCD输出端控制输入脉冲,我还发现,由于74ls192是上升沿触发,用来控制输入脉冲的信号,必须使脉冲变为低电平。
7、电路原理图
8、元件清单
六人抢答器元器件表
序号
元器件名称
型号参数
数量
备注
1
8-3优先编码器
74LS148
1
2
R-S锁存器
74LS279
1
3
BCD七段显示译码器
74LS48
3
4
十进制同步加/减计数器
74LS192
2
5
共阴极七段数码管
BS201A
3
6
555定时器
CB555
2
7
四-2输入或非门
74LS02
1
8
四-2输入或门
74LS32
1
9
六反相器
74LS04
1
10
电阻
10K
6
11
电阻
15K
3
12
电阻
65K
2
13
电阻
1K
1
14
电容
0.01uF
3
15
电容
10uF
2
16
扬声器
2
17
开关
6
9、参考文献
陈明义.数字电子技术基础.中南大学出版社
陈明义宋学瑞.电工电子实验教程.中南大学出版社
何希才.常用集成电路简明速查手册.国防工业出版社
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- 六人 抢答 课程设计