1、電子信息工程學(xué)院電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告八 路 搶 答 器姓 名： 專 業(yè)： _ _班 級： _ 學(xué) 號：_ _ 同組人： 指導(dǎo)教師： _ 學(xué)校：西華大學(xué)日期： 摘 要本設(shè)計(jì)是一個(gè)八路競賽搶答器，采用中小規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)。電路包括以下幾部分：搶答判別部分、顯示部分、時(shí)序控制部分、定時(shí)部分和報(bào)警部分、主持人部分及時(shí)間設(shè)定部分。電路選用優(yōu)先編碼74LS148、鎖存器74LS279、74LS48譯碼器和一個(gè)七段數(shù)碼管組成的搶答顯示電路；定時(shí)顯示主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路和兩個(gè)4段數(shù)碼管等相關(guān)電路組成；由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路。接通電源后，主持人將

2、開關(guān)撥到清零狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開關(guān)置“開始”狀態(tài)，宣布開始搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：編號鎖存、優(yōu)先判斷、編號顯示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作清除和開始狀態(tài)開關(guān)。 通過課程設(shè)計(jì)提高和鞏固了所學(xué)的專業(yè)知識，以及知識的綜合應(yīng)用和焊接技術(shù)。第一章 設(shè)計(jì)要求1.1基本要求1給定的主要器件：74LS148 74LS279 74LS48 74LS

3、192 NE555 74LS00 發(fā)光二極管 共陰極顯示器 74LS121 2. 功能要求：設(shè)計(jì)一個(gè)競賽搶答器，可同時(shí)共 7 名選手參加比賽，并具有定時(shí)搶答功能。具體功能要求如下： 基本功能： （1） 選手每人一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應(yīng)。（2） 搶答器具有優(yōu)先搶答功能，先按按鈕的選手編號與選手的編號相同。（3） 主持人有控制開關(guān)，可以手動(dòng)清零復(fù)位。（4） 搶答器具有定時(shí)搶答功能，主持人可以設(shè)定搶答時(shí)間，搶答開始定時(shí)器減計(jì)數(shù)，并有數(shù)碼顯示，同時(shí)有嘟嘟的提示音（時(shí)間為0.5s）。（5） 選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答，搶答有效。超出設(shè)定時(shí)間，本次搶答無效。搶答器報(bào)警并封鎖，顯示器顯示“00

4、”。1.2提高要求 1、熟悉和掌握PROTEL99SE和Proteus軟件的常用命令和使用方法。 2、熟悉和掌握數(shù)模電相關(guān)基礎(chǔ)理論知識，并掌握常用集成電路的引腳、功能和應(yīng)用。 3、要求使用PROTEL99SE軟件設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的電路原理圖并繪制出PCB圖，該系統(tǒng)電路應(yīng)該包含以下硬件功能模塊的設(shè)計(jì)： （1）搶答部分 （2）計(jì)時(shí)部分 （3）報(bào)警部分。 4、使用Proteus軟件對該系統(tǒng)進(jìn)行仿真調(diào)試，直至完全調(diào)試正確為止，并給出調(diào)試結(jié)果。第二章 系統(tǒng)的組成及工作原理2.1系統(tǒng)的組成框圖： 圖1 搶答器的系統(tǒng)組成框圖2.2系統(tǒng)的工作原理： 如圖1所示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

5、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，同時(shí)封鎖輸入電路，其他選手搶答無效。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能以及報(bào)警功能。圖2.2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，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；（2）揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響；（3）控制電路對其余

6、輸入編碼進(jìn)行封鎖，禁止其他選手進(jìn)行搶答；（4）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)3.1.3 方案三 本方案的設(shè)計(jì)框圖如圖1，先對輸入信號優(yōu)先編碼再鎖存后輸出顯示，主要控制優(yōu)先編碼74LS148選通輸入端ST非來控制正常搶答。3.2單元電路設(shè)計(jì)3.2.1搶答電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)電路如圖所示，電路選用優(yōu)先編碼74LS148、鎖存器74LS279、74LS48譯碼和一個(gè)七段數(shù)碼管組成的搶答顯

7、示電路；該電路主要完成兩個(gè)功能：一是分辨出選手按鍵的先后，同時(shí)譯碼顯示編號（顯示采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼管顯示）；二是禁止其他選手按鍵輸入，按鍵無效。開關(guān)SW1置于“清除”端時(shí)，鎖存器的LE端輸入為“1”時(shí)，停止工作。開關(guān)SW1置于“開始”端時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，鎖存器74LS373的LE端輸入為“0”時(shí)，當(dāng)選手搶答按鍵時(shí)，LE端變?yōu)椤?”并鎖存，再經(jīng)編碼譯碼，最后顯示。若進(jìn)行下一輪搶答則需主持人重新將開關(guān)SW1置于“清除”端后置“開始”才可。圖3.2.1 搶答電路其工作原理是：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（4Q1Q）全部為低電平。于是74LS48的BI=

8、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，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

9、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仍不會被接受。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。3.2.2定時(shí)電路的設(shè)計(jì)74LS48的7，6，2，3引腳接受來自74LS192的輸出信號并把它譯碼 顯示在數(shù)碼管上。74LS192的9，10，11，15引腳完成時(shí)間設(shè)定功能，本設(shè)計(jì)要求定時(shí)30秒，所以把左邊的芯片的1，15引腳接高電位，期于的全接低位，使的初始時(shí)間設(shè)定為30秒。555芯片完成產(chǎn)生秒脈沖的功能。工作過程為：搶答開始

10、前，74LS192的置數(shù)端為低電位，處于初始狀態(tài)，數(shù)碼管顯示為30，5引腳接高電位。搶答開始后，秒脈沖沖推動(dòng)右邊的芯片開始倒記時(shí)，同時(shí)右邊芯片產(chǎn)生的信號做為左邊芯片的CP信號推動(dòng)左邊的芯片倒記時(shí)，完成十進(jìn)制的倒記時(shí)功能。當(dāng)有人搶答后1Q的輸出為1，經(jīng)過非門后變?yōu)?，通過與門屏蔽了秒信號，停止記時(shí)，完成顯示搶答時(shí)間的功能。當(dāng)記到了30秒時(shí)，左邊的芯片產(chǎn)生的定時(shí)到信號輸出為低電位，也屏蔽了秒信號，使得數(shù)碼管顯示為00。 圖3.2 .2 定時(shí)電路3.2.3報(bào)警電路的設(shè)計(jì)由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖3-3所示：圖3.2.3 報(bào)警電路其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率為：f0=1/(R1+2

11、R2)*C*ln2=1.43/(R1+2R2)*C其輸出信號經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器。PR為控制信號，當(dāng)PR為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停振不再工作。3.2.4時(shí)序電路的設(shè)計(jì)時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能： 主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)，當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。根據(jù)上面的功能要求以及圖3.2.1和圖3.2.2，設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如圖3.2.4所示：圖3.2.4圖3.2.4(左) 為搶答與定時(shí)電路的

12、時(shí)序控制電路圖3.2.4(右) 為報(bào)警電路的時(shí)序控制電路圖中，門G1的作用是控制時(shí)鐘信號CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸入使能端ST。圖3-4（左）的工作原理是：主持人控制開關(guān)從“清零”位置撥到“開始”位置時(shí)，來自于圖3-1中的74LS279的輸出CTR=0，經(jīng)G3反相，A=1，則從555輸出端來的時(shí)鐘信號CP能夠加到74LS192的CPD時(shí)鐘輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，來自于圖3-2的74LS192的借位輸出端BO2=1，門G2的輸出ST=0，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求；當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，CTR=1，經(jīng)G3反相

13、，A=0，封鎖CP信號，定時(shí)器處于保持狀態(tài)，門G2的輸出ST=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求；當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，來自于圖3-2的74LS192的借位輸出端BO2=0，門G2的輸出ST=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答，門G1同時(shí)處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖CP信號，使定時(shí)電路為00狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求，74LS121用于控制報(bào)警電路及發(fā)聲的時(shí)間。第四章 仿真附錄一：元件清單序號類型數(shù)量174LS279（RS鎖存器）1274LS48（4線7段譯碼驅(qū)動(dòng)器）3374LS148（8線3線優(yōu)先編碼器）1474LS192（十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器）2574LS121（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）1674LS00（二輸入與非門）2774LS20（四輸入與非門）28NE55529晶體管3DG130110七段數(shù)碼管（共陰極）111B鍵（觸發(fā)開關(guān)）912發(fā)光二極管113揚(yáng)聲器114B鍵（輸