三路抢答器课程设计(20页).doc

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1、-目 录1概述11.1任务要求11.2 工作原理21.3电路组成原理框图22系统总体方案设计22.1设计内容22.2控制电路设计32.3锁定器电路设计42.4定时电路设计4 2.4报警及二极管发光提示电路设计53元器件选型73.1 74LS175触发器73.2 NE555定时器83.3 74LS192同步减法计数器103.4 74LS48显示译码器123.5 74LS121单稳态振荡器153.6 电路设计中所用元器件清单164. 心得体会17参考文献18附录19摘要：抢答器几乎是每个娱乐节目的必备工具，抢答器最核心的部分是自锁部分，即当其中任一个选手抢答成功后，其他选手将不能抢答，本设计方案是

2、用三路抢答器的二极管电路和响铃电路提示选手抢答成功，主持人按下开始健，响铃提示抢答开始，并且定时器电路通过段显示器显示抢答倒计时时间。1 概述1.1任务要求设计一台可供3名选手参加比赛的三路抢答器。 用数字显示抢答倒计时间，由“9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器响1秒。选手抢答时，其座位前的指示灯亮，同时蜂鸣器响1秒，倒计时停止。(1)3名选手编号为：1，2，3各有一个对应编号的抢答按钮.(2)给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统的复原和抢答的开始。(3)抢答器具有数据锁存和灯光显示响铃提示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，其前面的指示灯亮，同时扬声器给出音响提

3、示，封锁输入编码电路，使其他选手抢答无效。(4)抢答器具有9秒的抢答时间。当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响，音响持续1秒。参赛选手在设定时间9秒内抢答有效，抢答成功，指示灯亮扬声器响，音响持续1秒，同时定时器停止倒计时，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。(5)如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器报警（音响持续1秒），并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。(6)本设计采用 555定时器产生频率为1Hz的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。1.2 工作原理抢答器

4、的核心设计为抢答模块，抢答模块的主要功能是自锁，即主持人将开关置“开始”状态，宣布开始抢答后，一旦有一个选手首先按下抢答按钮，其他两位选手将无法抢答，同时指示灯亮响铃响，并且开始抢答时间的倒计时，可以用LED数码管把选手的所剩抢答时间显示出来。抢答时间设定9秒，报警响声持续1秒。抢答结束后主持人将开关拨到“复原”状态，抢答器处于禁止状态，定时器显示设定时间(9s). 1.3电路组成原理框图锁存电路抢答按钮触发器发光二极管提示电路主持人控制开关控制电路报警电路脉冲产生电路定时电路译码电路显示电路图2系统总体方案设计2.1设计内容当主持人宣布开始，定时电路开始秒脉冲电路的作用而进行倒记时，并通过译

5、码器在显示器中显示。报警电路给出声音提示。当选手首先按某一开关键时，可通过触发锁存电路被触发并锁存，在输出端产生相应的开关电平信息，同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱，最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。另外本设计中若有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，结果可能是它们中的任一个产生有效输出,设计中采用控制电路、定时器和译码器来显示倒计时时间,使时间控制的更加精准。设计复原键可将LED显示器回到初始值9,主持人按复原键使电路系统还原为下次抢答做准备。2.2控制电路设计抢答器控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：1.主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬

6、声器发声提示抢答开始，抢答电路接通,定时电路进入倒计时状态。2.当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，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。根据上述功能要求，由此设计如图五所示的控制电路。图2.3锁定器电路设计该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁定优先抢答者的编号，同时该选手前面的指示灯亮；二是要使其他选手随后的按键操作无效. 其工作原理为：当主持人控制开关处于“复原”时，D触发器的清零端为低电平，使D触发器被强制清零，输入的抢答信号无效。当主持人将开关拨到“开始”时，D触发器Q非端前一状态为高电平，三个 Q非端

7、与在一起为高电平，再和抢答按键信号和借位信号与在一起给D触发器的脉冲端，当没人抢答时，抢答信号为低电平，与门输出端为低电平给D触发器脉冲端，当一有人抢答时，抢答信号为高电平，并和U2的输出信号和借位信号与在一起，使得U3输出端为高电平给D触发器，于是D触发器就有一个上升沿，使得相对应的二极管导通。另外，当选手松开按键后，D触发器的Q非前一状态为低电平，与在一起后给与门U3,使得U3的输出端为低电平给D触发器，则D触发器的脉冲输入端恢复原来状态，从而使得其他选手按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性及抢答电路的准确性。当选手回答完毕，主持人控制开关S是抢答电路复位，以便进行下一轮抢答

8、。电路设计如下: 图2.4定时电路设计主持人通过按开始健时抢答倒计时开始。定时为9秒，这需要把74LS192对应的9，10，1，15四个端子预置为“1001”,计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路NE555提供。当开始开关按下时，给74ls192一个高电平，从而开始倒计时，每来一个脉冲信号进行减计数一次。当有选手抢答或借位信号时，就使得74ls192的输入脉冲变成低电平，从而实现倒计时的停止。再按复位键时，倒计时回到初始值9s为再一次倒计时做准备。设计电图如下：图2.报警及二极管发光提示电路设计由74ls121和响铃构成报警电路，其中A1的脉冲输入端是由复位信号和Q非的与信号和借位信号与在一起来提供的

9、。当其中一个信号为低电平时，使得A1得到一个下降沿脉冲，从而使A1的Q端输出一个宽度为一秒的高电平，那么蜂鸣器就会响一秒。反之，电路停振，蜂鸣器不响。有选手抢答时蜂鸣器响一秒，无选手抢答时蜂鸣器响一秒。当有选手抢答时U1的Q1、Q2、Q3其中一端输出高电平，发光二极管导通。设计电路如下所示：图图3元器件选型3.1 控制电路中元器件的选择 图74LS175外引线排列图图74LS175逻辑图输 入输 出 MR CP1D2D3D1Q2Q3QLLLLH1D2D3D1D2D3DHH保 持HL保 持表74LS175的功能表通过对以上逻辑图和功能表的分析可知当主持人控制开关处于“复原”时，74LS175触发

10、器的MR端为低电平，使D触发器被强制清零，输入的抢答信号无效。当主持人将开关拨到“开始”时，D触发器Q非端前一状态为高电平，三个Q非端与在一起为高电平，再和抢答按键信号和借位信号与在一起返还给D触发器的脉冲端，当没人抢答时，抢答信号为低电平，与门输出端为低电平返还给D触发器脉冲端，当一有人抢答时，抢答信号为高电平，并和U2的输出信号和借位信号与在一起，使得U3输出端为高电平给D触发器，于是D触发器就有一个上升沿，使得相对应的二极管导通。另外，当选手松开按键后，D触发器的Q非前一状态为低电平，与在一起后给与门U3,使得U3的输出端为低电平给D触发器，则D触发器的脉冲输入端恢复原来状态，从而使得其

11、他选手按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性及抢答电路的准确性，达到了设计中自锁的功能要求。3.2 NE555定时器图 秒脉冲NE55逻辑图 图秒脉冲电路555管脚图和内部构造图表555定时器功能表DU11U12QU0T0XXXXX0导通1UR1UR20100导通1UR1 UR21011截至1UR1UR211保持保持保持在正常工作的情况下，电路的输入信号端接入高电平信号时电容上的电压Uc=0，U11UR1，U12UR2，555定时器内部比较器输出电压都是高电平，基本RS触发器处在“保持”状态，若Q=0，则三机管T导通，电路保持输出低电平状态，D是直接复位键，当D为低电平时，不管其他

12、输入端的状态如何，输出端都为低电平。555定时器正常工作时D=1。3.3 74LS192同步减法计数器 图74LS192同步减法计数器外引线排列图图74LS192同步减法计数器逻辑符号表减法计数器状态表计数脉冲数二进制数十进制数Q3 Q2 Q1 Q001 0 0 1911 0 0 0820 1 1 1730 1 1 0640 1 0 1550 1 0 0460 0 1 1370 0 1 0280 0 0 1190 0 0 003.4 74LS48显示译码器图74LS48显示译码器逻辑图图74LS48显示译码器方框图图74LS48显示译码器符号图表74LS48显示译码器真值表输入/输出显示字符

13、D C B AYa Yb Yc Yd Ye Yf Yg1 1 0 0 0 011 1 1 1 1 1 001 X 0 0 0 110 1 1 0 0 0 011 X 0 0 1 011 1 0 1 1 0 121 X 0 0 1 111 1 1 1 0 0 131 X 0 1 0 010 1 1 0 0 1 141 X 0 1 0 111 0 1 1 0 1 151 X 0 1 1 010 0 1 1 1 1 161 X 0 1 1 111 1 1 0 0 0 071 X 1 0 0 011 1 1 1 1 1 181 X 1 0 0 111 1 1 0 0 1 191 X 1 0 1 010

14、 0 0 1 1 0 1 乱码1 X 1 0 1 110 0 1 1 0 0 1乱码1 X 1 1 0 010 1 1 0 0 1 1乱码1 X 1 1 0 111 0 0 1 0 1 1乱码1 X 1 1 1 010 0 0 1 1 1 1乱码1 X 1 1 1 110 1 1 0 0 0 0乱码X X X X X X 00 0 0 0 0 0 081 0 0 0 0 000 0 0 0 0 0 00 X X X X X11 1 1 1 1 1 1在灯测试输入端和动态灭零输入端都接无效电平（即1）时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符，除DCB

15、A=0000外也可以接低电平，当/输入低电平信号时，无论其它输入端时什么信号，输出全部为0，/作为输出端，端输入低电平信号时，输出全部为1，可以判断是否有损坏的字段。当端输入高电平信号，端输入低电平信号时，若DBCA=0000，输出全部为零，显示器熄灭，无显示功能。3.5 74LS121单稳态振荡器图74LS121单稳态振荡器方框图图74LS121单稳态振荡器符号图表74LS121单稳态振荡器功能表由报警电路可以看出A1的脉冲输入端是由复位信号和Q非的与信号和借位信号与在一起来提供的。所以当其中一个信号为低电平时，使得A1得到一个下降沿脉冲，因为NE555定时器产生的信号频率为1HZ从而使A1

16、的Q端输出一个时间长为一秒的高电平信号，那么蜂鸣器就会响一秒。反之，电路停振，蜂鸣器不响。3.6 电路设计中所用元器件清单表3-6序号元器件型号名称件数备注1Vcc35V稳压源2二极管5普通二极管3发光二极管3发光二极管4开光按钮4双向574LS1751D触发器674LS114三脚与门774LS211四脚与门8NE5551连接成多谐振荡与秒时钟脉冲974LS1921同步减法计数器1074LS481译码器1174LS1211单稳态振荡器12七段显示器1共阴极13电容3普通电容14电阻11普通电阻15响铃1普通表4. 心得体会这次电子设计实习多我来说真的算是一个小小的挑战了，一是邻近学期结束复习任

17、务比较重，感觉时间很紧张，二是数电方面的知识掌握得太少，设计电路时难免就捉襟见肘了，三是这时我们大学以来第一次带有答辩形式的实习，在论文设计时格式方面有些可能顾及不到，四是用protel作图，以前从来没接触过这种作图工具，所以一切都是自己一步步摸索，就电路设计和画图就占去很大一部分时间。但就是这次挑战让我学会一种新的画图方法和答辩论文的格式要求，可以在以后设计毕业论文时轻松一些，而且让我结合课本所学知识对74LS型触发器、同步减法计数器、单稳态振荡器和NE555定时器的功能有了一定的了解，也算是帮助我复习和加深了对电子技术课程数电部分的了解，另外感触最大的就是觉得电子技术中所学的知识真的很实用，通过设计一些电路就能让我们的生活有更多的乐趣，为人们带来很多的便利，我觉得我有必要更加认真地对待这门学科，希望以后可以真正的自己动手设计出一些实用性强的东西。参考文献：1.何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月2.姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月3 王澄非，电路与数学逻辑设计实践，东南大学出版社，年月李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，年月康华光，电子技术基础，高教出版社，-第 18 页-