智能抢答器(21页).doc

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1、-智能抢答器-第 20 页设计任务书学生姓名 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 智能抢答器的设计与实现初始条件： 集成电路：74LSl48，74LS279，74LS48，74LSl92，NE555，74LS00，74LSl21和其它器件等，实现八路定时抢答功能。用蜂鸣器和光电二极管作声光报警器件，工作电源Vcc为+5V。 要求完成的主要任务: 技术要求：1）可同时供8名选手（或代表队）参赛，其编号分别是0到7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应；给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零(编号显示数码管灭灯)和抢答的开始。2）抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开

2、始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其它选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。3）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定(如30秒)。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即进行减计时，并用显示器进行显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间0.5秒左右。4）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时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。5）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，系统进行短暂

3、的报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，定时显示器上显示00。时间安排：1、2014 年 6月 21 日，布置课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。2、2014 年 6月 22 日至2014 年6 月23 日，方案选择和电路设计。3、2014 年 6月 24 日至2014 年6 月26 日，电路调试和设计说明书撰写。4、2014 年 6月 27 日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录摘要3Abstract41 智能抢答器的设计任务和要求52 智能抢答器的设计方案62.1 抢答器的原理框图6总体方案设计63 抢答

4、器的设计电路及原理83.1 抢答电路的设计83.2 定时电路的设计133.3 时序控制电路设计174仿真测试225 小结246 参考文献257 元件清单26摘要多路智能抢答器一种以数字电路技术来实现多人抢答的装置，具有操作简单、性化、能化且公平性高的优点,数字技术是研究数字电路及其在各学科领域应用的一门学科，它的发展与电子器件紧密相关，器件每次的更新换代都极大地促进数字技术飞速的发展。本文的设计与实现是以中小规模集成电路设计多路智能抢答器的方法，它主要与数字电路挂钩，囊括了数字电路的两大电路,组合逻辑电路和时序电路。它是由抢答电路、定时电路、报警电路、时钟脉冲产生电路及电源电路组成。时钟脉冲采

5、用的以555定时器构成的多谐振荡电路产生、定时电路是以74LS192为主要芯片构成的。数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。通过EDA软件Multisim12绘制了电子电路仿真原理图，并进行仿真，同时用万能板焊接制作了硬件实现电路。关键字：抢答电路、定时电路、时序电路、仿真AbstractMultichannel intelligent responder a digital circuit t

6、echnology to realize the people vies to answer first device, has simple operation, sex, can, and the advantage of high fairness, digital technology is the study of digital circuit and its application in the field of a discipline, it is closely related with the development of electronic devices, devi

7、ces with each renewal of greatly promote the development of digital technology. In this paper, based on the design and implementation of small and medium scale integrated circuit design method of multi-channel intelligent responder, which is linked to the digital circuit, includes the two circuits o

8、f digital circuits, combinational logic circuit and sequential circuits. It is made of vies to answer first circuit, timing circuit, alarm circuit, the clock pulse generating circuit and power circuit. Clock used to produce more harmonic oscillation, composed of 555 timing circuit, timing circuit ba

9、sed on 74 ls192 as the main chip. Digital vies to answer first device consists of a main body and extension circuit. Priority coding circuit, latch, decoder circuit will team input signal is output on the display; Start alarm circuit with the control circuit and the host switch, the above two parts

10、the main circuit. Through timing circuit and decoding circuit will second pulse signal output on the display function of timing circuit constitute extension. By EDA software Multisim12 mapped the electronic circuit principle diagram of the simulation, and the simulation, at the same time made the ha

11、rdware realization circuit universal plate welding. Key words: vies to answer first circuit and timing circuits, sequential circuits, the simulation1 智能抢答器的设计任务和要求可同时供8名选手（或代表队）参赛，其编号分别是0到7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应；给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零(编号显示数码管灭灯)和抢答的开始。抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LE

12、D数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其它选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定(如30秒)。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即进行减计时，并用显示器进行显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间0.5秒左右。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时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。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，系统进行短暂的报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，定时显示器上显示0

13、0。本设计选用集成电路：74LSl48，74LS279，74LS47，74LSl92，NE555，74LS00，74LSl23，74LS90和其它器件等，实现八路定时抢答功能。用蜂鸣器和光电二极管作声光报警器件，工作电源Vcc为+5V。 2 智能抢答器的设计方案 抢答器的原理框图抢答器基本原理框图如下图所示：抢答七段译码器抢答七段显示器优先编码器八路锁存器抢 答开 关计时器计时七段译码器抢答者按下抢答按钮后，启动锁存电路，锁存最先抢答者抢答成功的状态，并阻止其他选手的抢答。译码显示电路将抢答的结果译码显示出来。清零按钮按下后，电路复位回初始状态后，可以进行下一轮的抢答。八路抢答开关与锁存器相连

14、，使得输入锁存器的直接是各位选手的高低电平，而非BCD码，然后经过优先编码电路、译码电路后显示在LED数码管上；同时，由主持人控制开关以及其他部分的线路通过门电路实现对抢答电路和定时电路的控制；另外，本方案由555定时器构成多谐振荡器产生脉冲信号来提供锁存器及计时器的CP信号。总体方案设计方案一：30秒定时器：可由一片74LS161来实现。当74LS161输出为1111时通过与非门将脉冲信号截止，显示器停留在30上。 抢答器部分：由8位选手的开关及自己根据实际情况用与非门连接成的简单译码器，输出接七段译码器，七段译码器接数字显示器。抢答成功的选手对应的灯亮且数字显示其编号。 时基脉冲选用实验室

15、提供的信号发生器。 报警部分：当计时器计到30时，输出一个高电平使二极管发光且发出报警声。方案二： 30秒定时器：可由两片74LS192构成。当第一片为零即输出1111时通过74LS90将脉冲信号截止，使其显示为00。 抢答器部分：由一74LS148优先编码器实现抢答功能，用74LS279将选手代码锁存直到主持人清零为止，然后用7段译码器显示选手代码。 脉冲产生电路可由一74LS121来产生，提供给定时电路及声响电路。 报警部分：由一NE555定时器来控制，当倒计时为零时产生报警声响。经过分析及研究我决定用第二种方案，因为它对我们比较实际，大部分元器件我们已经学过，而且原理较简单，现在应用到设

16、计中来提高我们对这些元件的记忆，加深对他们的了解，为以后的设计提供了较好的应用。3 抢答器的设计电路及原理3.1 抢答电路的设计抢答电路是整个系统的重要组成部分，是面向选手和观众的。本部分所设计的抢答电路是基于八路按键式数字抢答器所设计的，它可供8名选手或8个代表队参加比赛，并且分别用8个按键开关进行抢答，选手在规定时间内抢答有效。本电路和报警电路、时序电路和定时电路相互配合共同完成功能强大的竞赛抢答功能。该部分用到的芯片有74LS47、74LS279、74LS148，其引脚图和逻辑图如下74LS47的引脚图与逻辑图中规模集成电路74LS47，是一种常用的七段显示译码器，该电路的输出为低电平有

17、效，即输出为0时，对应字段点亮；输出为1时对应字段熄灭。该译码器能够驱动七段显示器显示015共16个数字的字形。输入A3、A2、A1和A0接收4位二进制码，输出Qa、Qb、Qc、Qd、Qe、Qf和Qg分别驱动七段显示器的a、b、c、d、e、f和g段。灯测试输入：当=0时，便可使被驱动数码管的七段同时点亮，以检查该数码管各段能否正常发光。但平时应置于高电平。设置灭灯输入的目的是为了把不希望显示的零灭灯。灭灯输入/灭灯输出具有双功能输入/输出，当作为输入端时，称为灭灯输入端。只要加入灭灯控制信号=0，无论输入端是什么信号，定可将被驱动数码管的各段同时熄灭。当作为输出端使用时称为灭灯输出端。74LS

18、279的引脚图与逻辑图输*入输出 QLLH#LHHHLLHHQO74LS279就是4R-S触发器，每片上有四路R-S触发器。每路R-S触发器有R和S两个输入和一个输出端Q。当S输入低电平（0）时，输出Q为低电平（0）；当S输入高电平（1）时，如果R输入低电平（0），则Q为高电平（1）；当S输入高电平（1）时，如果R输入低电平（1），则Q保持不变。74LS148的引脚图与逻辑图输入输出EI01234567A2A1A0GSEOHXXXXXXXXHHHHHLHHHHHHHHHHHHLLXXXXXXXLLLLLHLXXXXXXLHLLHLHLXXXXXLHHLHLLHLXXXXLHHHLHHLHLXX

19、XLHHHHHLLLHLXXLHHHHHHLHLHLXLHHHHHHHHLLHLLHHHHHHHHHHLH74LS148 8线-3线优先编码器，共有54/74148和54/74LS148两种线路结构型式，将8条数据线（07）进行3线(4-2-1)二进制（八进制）优先编码，即对最高位数据线进行译码。利用选通端（EI）和输出选通端（EO）可进行八进制扩展。抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按按钮的先后，并锁存优先抢答器的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按按钮操作无效。选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成图如图1.1所示。该部分电路的工作原

20、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74LS47的,显示灯灭，74LS148的选通输入端,74LS48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，优先编码器电路和锁存电路处于同时工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端输入信号，当有选手将按钮按下时（如按下S5）,74LS47的输出,经RS锁存后，CTR=1,74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经74LS48译码后，显示器上显示出“5”，此外CTR=1，是74LS148的端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁其他按钮的输入。当按

21、下的按钮松开后，74LS148的但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍然处于禁止工作状态，其他按钮的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者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，主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，一遍进行下一轮的抢答。3.2 定时电路的设计该部分主要由555定时器、十进制同步加/减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和两个7段数码管及相关电路组成。主持人设定抢答器时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供，可预置时间进行倒计时电路选十进制同步可逆，计数器74LS192进行设计，倒计时到零时，定时电路输出低

22、电平有效的“定时到信号 ”。该部分用到的芯片有74LS47、74LS192、74LS90、LM555其引脚图和逻辑图如下74LS192引脚图和逻辑图如下74LS192具有下述功能： 异步清零：CR=1,=0000 异步置数：CR=0,=0,= 保持：CR=0,=1,=1,保持原态 加计数：CR=0,=1,=CP,=1,按加法规律计数。 减计数：CR=0,=1,=1，=CP，按减法规律计数。 （异步级联方式的特点是：用前级计数器的输出作为后级计数器的时钟信号。）用两片74LS192构成的M=100计数器如图2.1.1.1所示。图4-674LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器，为加法计数器时钟

23、输入端，是减计数时钟输入端。为预置输入控制端，异步预置。CR为复位输入端，高电平有效，异步清零。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。74LS90引脚图和逻辑图如下Reset Inputs复位输入输出R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)QDQCQBQAHHLXLLLLHHXLLLLLXXHHHLLHXLXLCOUNTCOUNTCOUNTCOUNTLXLXLXXLXLLX555功能表输入输出阀值输入（VI1）R出发输入（VI2）S复位（Rd）输出（Vo ）放电管T00导通2/3Vcc12/3Vcc01/3Vcc110导通1/3Vcc11不变不变由

24、555 芯片构成多谐振荡电路 ,555 的输出信号再经或门控制显示闪烁。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; 参赛者按键时 ,抢答电路和计时电路停止工作。抢答时间到 ,无人抢答 ,0闪烁 ,抢答电路和计时电路停止工作。由功能表可以看出，要使电路实现倒计时（减法）功能，应使CR=0，PE非=1，CP+=1，CP-=CP。可用CR端接电平开关来控制计时器的工作与否。计时系统高位计数器的借位信号QB，它说明计时电路在3秒，2秒，1秒，0秒倒计时再向9秒转化时向高位借位时给出一个负脉冲经反相器得到一个高电平。这个高电平信号或上方波信号就使显示器闪烁。 为定时电路图 时序控制电路设计时

25、序控制电路是抢答器的关键，它要完成以下三项任务： 主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态； 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； 当设定的抢答时间到时，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；该部分用到的芯片有74LS121、LM555，另外还有74LS08、74LS00、74LS32，将整个电路连接起来74LS121引脚图和逻辑图如下TTL集成器件74LS121是一种不可重复触发的单稳态触发器。关于定时：单稳态电路的定时取决于定时电阻和定时电容的数值。74LS121的定时电容连接在芯片的10、11引脚

26、之间。若输出脉宽较宽，而采用电解电容时，电容C的正极连接在输出端（10脚）。对于定时电阻，使用者可有两种选择： 采用内部定时电阻（2K），此时将9号引脚（）接至电源(14脚)。 采用外接定时电阻（阻值在1.440K之间），此时9脚应悬空，电阻接在11.、14脚之间。74121的输出脉冲宽度。通常R的数值取在230K之间，C的数值取在10pF10uF之间，得到的取值范围可达20ns200ms该式中的R可以是外接电阻，也可以是芯片内部电阻阻值不太（约2K），如希望得到较宽的输出脉冲，一般使用外接电阻。 74LS08引脚图和逻辑图如下74LS08为四2输入与门74LS00引脚图和逻辑图如下74LS0

27、0为四2输入与非门74LS32引脚图和逻辑图如下74LS32为四2输入或门时序控制电路图总电路图如下4 仿真测试1. 开始测试时，闭合开关，数据为初始值。2. 设置定时，将时间设为20秒，抢答开始，进行倒计时，超出规定的时间，如果没有人抢答，则问题作废。3. 如果当倒计时还剩12秒时，5号抢答了，则停止计时，数码管显示编号5。5 小结通过这次设计，我的理论知识掌握得更扎实，动手能力明显提高。同时，通过网上搜索等多方面的查询资料，我学到许多在书本上没有的知识，也认识到理论联系实践的重要。在制作当中遇到了许多以前没遇到的困难。我们利用许多的方法去解决所遇到的问题。在仿真的阶段遇到很多的问题，计时电

28、路不能随抢答而停止，还有就是由于软件的局限在仿真时候没有完成整体电路的调试，这也为最后的实物调试造成了困难。我们一定要具备一定的检查、排除电路故障的能力。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。在有关专业知识方面也有了更多的了解，如：本次设计的电路主要由抢答部分电路，定时部分电路，以及时序控制部分组成。设计主要是用74系列集成芯片来完成的，成本较低，稳定可靠，电路的连接简单，使用方便，功能齐全。我们的设计主要基于74系列集成芯片来完成，在焊接的过程中由于芯片的引脚过多，布线工作不是很方便。有时候还因为某一根线没有接牢，造成电路不稳定，这些都是有待改进的。经过这次课程设计,大

29、大地提高了我的动手能力以及分析问题的能力,从中也学到了很多书面上所没有高清楚的问题.这次课程设计,让我学到了很多有用的知识和能力,这对以后的学习和工作都是非常有益的. 6 参考文献1. 电子线路设计实验测试第三版，谢自美 主编，华中科技大学出版社。2. 新型集成电路的应用电子技术基础课程设计，梁宗善主编，华中科技大学出版社。3. 电子技术基础课程设计，孙梅生等编著，高等教育出版社4. 数字电子技术基础伍时和，吴友宇编，北京：清华大学出版社，2009年7 元件清单序号名称型号数量1SN74121N1274LS1922374LS902474LS1481574LS2791674LS473774LS0

30、81874LS321974LS00110LM555111电阻1k812电阻10k513电阻68k114电容115电解电容10uF216共阳极七段数码管317蜂鸣器1本科生课程设计成绩评定表姓 名 张婷婷性 别 女专业、班级通信1205班课程设计题目：智能抢答器课程设计答辩或质疑记录：1. 展示仿真测试2. 展示实物3. 有选手抢答后，别的选手便不能抢答 当主持人开关拨到“开始”位置时，优先编码器电路和锁存电路处于同时工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端输入信号，当有选手将按钮按下时（如按下S5）,74LS47的输出,经RS锁存后，CTR=1,74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经74LS48译码后，显示器上显示出“5”，此外CTR=1，是74LS148的端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁其他按钮的输入 成绩评定依据：评 分 项 目最高分限实际得分设计说明书（论文）文理通顺、书写工整、图纸整洁。10方案设计合理，有一定创新，计算正确，论证充分。20答辩时态度谦虚有礼。10能够及时正地回答教师所提出的问题。30仿真设计及其运行情况10设计报告规范性20最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 201 年 月 日