智力竞赛抢答器毕业设计说明书.pdf

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1、 1/50 目目 录录 摘 要.0 第 1 章 引 言.1 1.1 设计概述.1 1.2 设计目标与意义.1 1.3 章节安排.2 第 2 章 方案论证与选型.4 2.1 设计任务分析.4 2.2 方案论证与选择.5 2.2.1 方案一.5 2.2.2 方案二.6 2.2.3 方案三.6 2.2.4 方案四.7 2.3 方案确定.7 第 3 章 电路设计.8 3.1 原理分析.8 3.2 抢答器电路总体框图.8 3.3 抢答电路分析介绍.9 3.3.1 编码部分.10 3.3.2 锁存部分.12 3.3.3 译码显示部分.14 3.3.4 控制部分.16 3.4 定时电路分析介绍.18 3.4

2、.1 脉冲部分.19 3.4.2 减计时部分.22 3.5 报警电路分析介绍.23 3.5.1 报警控制部分.24 3.5.2 蜂鸣器报警部分.27 3.6 总原理图.28 第 4 章 产品调试.29 4.1 调试的设备.29 4.2 调试步骤.29 4.3 调试技巧.30 4.4 故障分析.30 第 5 章 产品使用说明.31 5.1 功能描述.31 5.1.1 抢答.32 5.1.2 倒计时.33 5.1.3 复位.34 2/50 5.2 使用说明.35 5.2.1 产品使用和保存的注意事项.35 第 6 章 心得体会.37 致 谢.39 参 考 文 献.40 附 录.41 0/50 摘摘

3、 要要 本次设计课题要求是六路抢答器，包括抢答台号显示、倒计时显示以及抢答倒计时停止、最后三秒蜂鸣器报警、主持人复位。适用于各种活动，功能齐全，实现要求贴近生活，适用范围广。如果要实现抢答功能，方式很多比如单片机、硬件电路设计等等。他们都可以实现多路抢答功能。为了加深对数字电子技术课程理论知识的理解，有效的提高动手能力，独立 分析问题、解决问题的能力，协调能力和创造性思维能力，树立严谨的科学作风，培养综合运用理论知识解决实际问题的能力，现设计一个用数字电路设计的六路 抢答器，以 74LS192、74LS48、74LS148、74LS04、74LS20、74LS4078、74LS279、74LS

4、00、555 为核心的集成块设计电路，使其具有抢答快、功能齐全、应用广、实用性强的特点。关键字：抢答器 电路 集成块 显示器 设计 硬件 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 1 第第 1 1 章章 引引 言言 1.11.1 设计概述设计概述 时代不断进步，技术不断发展，科技创新日新月异。抢答器作为生活工具出现在各种场合，知识竞赛现场、影视综艺、辩论赛、不断方便人们的生活。抢答器的主要功能是抢答，抢答的差别在于精度以及各种附加功能比如报警、显示台号、倒计时秒数等等。但是如果由全硬件构成的智力竞赛抢答器投入使用，经常使用会面对硬件的磨损的问题。长时间的存放也会使电子器件损坏。即使抢答器的价格

5、低廉，企业无需担忧，但是长期购置也会增加企业成本和。如果活动开展时间紧凑还会增加时间成本。针对这些问题设计了本抢答器。本抢答器器由四部分功能构成，包括有抢答器台号显示电路、倒计时显示电路、蜂鸣器发光二极管报警电路、主持人控制电路。起先通过自己的构思、查询资料、确定大概的设计思维，将设计不断理论推敲最后定图，然后焊接、安装、调试、成品出炉。最后整理故障、总结课题设计的收获。抢答器作为一个日常生活中使用率极高的产品，成本低，功能强，降低了活动中可能出现的客观因素，提高了正确率，保证了公平率。这次设计的是六路抢答器，主持人复位选手开始抢答 30 秒倒计时开始，选手抢答，显示器显示台号，倒计时停止，其

6、他选手无法抢答。新一轮抢答开始，主持人复位，30 秒倒计时开始，当无人抢答时，倒计时持续，最后三秒时蜂鸣器报警。运用模拟电路和数字电路的相关知识，将各种原件组装，实现上述的功能，这次课题的设计不仅仅是大学知识的总结，更是对自我的定位和认清，不仅仅需要自己对理论知识的了解，还需要自己扩展的思维和动手能力，养成一个做事有准备，做事有担当，有想法的设计师。除了自己的独立，还要与组员建立合作，互相帮助，互相讨论，大家一起创新创造，将想法与现实融合，丰富设计思维。在课题设计及制作中，树立严谨的工作态度，务实的工作理念必不可少。知识的融会贯通使课题设计更加轻松。课题的设计、安装、调试知识整理给自己累积了不

7、小的实践财富。1.21.2 设计目标与意义设计目标与意义 抢答器的广泛应用证明了它的实用性，我们通过对知识的应用了解抢答器的构成和逻辑功能，不仅加深知识的理解，更丰富了我们的实践。让知识贴近生活。本设计的要求是设计出一个六人抢答器。除了基本的抢答功能外附加台号的显张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 2 示，无人抢答报警，抢答倒计时。其中包括优先编码电路、锁存电路、译码电路、多谐振荡电路，还有各种门电路，其功能更加全面。信息时代的 21 世纪，人类社会的进步和科学技术的发展非常迅猛，人类开始迈入了数字化和科技化的智能世界。抢答器的发展就是人类社会进步和科学发展的标志之一。抢答器是一种应用非

8、常广泛的电子电气设备，在各种抢答场合、竞赛中，它能迅速客观地分辨出最先获得发言权的选手以及实现设定发言时间、记录分数等功能。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辨认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机和数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、强大前或抢答后的计时、选手得分显示等功能。当今抢答器的核心部位是单片机。微型计算机具有运算速度快、精度高、方便灵活、适应范围广和可靠性高等特点。作为其分支的单片机，由于特殊的硬件结构和指令系统，还具有以下突出特点:1、体积小、价格低、应用广 2、通用性、灵活性、3、可靠性强、抗干扰能力强、单片机的高集成度、4、

9、实时控制能力强5、应用开发周期短。单片机体积小、功能强等特点，决定了它在工业控制、智能化仪器、通信系统、信息处理和家用电器等领域得到了广泛应用。本设计利用 AT89C51 单片机以及外围界面实现的抢答系统，利用单片机的定时器计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间和组别号码。用开关做键盘输出，扬声器发声提示。系统达到要求:在抢答中，只有开始后抢答才有效;抢答限定时间和回答的时间可以设定在 1-99s;可以显示抢答有效和抢答无效的组别号;正确按键后有音乐提示，有相应指示灯来指示电路工作状太;抢答时间和回答时间倒计时显示，时间显示

10、完后系统自动复位。通过这次设计，进一步掌握了 51 单片机的原理，了解简单多功能抢答器组成原理，初步掌握多功能抢答器的调试和测试方法，动手能力和排除故障能力都有了提高。同时该设计涉及多领域、多学科方面的科技知识，如电子、计算机、机械、数学等，在指导教师指导下，提高独立检索中外文资料、阅读专业外文资料的能力，初步具有搜索、整理、帅选信息资料的能力，促进综合能力全面提高。从而更好的融入社会，展现自我价值，为社会贡献自我力量 1.31.3 章节安排章节安排 本设计分为三大部分：第一部分包含章节 1 到章节 3 介绍此次课题设计的背景还有设计方案和思张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 3 路。第

11、二部分包含章节 4 到章节 6，是对此次课题设计的详细经历他的装配调试以及安装。第三部分包含章节 7，是对此次课程设计的总结。具体内容安排如下：第一章讲述课题的大概目标和意义。第二章分析实现课题目标的大概方法思路，选定方式。第三章详细介绍硬件设计课题的思路电路以及原理。第四章介绍了安装以及调试。第五章介绍成品的使用方法。第六章写下课题总结以及鼓励和感谢的人。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 4 第第 2 2 章章 方案论证与选型方案论证与选型 2.12.1 设计任务分析设计任务分析 一、设计要求 1设计一个智力抢答器，可同时供 6 名选手或者 6 个队伍参加比赛，他们的编号分别是 1、

12、2、3、4、5、6，各用一个抢答按钮，按钮编号和选手编号一致，分别是 S1、S2、S3、S4、S5、S6。2.节目主持人设计一个控制开关，用来控制系统复位和抢答开始。3.抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮。编号立即锁存，并且在显示器上显示编码，此外还要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答的选手的编号一直保持到主持人按下复位为止。二、功能要求 1抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答时间为 30S，当主持人启动开始键后，30S 开始倒计时，并且显示器显示。2.参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手编号和抢答时刻的倒计时时间，并且保持到主

13、持人按下复位键。3.如果抢答时间已到，没有选手抢答，那么本轮抢答无效。系统在倒计时三秒时间开始报警，蜂鸣器响，显示器最终显示 00。三、功能介绍 1.数字电路由主电路和扩展电路构成。优先编码电路、锁存电路、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的开关启动报警电路，以上两部分组成主题电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。通过布线、焊接、调试等工作后数字抢答器成型。2.抢答器四周有安装孔，可方便的的安装在操作台上。安装完毕就可以通电，抢答器的电流输入为 5V 直流输入。3.抢答器通电以后，台号显示器不显示数字、倒计时显示器显示

14、 30。按下复位按钮，正常开始工作倒计时开始。4.有人抢答则显示台号、倒计时停止。复位后新的一轮开始。5.无人抢答倒计时最后 3S 蜂鸣器发声，倒计时显示器闪烁，最后显示00。待主持人复位。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 5 2.22.2 方案论证与选择方案论证与选择 通过对设计任务的分析，有四套方案可以完成设计要求；方案一：采用纯数字电路芯片来制作。方案二：采用 C 语言 51/52 单片机来制作。方案三：采用 VHDL 语言 FPGA 来制作。方案四：采用 PLC 可编程控制器来制作。2.2.1 方案一 运用数字电路的知识，运用及集成块的逻辑功能，依靠全硬件做出成品。其中实现步骤

15、包括设计、排版、焊接、调试、安装、最后总结。使成品具有显示、倒计时、锁存、报警抢答等功能。全硬件的设计与制作时间周期长，但是做出的成品精美精确。复杂的电路要求我们事先做好排版布局，有利于提高自己的动手能力和安装技巧。设计的总体包括抢答部分、台号显示部分、倒计时部分、主持人控制部分、蜂鸣器二极管闪烁报警部分。电路主要有 555 构成的多谐振荡电路产生脉冲供给蜂鸣器和二极管报警，由锁存器和编码器显示器和电路构成台号显示电路，由计数器显示器构成倒计时电路。电路部分，脉冲产生电路部分，倒计时显示电路部分，报警电路部分、抢答部分。在优先编码器为中心的编码显示电路部分中，由优先编码器 74LS148、译码

16、器 74LS48、显示器和门电路组成。当有人抢答时，优先编码器对第一位抢答的台号编码，跟着使能端置 1，集成块禁止编码，那么第二个选手抢答无效，使用 74LS148 作为编码器，对输入的号进行编码，输出 3 位的 BCD 码，再将这 3位的 BCD 码送入 74LS279 触发器进一步编码；最后将码送入 74LS48 译码器译码显示。在脉冲产生电路部分中，用 555 定时器予以实现，通过调节电阻的阻值最后得到符合要求的脉冲，因为可以通过改变电阻电容微调频率，取代了用分频器对高频信号进行分频，从而使电路简单了。在倒计时显示电路部分中，由计数器 74LS192，显示器组成。利用 74LS192计数

17、器作为倒计时的芯片，当主持人按下抢答按钮时，74LS192 被置 30，同时将显示上次抢到题目的选手编号的数码管清零，并开始倒计时，并通过 74LS48 编码器将即时时间进行编码，并送到数码管，显示此时的时间。假如在 30 秒内有人抢答，则计数器停止倒计时。在音响电路部分中，由 555 定时器和电阻电容接合成多谐振荡器，产生所需张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 6 要的脉冲，然后接入一些门电路，再接蜂鸣器或者显示器构成。2.2.2 方案二 基于 C 语言编程，采用 51/52 单片机作为控制核心，设计出智能抢答器，具有显示、抢答、倒计时、锁存、报警功能。具有电路简单。操作方便。灵敏可靠

18、的优点，但是对 C 语言的掌握要求高，否则无从下手，容易出错。主持人有开始和结束键。在后台主持人可以修改，抢答时间和选手回答问题的时间设置，原始状态下抢答时间为 20s，回答问题时间为 30s。通过加键和减键修改上述时间，改完后结束键确定。新时间开始有效，主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发生提示。如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号，声器持续发生。主持人可按键结束，新一轮抢答开始。单片机是整个抢答器的核心，内部电路设计用汇编语言编写。它完成了时间参数的设定，抢按号码的译码，保存；显示；输出，抢按及答

19、题倒计时功能等。本设计中，有一个共阴的数码管组，四个数码管。其中两个显示时间，一个空位，一个显示抢答号码。主持人依次按下复位键（RESET），开始键后开始抢答。可以抢按：超时数码管显示“FFF”，当抢按超过规定时间或答题超过规定时间后数码管显示“FFF”。若有选手在规定时间(30s)内抢按成功，则可以答题，数码管显示抢答时间的同时也显示选手号码。若在按开始键前抢答表示违规，数码管显示“FF”并显示选手号码。2.2.3 方案三 基于 C 语言编程，采用 51/52 单片机作为控制核心，设计出智能抢答器，具有显示、抢答、倒计时、锁存、报警功能。具有电路简单。操作方便。灵敏可靠的优点，但是对 C 语

20、言的掌握要求高，否则无从下手，容易出错。主持人有开始和结束键。在后台主持人可以修改，抢答时间和选手回答问题的时间设置，原始状态下抢答时间为 20s，回答问题时间为 30s。通过加键和减键修改上述时间，改完后结束键确定。新时间开始有效，主持人按键开始后，选手开始抢答为有效数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发生提示。如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号，扬声器持续发生。主持人可按键结束，新一轮抢答开始。单片机是整个抢答器的核心，内部电路设计用汇编语言编写。它完成了时间参数的设定，抢按号码的译码，保存；显示；输出，抢按及答题倒计时功能等。张家界

21、航空工业职业技术学院毕业设计说明书 7 本设计中，有一个共阴的数码管组，四个数码管。其中两个显示时间，一个空位，一个显示抢答号码。主持人依次按下复位键（RESET），开始键后开始抢答。可以抢按：超时数码管显示“FFF”，当抢按超过规定时间或答题超过规定时间后数码管显示“FFF”。若有选手在规定时间内抢按成功，则可以答题，数码管显示抢答时间的同时也显示选手号码若在按开始键前抢答表示违规，数码管显示“FF”并显示选手号码。2.2.4 方案四 运用 PLC 可编程控制逻辑器件，通过编程实现逻辑输入输出的功能，达到一个实现控制要求的目的，运用 MCGS 组态软件，进行界面监控及远程控制。在现代化工业企

22、业自动化中，计算机控制技术是充当了重要角色，它是计算机技术和控制理论的有机结合。随着 PLC 的处理器处理速度不断提高，PLC 的控制设置不断增多，现在发展成为具有逻辑控制功能、运动控制功能、过程控制功能、数据处理功能、联网通讯功能的名副其实的多功能控制器。从现代化控制装置来看，无论是逻辑控制、过程控制还是运动控制都使用计算机开发的控制设置，计算机成为三电一体的物质基础。有两种实现上电一体的思路：一种是在网络一级实现三电一体化，逻辑控制装置、过程控制、运动控制装置尽管各不相同，但是他们通过网络载体实现三电一体化。另外一种思路是在控制装置一级实现三点一体化，一台控制装置既有逻辑控制功能，又有过程

23、和运动控制功能。PLC 沿着后一种思路发展三电一体化，它灵活机动，三电集成度高，适合各种规模的自动化系统。2.32.3 方案确定方案确定 经过反复推敲，最后一致决定采用方案一，方案二对 C 语言要求过高，组员们达不到要求，决定淘汰。方案三对 VHDL 语言也是同样的要求，没有学习过这门课程，难以实现课程，所以淘汰。方案四占地体积大而且成本负担比较重，所以淘汰。四种方案对比方案一显然符合我们的选择，成本低、原件获取简单、知识到位、原理简单、虽然在实现中过程比较复杂，但是相对简单容易。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 8 第第 3 3 章章 电路设计电路设计 3.13.1 原理分析原理分析

24、 抢答器主要实现的功能有抢答、锁存、倒计时、报警（倒计时最后三秒报警）、主持人复位。抢答器工作原理和效果是：即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号同时封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清零”状态，抢答器处于禁止工作状态，抢答数码管熄灭，定时数码管显示时间“30”；当主持人宣布抢答开始后，并将开关置于“开始”位置时，抢答器处于工作状态，当选手按下抢答按钮时，该抢答器主要完成以下功能：优先编码器迅速分辨出最先一位抢答的选手的编号，并由锁存器进行保存，然后由译码器译码驱动数码管显示最先一位抢答器的选手的编号。抢答器要完

25、成以下四项工作：优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存电路进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；蜂鸣器最后三秒发出的声响，提醒节目主持人注意；控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手进行抢答；控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余时间，并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统恢复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。3.23.2 抢答器电路总体框图抢答器电路总体框图 抢答器电路分为三个模块，抢答模块、定时模块、报警模块；抢答模块下分为编码部分、锁存部分、译码显示部分、控制部分；定时模块分为脉冲产生部分、减计时部分、显示部分；报警模块分为

26、脉冲产生部分、报警控制部分、蜂鸣器报警部分。下图为抢答器电路总体：张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 9 3.33.3 抢答电路分析介绍抢答电路分析介绍 抢答部分分为显示部分、锁存部分、译码部分等多个电路。抢答器电路是由选手抢答电路和主持人控制电路共同组成的。抢答器电路要求主持人按下“开始”按钮后，分辨出选手按键的先后，并编译优先抢答者的编号，译码显示电路显示编号，同时保证其他选手按键操作无效。工作原理：最左边的六个按钮就代表了六名选手的抢答器。当有选手抢答按下按钮时，74LS148 优先编码器将最先按键的选手进行编号，打比方如果是 6 号台最先抢答，74LS148 将对数字六依据 84

27、21 码进行编码为原码 110，因为74LS148为三输出端的集成块，故只需要取8421码的后三位。又因为最终74LS148三个输出端的输出码为反码，故对 6 号台的最终输出为 001。在这里我们将遇到一个问题，就是如何将抢答结果锁存，因为 74LS148 有两个特殊的端口就是使能端和优先扩展端，使能端的特性就是“当使能端=1 时，电路处于禁止状态，即禁止编码，输出均为高电平；当使能端=0 时，电路处于编码状态，即允许编码”。我们要达到锁存的效果，其实只要控制使能端的状态即可。我们将 74LS48的消隐端（低电平有效）和 74LS192 的借位输出端（在借位输出端加个非门使用集成块 74LS0

28、4）接在一起然后加个与非门（74LS00）达到锁存的效果。模拟锁存原理：当抢答后，74LS48 的消隐端无效输出为 1 经过一个非门输出为 0，74LS192 借位输出端为 1，两者接上一个与非门，有 0 出 1,使能端为 0禁止编码。达到锁存目的。锁存的目的达到，我们继续抢答后续，74LS148 将输出的反码接入 74LS279 中将编码整形达到我们需要的输出，续上个比方我们将001 输入译码器肯定是错误的，显示器无法显示正确的台号，我们加入 74LS279主持人复位开关 台号译码显示电路 优先编码电路 抢 答 按钮 锁存电路 倒计时显示电路 倒计时电路 脉 冲 产生电路 脉冲产生电路 报警

29、电路 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 10 是一个简单的 RS 触发器，将 R 非端接入电源使它的端口输入为 1，它的特性是11 保持，其余随 R 非变。经过触发器的最后输出为 110。110 便是 6 号的正确 8421码，将 110 接入 74LS48 译码器，最后显示器上显示的数字为 6。那么我们抢答部分就完成了！补充：主持人复位以后，74LS48 的消隐端有效输出为 0 通过非门输出为1,74LS192 的借位输出端也为 1，与非门全 1 出 0，74LS148 使能端为 0，集成块工作，可以抢答。电路原理图：3.3.1 编码部分 编码电路主要完成的功能就是将选手对应的标号进

30、行编码，电路构成的元器件有开关、电阻、集成块，我们将开关进行编号 S1S6 作为选手的编号。将六个电阻加入电路主要起保护作用。当抢答开始，选手进行抢答，S1S6 的任何一个开关被触发，那么第一个被触发的开关的编号将进行编码，送入锁存、显示部分。编码部分电路图如下所示：张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 11 编码电路主要由集成块 74LS148 构成，主要的功能就是将选手编号进行编码并将编码编译成我们需要的输出编码然后送进锁存电路。74LS148 管脚图如下图所示:4LS148 管脚图 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 12 74LS148 是一块八线三线优先级编码器，在优先编码

31、器允许同时输入两个以上的编码信号，编码器对所有输入的信号规定了优先顺序，当多个输入信号同时出现时，只对其中优先级最高的一个进行编码。74LS148 优先编码器为 16 脚的集成芯片，除电源脚 VCC（16）和 GND（8）外，其余输入、输出脚的作用和脚号如图中所标。其中 I0I7 为输入信号，A2、A1、A0 为三位二进制编码输出信号，EI 是使能输入端，OE 是使能输出端，S 为优先编码输出端。74LS148 管脚图如下图所示:S S I7I7 I6I6 I5I5 I4I4 I3I3 I2I2 I1I1 I0I0 Y2Y2 Y1Y1 Y0Y0 YsYs YexYex 1 1 X X X X

32、X X X X X X X X X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 X X X X X X X X X X X X X X 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 X X X X X X X X X X X X 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 X X X X X X X X X X 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 X X X X X X X X 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 X X X X

33、X X 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 X X X X 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 X X 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 74LS148 真值表 74LS148 输入端优先级别的次序依次为 I7，I6，I0。当某一输入端有低电

34、平输入，且比它优先级别高的输入端没有低电平输入时，输出才输出相应该输入端的代码。例如：I5=0 且 I6=I7=1(I6、I7 优先级别高于 I5)则此时输出代码010(为(5)10=(101)2 的反码)这就是优先编码器的工作原理。0-7 编码输入端(低电平有效)EI 选通输入端(低电平有效)A0、A1、A2 三位二进制编码输出信号即编码输出端(低电平有效)GS 片优先编码输出端即宽展端 3.3.2 锁存部分 编码电路主要完成的功能就是将编码电路的输入进行锁存，电路构成的元器件是集成块 74LS279，当抢答开始，选手进行抢答，编码电路将选手的编号编码后送入锁存器 74LS279 的输入端，

35、锁存器 74LS279 将编码进行锁存，然后将锁存的编码送进显示电路，锁存部分电路图如下所示：张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 13 锁存电路主要由锁存器 74LS279 构成，完成的功能就是将编码电路的输出进行锁存然后送进显示电路显示出来。74LS279 管脚图如下图所示:74LS279 触发器引脚图 74LS279 是四个基本 RS 触发器，输入的是 R 非、S 非，而不是 R S。使用时应该注意。R S Qn Qn+1 说明 0 0 0 0 0 1 X X 触发状态不定，不允许 0 0 1 1 0 1 0 0 触发器置 0 1 1 0 0 0 1 1 1 触发器置 1 1 1 0

36、 0 触发器保持原来张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 14 1 1 1 1 状态不变 74LS279 触发器真值表 74LS279 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。3.3.3 译码显示部分 显示电路主要由集成块 74LS48 和七段译码器组成，主要的功能就是将选手编号编码锁存后的结果进行译码显示，将结

37、果在七段显示器显示出来。显示译码电路如下图所示：张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 15 显示译码部分电路的译码功能由集成块 74LS148 完成。74LS48 管脚图如下图所示:74LS48 引脚图 7 段显示译码器 74LS48 是输出高电平有效的译码器。74LS48 除了有实现 7 段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（YaYg）端外，7448 还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。输入 4 脚 输出 显示字符 3 脚 5 脚 DCBA 4 脚 YaYb YcYdYeYfYj 1 1

38、0000 1 11 11110 0 1 X 0001 1 01 10000 1 1 X 0010 1 11 01101 2 1 X 0011 1 11 11001 3 1 X 0100 1 01 10011 4 1 X 0101 1 10 11011 5 1 X 0110 1 00 11111 6 1 X 0111 1 11 10000 7 1 X 1000 1 11 11111 8 1 X 1001 1 11 10011 9 74LS48 真值表 由 74LS48 真值表可获知 74LS48 所具有的逻辑功能：（1）7 段译码功能（LT=1，RBI=1）在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端

39、（RBI）都接无效电平时，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 DCBA=0000 外，RBI 也可以接低电平。（2）消隐功能（BI=0）张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 16 此时 BI/RBO 端作为输入端，该端输入低电平信号时。无论 LT 和 RBI 输入什么电平信号，不管输入 DCBA 为什么状态，输出全为“0”，7 段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。（3）灯测试功能（LT=0）此时 BI/RBO 端作为输出端，端输入低电平信号时，与 及 DCBA 输入无关，输出全为“1”，显示器 7 个字段都点亮。该功

40、能用于 7 段显示器测试，判别是否有损坏的字段。（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1）此时 BI/RBO 端也作为输出端，LT 端输入高电平信号，RBI 端输入低电平信号，若此时 DCBA=0000，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。DCBA0，则对显示无影响。该功能主要用于多个 7 段显示器同时显示时熄灭高位的零。74LS148 是一块八线三线优先级编码器，在优先编码器允许同时输入两个以上的编码信号，编码器对所有输入的信号规定了优先顺序，当多个输入信号同时出现时，只对其中优先级最高的一个进行编码。显示译码部分电路的显示功能由七段显示器完成。七段显示器管脚图如下图所示:七段显示译码

41、器管脚图 共阴极数码管是指八段数码管的八段发光二极管的阴极(负极)都连在一起，而阳极对应的各段分别控制。3.3.4 控制部分 控制部分电路主要由集成块 74LS00 和 74LS48 和 74LS148 组成，主要的功能就是将第一位抢答者的编号进行锁存，使第二位抢答者的抢答无效。74LS48 和张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 17 74LS148 在上面电路有介绍，控制部分涉及三个集成块电路复杂，电路图省。控制部分集成块 74LS00 的管脚图真值表如下图所示:74LS00 引脚图 74LS00 是常用的 2 输入四与非门集成电路，他的作用很简单顾名思义就是实现一个与非门。输入 输出

42、 A B Y 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 74LS00 真值表 由 74LS00 真值表得：第一组：1、2 脚输入 3 脚输出；第二组：4、5 脚输入 6 脚输出；第三组：10、9 脚输入 8 脚输出；第四组：13、12 脚输入 11 脚输出。14 脚接电源，7 脚接地。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 18 3.43.4 定时定时电路电路分析介绍分析介绍 定时电路模块分为显示部分、秒脉冲、译码部分、计数部分等多个电路。其中显示电路、译码电路在抢答模块有详细介绍。那么倒计时模块主要介绍秒脉冲和计数电路。定时电路部分有脉冲，所以我们首先便想到产生脉冲的多谐振荡电路。脉

43、冲电路组成由 555 定时器组成的多谐振荡器，将 555 定时器的阀值输入端 6 脚和触发输入端 2 脚相连后对地接电容 C，电源 Vc 通过电阻 R、R:与电容连接，放电端DIS 和定时元件 RC 相接。接下来我们要考虑倒计时电路的控制问题，倒计时电路包含的功能就是倒计时和暂停、置数。倒计时和暂停的实现：我们将 555 产生的高低脉冲和 74LS192 的借位输出端和 74LS48 消隐端（在消隐端接入一个非门，抢答部分有现成）接入一个与门，与门的逻辑运算是：“有 0 出 0，全 1 出 1”。一轮抢答开始 74LS48 消隐端有效输出为 0 经过非门输出为 1，借位输出端有效输出为 1，和

44、 555 的脉冲一起接入与门然后送入 74LS192 的减计数时钟输入端，那么倒计时就开始了；当有人抢答时，74LS48 消隐端无效输出为 1，经过非门输出 0，那么此时的与门将有 0 出 0，倒计时停止。暂停实现。置数的实现：47LS192 的 13 脚为置数端，低电平有效，将它接到开关处，电源经过开关接地，当主持人按下开关，开关接地，接到开关的 13 脚置数端会置数。我们将 74LS192 控制十位的集成块的 P1 和 P0 接电源。两个其他的 P0-P3端全部接地，显示的置数就是 30。倒计时就是从 30 开始 补充：74LS192 既可以实现减法也可以实现加法，所以我们一开始就要接减计

45、数时钟输入端。定时电路模块原理图：张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 19 3.4.1 脉冲部分 脉冲电路组成由 555 定时器组成的多谐振荡器，将 555 定时器的阀值输入端6 脚和触发输入端 2 脚相连后对地接电容 C，电源 Vc 通过电阻 R、R:与电容连接，放电端 DIS 和定时元件 RC 相接。555 集成块管脚图和真值表如图所示：张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 20 NE555 引脚图 555 定时器是电子工程领域中广泛使用的一种中规模集成电路，它将模拟与逻辑功能巧妙地组合在一起，具有结构简单、使用电压范围宽、工作速度快、定时精度高、驱动能力强等优点。555 定时器

46、配以外部元件，可以构成多种实际应用电路。广泛应用于产生多种波形的脉冲振荡器、检测电路、自动控制电路、家用电器以及通信产品等电子设备中。555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC/3，C2 的反相输入端的电压为 VCC/3。若触发输入端 TR 的电压小于 VCC/3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC/3，则 C1 的输出为 0，C2

47、 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为低电平。清零端 高触发端TH 低触发端TR V0 放电管（v）功能 0 X X 0 导通 直接清零 1 0 1 X 保持上一状态 保持上一状态 1 1 0 1 截止 置 1 1 0 0 1 截止 置 1 1 1 1 0 导通 清零 NE555 真值表 1 脚：外接电源负端 VSS 或接地，一般情况下接地。2 脚：低触发端 TR。3 脚：输出端 Vo 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 21 4 脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论 TR、TH 处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5 脚：VC 为

48、控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只 0.01 F 电容接地，以防引入干扰。6 脚：高触发端 TH。7 脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。8 脚：外接电源 VCC，双极型时基电路 VCC 的范围是 4.516V，CMOS 型时基电路 VCC 的范围为 318V。一般用 5V。在 1 脚接地，5 脚未外接电压。555 电路的计算方式：555 电路图 设电容 C 上的初始电压值为 0V。接通电源后，根据 555 定时器的功能：“两低出高”，U0=1，这时，放电管VT 截止。电源 VCC 通过电阻 R2 和 R3，对电

49、容 C 充电，UC 按指数规律上升。充电时间常数：T=（R1+R2）C 当 UC2/3VCC 时，根据 555 定时器的功能：“两高出低”，U0=0。同时，放电管 VT 导通，电容通过电阻 R3 和放电管 VT 放电，UC 按指数规律下降，忽略放电管的导通内阻，放电时间常数：T=R2C 在 1/3VCC=UC2/3VCC 期间，输出保持不变，即 UO=0。当 UC1/3VCC 号一时，根据 555 定时器的功能：“两低出高”，U0=1，这时，放电管 VT 截止，电源 VCC 又通过电阻 R2 和 R3 对电容 C 充电。当 UC2/3VC 时，电路状态再一次翻转。如此周而复始地对电容 C 充电

50、和成，输出一个一定频率的矩形脉冲。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 22 周期计算 T=0.7(R2+2R23)C 振荡频率计算 F=1/7=0.7(R2+2R3)C 本电路中，电阻选择的参数为 47k，电容为 10uf。代入算式得：F=0.7(47K+2*47K)0.1uf=1HZ 由于 555 定时器内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，故用555 定时器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。(补充：UC 为 2 脚到 1 脚电压，U0 为 3 脚输出电压)3.4.2 减计时部分 减计时部分要完成抢答器的定时倒计时功能，将倒计时的初值设定为 30S抢答开