毕业设计方案四路智力竞赛抢答器的设计.doc
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1、摘 要本文设计可供四人抢答抢答器电路并对其进行仿真。首先本文提出了一个控制和计时电路方案,并对其进行了论证。设计方案先利用D触发器及优先编码器74LS148N组成抢答电路实施抢答电路运行,然后利用555集成电路组成秒脉冲发生器;然后用其产生矩形波触发倒计时计数器;利用输出进位电压控制计时器停止,并发生警报。然后用Multisim9对电路进行仿真和整体性能指标测试。经过测验,得到了比较符合要求仿真结果。关键字:D触发器、优先编码器74LS148、七段显示译码器74LS48、555集成电路目 录摘 要I目 录II绪 论1第1章 方案和论证21.1 设计要求21.2 方案论证2第2章 单元电路设计4
2、2.1 抢答器按键保持和封锁电路42.1.1 74LS74D触发器42.2 选手号码显示电路62.2.1 74LS148优先编码器62.2.2 74LS248七段译码器82.3 脉冲发生器电路102.3.1 555定时器102.4 8421BCD码递减计数器电路122.4.1 十进制可逆计数器74LS192122.5 抢答及限时鸣响电路142.5.1 74LS04非门142.5.2 74LS02和非门15总 结17参考文件18附录 总电路图19附录 元器件清单20绪 论相关这次设计用于多人竞赛抢答器件,在现实生活中很常见,尤其是在伴随多种智益电视节目标不停发展,越来越多竞赛抢答器被用在了其中,
3、这种抢答器好处是不仅能够锻炼参赛选手反应能力,而且能增加节目现场担心、活跃气氛,让观众看得更有情趣。可见抢答器在现实生活中确实很实用,利用前景很广泛。在知识竞赛中,尤其是做抢答题时,在抢答过程中,为了知道哪一组或哪一位选手先答题,必需要有一个系统来完成这个任务。假如在抢答中,只靠人视觉是极难判定出哪组先答题。这次设计就是用多个触发器和三极管巧妙设计抢答器,使以上问题得以处理,即使两组抢答时间相差几微秒,也可分辨出哪组优先答题。本文关键介绍了抢答器工作原理及设计,和它实际用途。第1章 方案和论证1.1 设计要求(1)设置一个系统清除和抢答控制开关S,该开关由主持人控制;(2)抢答器含有锁存和显示
4、功效;(3)抢答器含有定时抢答功效,定时时间为60秒,当主持人开启开始键后,定时器进行减计时; (4)假如定时时间已到,无人抢答,此次抢答无效,系统报警并严禁抢答,定时显示器上显示00。1.2 方案论证方案一:用CD4511 、CD4068各一个电阻,开关,三级管和二级管若干及七段显示器组成抢答电路。本电路控制方法是利用开关进行输入编码当按键第一次就接下时,输出由1111110变为所接下键值BCD编码经4068 8输入和门和一个三级管控制后输出CD4511第五脚使其从底电平变为高电平,从而锁住CD4511,实现抢答功效。计数器利用两个CD40110和CD4011组合成60秒加法计数器。此电路原
5、理简单,制作方便,但显示不为倒计时,观看比较不方便。方案二:抢答电路由四个D触发器74LS74N,或非门4002BT,开关若干,优先编码器74LS148及七段显示器等组成。本电路控制方法是利用开关进行高低电位输入,当四个开关有一个有优先按下时,D触发器输出端输出高电位经过或非门进入其它D触发器异步复位端从而使其它选手输入信号锁存成无效。倒计时电路由74LS192, 七段显示器,及555定时电路组成。此电路设计即使较复杂,不过能很好实现所要求功效。经过比较二个方案特点,本电路采取方案二!智力竞赛抢答器设计方框图图1.2所表示。包含抢答器电路,秒脉冲发生器电路、计数器电路、译码和显示电路、报警电路
6、和外部控制电路(辅助时序控制电路)等六个部分组成。计时电路递减计时,每隔1秒钟,计时器减1。其中抢答器,计数器和控制电路是系统关键部分。抢答器电路完成抢答功效,计数器完成60秒计时功效,而控制电路完成计数器直接清零、开启计数器、暂停/连续计数、译码显示电路显示功效。当计时器递减计时到零(既定时时间到)时,显示器上显示00,同时警报灯点亮。抢答电路显示电路倒计时电路CP报警电路 总控制电路显示电路发光二极管图1.2 智力竞赛抢答器电路原理框图设计思绪:利用D触发器上置位或复位实现抢答电路信号优先输入,经过优先编码器和显示译码器把优先抢答选手号码显示出来;由定时器发出秒脉冲信号经过递减计数器,译码
7、器,再由数码管显示出来,中间包含控制电路。第2章 单元电路设计2.1 抢答器按键保持和封锁电路2.1.1 74LS74D触发器74ls74双上升沿D触发器(有预置、清除端),1CP、2CP 时钟输入端,1D、2D 数据输入端,1Q、2Q、1、2输出端,CLR1、CLR2 直接复位端(低电平有效) ,PR1、PR2 直接置位端(低电平有效)。负跳沿触发主从触发器工作时,必需在正跳沿前加入输入信号。假如在CP 高电平期间输入端出现干扰信号,那么就有可能使触发器状态犯错。而边缘触发器许可在CP 触发沿来到前一瞬间加入输入信号1。这么,输入端受干扰时间大大缩短,受干扰可能性就降低了。边缘D触发器也称为
8、维持-阻塞边缘D触发器。工作原理:SD 和RD 接至基础RS 触发器输入端,它们分别是预置和清零端,低电平有效。当SD=0且RD=1时,不管输入端D为何种状态,全部会使Q=1,Q=0,即触发器置1;当SD=1且RD=0时,触发器状态为0,SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平,不影响电路工作。工作过程以下:(1)CP=0时,和非门G3和G4封锁,其输出Q3=Q4=1,触发器状态不变。同时,因为Q3至Q5和Q4至Q6反馈信号将这两个门打开,所以可接收输入信号D,Q5=D,Q6=Q5=D。(2)当CP由0变1时触发器翻转。这时G3和G4打开,它们输入Q3和Q4状态由G5和
9、G6输出状态决定。Q3=Q5=D,Q4=Q6=D。由基础RS触发器逻辑功效可知,Q=D。(3)触发器翻转后,在CP=1时输入信号被封锁。这是因为G3和G4打开后,它们输出Q3和Q4状态是互补,即肯定有一个是0,若Q3为0,则经G3输出至G5输入反馈线将G5封锁,即封锁了D通往基础RS 触发器路径;该反馈线起到了使触发器维持在0状态和阻止触发器变为1状态作用,故该反馈线称为置0维持线,置1阻塞线。Q4为0时,将G3和G6封锁,D端通往基础RS触发器路径也被封锁。Q4输出端至G6反馈线起到使触发器维持在1状态作用,称作置1维持线;Q4输出至G3输入反馈线起到阻止触发器置0作用,称为置0阻塞线。所以
10、,该触发器常称为维持-阻塞触发器。总而言之,该触发器是在CP正跳沿前接收输入信号,正跳沿时触发翻转,正跳沿后输入即被封锁,三步全部是在正跳沿后完成,所以有边缘触发器之称。和主从触发器相比,同工艺边缘触发器有更强抗干扰能力和更高工作速度。74LS74逻辑图图2.1所表示:图2.1 74LS74逻辑图74LS74功效表如表2.1所表示:表2.1 74LS74功效表输 入输 出PRCLRCLKDQ0110100100H*H*1111011001110Q00按键保持和封锁电路图图2.2所表示:图2.2 按键保持和封锁电路图该电路能够完成两个功效:一是能够分辨出选手按键前后次序,而且能够锁存优先抢答选手
11、号码,同时译码显示电路显示编号;二是后面选手按键操作将无效。工作过程:开关J6开启时,则输入为高电位“1”,经过四个或非门后变成低电位“0”。则四个D触发器异步复位端将触发器置“0”,抢答电路处于系统清零状态;当J6闭合时,抢答电路处于工作状态。当抢答开始,若J1先按键,则Q1端输出高电位“1”经过或非门变成低电位“0”,将其它D触发器置0,则抢答信号输出为“1110”(J4J3J2J1),然后经过输出选手号码显示电路显示对应号码。2.2 选手号码显示电路2.2.1 74LS148优先编码器74LS148 为 8 线3 线优先编码器,共有54/74148和54/74LS148两种线路结构型式,
12、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。管脚07 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(低电平有效),EO 选通输出端,即使能输出端。74LS148逻辑图图2.3所表示:图2.3 74LS148逻辑图在实际工作中,同时有多个输入被编码时,必需依据轻重缓急,要求好这些控制对象许可操作前后次序,即优先识别。识别信号优先级并进行编码逻辑部件称为优先编码器。编码器74L
13、S148作用是将输入I0I78个状态分别编成二进制码输出,它功效表见表2.2所表示。它有8个输入端,3个二进制码输出端,输入使能端EI,输出使能端EO和优先编码工作状态标志GS。优先级分别从I7至I0递减2。表2.2 74LS148功效表输 入输 出E101234567A2A1A0GSE011111101111111111110000000100100101001101001001110110100111110001001111110101001111111100100111111111101(其中:1为高电平,0为低电平,不定)2.2.2 74LS248七段译码器74LS248 是由和非门、
14、输入缓冲器和 7 个和或非门组成 BCD-7 段译码器/驱动器。输出是高电平有效。7 个和非门和一个驱动器成对连接,以产生可用BCD 数据及其补码至 7 个和或非译码门。74ls248管脚及功效:(1) A、B、C、D是BCD码输入端。(2) a,b,c,d,e,f,g是输出端。(3) 试灯输入端/LT: 低电平有效。当/LT0时,数码管七段应全亮,和输入译码信号无关。所以,/LT=0可用来检验74LS248和显示器好坏。(4) 动态灭零输入端/RBI: 在LT=1前提下,当/RBI=0且输入DCBA=0000时,译码器各段输出均为低电平,显示器各段全灭,而当输入数据为非零数码时,译码器和显示
15、器正常译码和显示。利用此功效能够实现对无意义位零进行消隐。(5) 灭灯输入/动态灭零输出端/RBO: 这是一个特殊端钮,有时用作输入,有时用作输出。当/RBO作为输入使用,且/RBO0时,数码管七段全灭,和译码输入无关。当/RBO作为输出使用时,受控于/LT和/RBI;当/LT1且/RBO0时,/RBO0;其它情况下/RBO13。本端钮关键用于显示多位数字时,多个译码器之间连接。本设计将/RBI、/LT、/RBO全部置高电平。74LS248引脚图图2.4所表示:图2.4 74LS248引脚图74LS248功效表如表2.3所表示:表2.3 74LS248功效表十进数或功效输入BI/RBO输出LT
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