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多路智能竞赛抢答器设计专业课程设计.doc
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1、数字电路课程设计任务书专业班级: 学生姓名: 指引教师: 工作单位: 题 目: 多路智能竞赛抢答器设计 初始条件: 优先编码器 74LS148 RS锁存器 74LS279 显示译码器 74LS47 定期芯片 555 计数器 74LS192 74LS90 与门 74LS08或门 74LS32与非门 74LS00 七段数码管 、蜂鸣器、电容电阻若干 规定完毕重要任务:1. 基本功能 设计一种智力竞赛抢答器,可以同步供8名选手或8个代表队参加比赛,她们编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7,各用一种抢答按钮,按钮编号与选手编号相相应,分别是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。给节目主持
2、人设立一种控制开关,用来控制系统清零(编号显示数码管灭灯)和抢答开始。抢答器具备数据锁存和显示功能。抢答开始,若有选手按动抢答按钮,编号及时锁存,并在LED数码管上显示出选手编号,同步扬声器给出音响提示。此外要封存输入电路,禁止其她选手抢答。优先抢答选手编号始终保持到系统清零为止。2. 扩展功能 抢答器具备定期抢答功能,且一次抢答时间可以由主持人设定,档节目主持人按下“开始”按钮后,规定定期器及时倒计时,并在显示屏上显示,同步扬声器发出短暂声响,声响持续0.5S左右。参赛选手在设定期间内抢答,抢答有效,定期器停止工作,显示屏上显示选手编号和抢答时刻时间,并保持到主持人将系统清零为止。如果定期抢
3、答时间已到,去没有选手抢答,则本次抢答无效,系统短暂报警,并封存输入电路,禁止选手超时后抢答,时间显示屏上显示00。时间安排:7.4: 理论设计7.57.6:安装调试或仿真7.7: 撰写报告7.9: 答辩指引教师签名: 7月 1日系主任签名: 7 月 1 日 目 录1. 多路智能竞赛抢答器原理与设计11.1抢答器原理11.2总体方案设计11.3电路原理设计21.3.1 八路抢答电路设计21.3.2定期电路设计52. Multisim仿真与制作122.1抢答仿真122.2定期抢答仿真142.3仿真成果分析162.4总电路图173. 结与体会184.元件清单19参照文献201. 多路智能竞赛抢答器
4、原理与设计1.1抢答器原理抢答器基本原理框图如下图1-1所示:抢答按钮锁存电路译码显示清零按钮复位控制电路图 1-1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状态,并制止其她选手抢答。译码显示电路将抢答成果译码显示出来。清零按钮按下后,电路复位回初始状态后,可以进行下一轮抢答。1.2总体方案设计第一种方案: 第一种方案流程图如下图1-2所示:抢答按钮锁存器编码器译码显示控制电路声响电路定期电路译码显示图 1-2主持人控制开关抢答按钮连接控制电路,抢答开始,有选手按下抢答按钮后,控制电路是锁存器锁存各个抢答路电平高低,从而锁存了第一位抢答者抢答信号,同步切断其她抢答者抢答信号,制
5、止其她选手抢答。编码器将抢答成果译成二进制数送给下一级译码显示电路,译码显示电路显示抢答成功者号码。声响电路可以发出提示声响,定期电路有定期抢答功能,并能显示倒计时时间。该方案满足设计功能规定,但是用锁存器锁存抢答成果这一思路有缺陷,就是也许有两个选手抢答时间间隔很小,两路抢答信号同步锁存了起来,导致编码器编码出错,下一级译码显示电路不能显示抢答成果。第二种方案:第一种方案流程图如下图1-3所示: 图1-3第二种方案原理和第一种方案基本同样,只是在第一种方案上做了改进,在锁存器和抢答按钮之间增长了优先编码器,避免了多路抢答信号同步被锁存,编码器编码出错,下一级译码显示电路不能显示抢答成果状况。
6、综合两种方案,故选取第二种方案。1.3电路原理设计1.3.1 八路抢答电路设计该某些用到芯片有74LS47、74LS279、74LS148,其引脚图和逻辑图如下:74LS47电路符号和引脚图如下图1-4:图1-4 74LS47逻辑图如下图1-5: 图1-574LS279引脚图和逻辑图如下图1-6:图 1-674LS148引脚图如下图1-7: 图 1-774LS148逻辑图如下图1-8:图 1-8电路原理图如下图1-9: 电路抢答某些选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 来完毕。该电路重要完毕两个功能:一是辨别出选手按键先后,并锁存优先抢答者编号,同步译码显示电路显示编号(显
7、示电路采用七段数字数码显示管);二是禁止其她选手按键,其按键操作无效。工作过程:开关S置于“断开”时,RS触发器 R端均置0,4个触发器输出置0,使74LS148优先编码工作标志端引脚5电平为0,使之处在工作状态。当开关S置于开始时,抢答器处在等待工作状态,当有选手将抢答按键按下时(如按下S5),74LS148输出经RS锁存后,2Q2=1,BI/RBO =1,七段显示电路74LS48处在工作状态,DCBA=0101,经译码显示为“5”。此外,2Q21,使74LS148 优先编码引脚5工作标志端EI,处在禁止状态,封锁其她按键输入。当按键松开即按下时,74LS148 此时由于仍为2Q21,使优先
8、编码工作标志端引脚5电平为1,因此74LS148仍处在禁止状态,保证不会出二次按键时输入信号,保证了抢答者优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。 图1-91.3.2定期电路设计该某些用到芯片除74LS47外、还用到74LS192、74LS90、LM555。74LS192引脚图如下图1-10:图1-1074LS192逻辑图如下图1-11:图 1-1174LS90引脚图和逻辑图如下图1-12:图 1-12定期芯片LM555引脚图如下图1-13: 图 1-13此外用到或门芯片74LS32,或门芯片74LS08,或非门芯片74LS00引脚图如下: 图1-15 74L
9、S08引脚图图1-14 74LS32引脚图图1-16 74LS00引脚秒脉冲产生电路如图1-17所示,由LM555构成多谐振荡器构成。脉冲频率计算:如右边电路图,R15=10k,R16=68k,C1=10uF,图 1-17f=1/0.7(10k+268k)1010-61S。周期1S时钟脉冲经右图U12A(74LS00)和U12D(74LS00)送到74LS1924引脚(DOWN),使74LS192减计数,达到倒计时效果。U12A(74LS00)或非门另一种输入端接秒十位74LS19213引脚(BO)。如果定期抢答时间已到而没有选手抢答,13引脚(BO)输出低电平,LM555时钟脉冲不能通过U1
10、2A(74LS00),74LS192由于没有时钟脉冲输入,停止减计数,时间显示静止不动。如果半途有选手抢答,U2B(74LS279)13引脚(2Q2)输出高电平,经U12C(74LS00)反向成低电平0输入U12D(74LS00)其中一端,使时钟脉冲不能通过U12D(74LS00),74LS192由于没有时钟脉冲输入,停止减计数,时间显示静止不动。本设计增长了可设定定期长短电路,由两片74LS90构成加计数器,电路如下图1-18。. 图 1-18J10为清零按钮,按下后74LS90R01、R02、R91、R92置低电平,两个74LS90清零。J1为加时间按钮,按下后给U14(74LS90)14
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