八路智能竞赛抢答器设计_课程设计(编辑修改稿)

八路智能竞赛抢答器设计_课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

48 的 ST 的非为高电平， 74LS148 处于禁止工作状态，封锁其他按键的输入。 当按键松开即按下时， 74LS148 的 YEX 的非为高电平， 但由于 CTR 维持高电平不变，所以 74LS148 仍处于禁止状态，确保 其他的 输入信号 不会被接收。 这样就 保证了抢答者的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， 由主持人将Ｓ开关重新置 “ 清除 ” ，电路复位 ，以便 再进行下一轮抢答。 图 32抢答器电路的设计 图 武汉理工大学《 数字电路 — 多路智能竞赛抢答器 》课程设计说明书 7 定时电路设计 由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，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。 可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器 74LS192 进行设计。 图 33可预置时间的定时电路设计图 报警电路设计 由 555 定时器和三极管构成的报警电路如图 所示。 其中 555 构成多谐振荡器，振荡频率 fo＝ 1． 43／［（ RI＋ 2R2） C］ （公式 ） 其输出信号经三极管推动扬声器。 PR 为控制信号，当 PR 为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。 图 34报警电路设计图 武汉理工大学《 数字电路 — 多路智能竞赛抢答器 》课程设计说明书 8 时序控制电路设计 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，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。 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。 图 35时序控制电路设计图 图中，门 G1 的作用是控制时钟信号 CP的放行与禁止，门 G2的作用是控制 74LS148的输人使能端。 工作原理是：主持人控制开关从 清除 位置拨到 开始 位置时，来自于 74LS279 的输出 1Q=0，经 G3 反相， A＝ 1，则时钟信号 CP能够加到 74LS192 的CPD 时钟输入端，定时电路进行递减计时。 同时，在定时时间未到时，则 定时到信号为 1，门 G2 的输出 =0，使 74LS148 处于正常工作状态，从而实现功能①的要求。 当选 手在定时时间内按动抢答键时， 1Q＝ 1，经 G3 反相， A＝ 0，封锁 CP 信号，定时器处于保持工作状态；同时，门 G2 的输出 =1， 74LS148 处于禁止工作状态，从而实现功能②的要求。 当定时时间到时，则 定时到信号 为 0， 74LS148 处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。 同时， 门 G1 处于关门状态，封锁 CP 信号，使定时电路保持 00 状态不变，从而实现功能③的要求。 集成单稳触发器 74LS121 用于控制报警电路及发声的时间。 武汉理工大学《 数字电路 — 多路智能竞赛抢答器 》课程设计说明书 9 完整电路图设计 图 36定时抢答器的整机电路 4 电 路调试 抢答器电路 图 41抢答器电路调试图 武汉理工大学《 数字电路 — 多路智能竞赛抢答器 》课程设计说明书 10 如图，该电路实现两个功能：一是能够过分辨出选手按键的先后，并锁 存优先抢答者的编号，同时译码器显示电路显示编号；二是禁止其他选手之后按键无效。 工作过程：当开关处于清除端时， 74LS279 的 RS 触发器段均为 0信号，所以四个触发器端均输出为 0，此时 ST 为 0，根据 74LS148 功能表可以看出，该芯片处于工作状态。 当开关达到“开始”端时，抢答器处于等待工作状态，当有选手按下键时，及有一个输入端为低电平，根据 74LS148 功能表可知， Y1， Y2， Y3处于一种输 出状态，EO输出为 0，所以 1Q输出为 1， 74LS48 处于工作状态。 根据 2Q， 3Q， 4Q 的输出，译码器将显示第一个按下键的选手号码。 并且此时 1Q=1，使 74LS148 的 ST=1，所以74LS148 处于禁止工作状态，封锁了其他键的再次输入。 因为只有 8名选手，编号从0000 到 0111，所以 74LS48 芯片的 A3 端不需要用到，所以可以直接置地。 如果没有选手按键的话，七段显示译码器就会一直不亮，直到最后此次比赛结束。 抢答器部分仿真如下，当主持人按下开关可实现清零，再次按下开关开始抢答，如选手 1按下，数码管显示 1 并且 其他选手无法再次抢答。 仿真结果验证了抢答部分电路的设计成功。 图 42 定时电路调试图 R 1 15 1 0 Ω U 1 2L E D _ R E D _ R A T E DU3A B C D E F GCKU5A B C D E F GCKR91 0 0 Ω R 1 01 0 0 Ω U67 4 L S 4 8 NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U77 4 L S 4 8 NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U87 4 L S 1 9 2 NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U97 4 L S 1 9 2 NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14V C C5VV C C5VV C C5VVCCOUTU 1 35 5 5 _ T I M E R _ R A T E DGNDDISRSTTHRCONTRIV C C5VR 1 31 5 k Ω R 1 45 k Ω C20 . 1 u F R 1 50 .1 k Ω U 1 4L E D _ R E D _ R A T E DV C C5VXSC1A BE x t T r i g++__+_C11 0 0 n FV C C5VU 1 5 A7404NU 1 6 A7401NU 1 7 A7405NU 1 8 A7 4 S 1 0 NU 1 9 A7 4 S 0 5 D武汉理工大学《 数字电路 — 多路智能竞赛抢答器 》课程设计说明书 11 如图所示，分为两个部分，一是秒脉冲，由 555 定时器构成的多谐振荡电路，根据公式振荡周期为 T=（ R1+2R2） C，可计算出该振荡器的振荡周期为 1 秒，由于是矩形脉冲，所以一个周期内发光二极管会发一次光。 另一部分是可预置时间的减计数器，对于预置端可以采用十进制 8421BCD 码设置，当 555 振荡器发出一个脉冲时，74LS192 的 CP端就接受一个信号，在 cp 脉冲的上升沿预置数就开始自减，当各位减少到 0 时， BO2 就会输出一个负脉冲， cp2就会开始减少 1，然后 74LS192 二开始再自减 1，直到预置数最后变成 00，最后在 BO2 输出一个周期的负脉冲。 在时间未到时，BO2 一直到是输出正脉冲，除非最后变成 00 时，才会输出负脉冲，这就可以作为定时到的信号，如果是时间到了，输出是零，时间不到，输出是 1。 另外，假如有选手按键的话，则最后不会计数器不会因为自减为 00 而最后输出负脉冲，而是应为秒脉冲输出与 1Q 的非相与后当作脉冲输入 74LS192 的。 当没有选手按键时， 1Q 的非为 0，所以 cp 脉冲就会停止输入，时间就会停止，所显示的 时间就是该选手抢答的时间，但此时的定时到信号还是 1。 定时部分电路仿真图如下，又 555 定时器构成的多谐振荡器输出频率为 1Hz，作为计数器的脉冲源，定时显示可实现 20 秒定时，此部分设计成功。 秒脉冲发生电路 图 43 555 电路构成的多谐振荡器 VCCOUTU 1 35 5 5 _ TI M E R _ R A TE DGNDDISRSTTHRCONTRIV C C5VR 1 31 5 k Ω R 1 45 k Ω C20 . 1 uF R 1 50 .1 k Ω U 1 4LE D _ R E D _ R A TE DV C C5VXSC1A BE x t T r i g++__+_C11 0 0 nF武汉理工大学《 数字电路 — 多路智能竞赛抢答器 》课程设计说明书 12 该报警电路有 555 定时器和三极管构成，有 555 定时器构成一个多谐振荡器，其输出信号可以经三极管推动扬声器。 PR 为控制信号，当 PR 为高电平时， 4 端接高电平，振荡器正常工作，当为低电平时，振荡器停止工作，不会发声。 因为来一个高电平是该报警电路会发声，但是只有在一个周 期内发声，这个周期非常短，只是多谐振荡器的一个周期，只有一秒钟，所以中间需要加一个单稳态触发器，根据 555 构成的单稳态触发器的功能原理，这样可以延长这个周期，是发声信号加长，该定时器用到的电阻是 30 kΩ，电容是 100uf，根据公式计算得到的周期是 3 秒。 图 44 脉冲发生电路产生的脉冲波形 时序控制电路 图 45时序控制电路调试图 图中，门 G1 的作用是控制时钟信号 CP的放行与禁止，门 G2的作用是控制 74LS148的输人使能端。 图八的工作原理是：主持人控制开关从 清除 位置拨到 开始 位置时， 武汉理工大学《 数字电路 — 多路智能竞赛抢答器 》课程设计说明书 13 来自于图六中的 74LS279 的输出 1Q=0，经 G3 反相， A＝ 1，则时钟信号 CP 能够加到74LS192 的 CP 时钟输入端，定时电路进行递减计时。 同时，在定时时间未到时，则 定时到信号 为 1，门 G2 的输出 ST =0，使 74LS148 处于正常工作状态，从而实现功能①的要求。 当选手在定时时间内按动抢答键时， 1Q＝ 1，经 G3 反相， A＝ 0，封锁 CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门 G2 的输出 ST=1， 74LS148 处于禁止工作状态，从而实现功能②的要求。 当定时时间到时，则 定时到信号 为 0， 1Q =1， 74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。 同时， 门 G1 处于关门状态，封锁 CP 信号，使定时电路保持 00 状态不变，从而实现功能③的要求。 集成单稳触发器 74LS121 用于控制报警电路及发声的时间，其工作原理如下：当主持人将开关拨到开始键时， S 信号从 0 变成 1，是上升的，但是定时到信号还是 1， Y。