數(shù)電課設(shè)——多路數(shù)字定時(shí)搶答器設(shè)計(jì)仿真與制作.doc

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 電信1406班指導(dǎo)教師： 工作單位：信息工程學(xué)院題 目: 多路數(shù)字定時(shí)搶答器設(shè)計(jì)仿真與制作初始條件： 本課程設(shè)計(jì)，要求用集成電路：74LSl48，74LS279，74LS48，74LSl92，NE555，74LS00， 74LSl21 和其它器件等，實(shí)現(xiàn)八路定時(shí)搶答功能。用蜂鳴器作聲電器件，工作電源 Vcc 為+5V。要求完成的主要任務(wù):（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、課程設(shè)計(jì)工作量：1 周內(nèi)完成多路數(shù)字定時(shí)搶答器電路的設(shè)計(jì)、仿真、裝配與調(diào)試。2、 技術(shù)要求： 可同時(shí)供 8 名選手（或代表隊(duì)）參賽，其編號分別是 0 到 7，各用一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應(yīng)。給節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零(編號顯示數(shù)碼管滅燈)和搶答的開始。 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，編號立即鎖存，并數(shù)碼管上顯示選手的編號，同時(shí)揚(yáng)聲器給出聲音提示；同時(shí)封鎖輸入電路，禁止其它選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。 搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間可以由主持人設(shè)定(如 30 秒)。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開始”鍵后，要求定時(shí)器立即進(jìn)行減計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時(shí)間 05 秒左右。 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止；如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，而沒有選手搶答時(shí)，本次搶答無效，系統(tǒng)進(jìn)行短暫的報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，定時(shí)顯示器上顯示 00。確定設(shè)計(jì)方案，按功能模塊的劃分選擇元、器件和中小規(guī)模集成電路，設(shè)計(jì)分電路，畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。3、查閱至少 5 篇近 5 年參考文獻(xiàn)。按武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)工作規(guī)范要求撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告書。全文用 A4 紙打印，圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)范。時(shí)間安排：1） 第 1-2 天，查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)原理。2） 第 3-4 天， 方案選擇和電路設(shè)計(jì)仿真。3） 第 4-5 天， 電路調(diào)試和設(shè)計(jì)說明書撰寫。4） 第 6 天，上交課程設(shè)計(jì)成果及報(bào)告，同時(shí)進(jìn)行答辯。指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名：年月日目錄摘要11.緒論22.設(shè)計(jì)的目的及要求32.1設(shè)計(jì)目的32.2功能要求33.設(shè)計(jì)方案與原理44.電路設(shè)計(jì)54.1單元電路設(shè)計(jì)54.1.1搶答電路設(shè)計(jì)54.1.2定時(shí)電路設(shè)計(jì)84.1.3報(bào)警電路設(shè)計(jì)114.1.4控制電路設(shè)計(jì)134.2搶答器整體電路設(shè)計(jì)165.電路仿真186.電路的焊接與調(diào)試206.元件清單227.心得體會23參考文獻(xiàn)24附錄25武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說明書摘要 本次設(shè)計(jì)采用74系列常用集成芯片和其它器件，完成多路數(shù)字定時(shí)搶答器的設(shè)計(jì)與制作。 該搶答器具有搶答、定時(shí)、報(bào)警三個(gè)功能。當(dāng)主持人將開關(guān)置于“清零”位置時(shí)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，同時(shí)給定時(shí)器預(yù)設(shè)搶答時(shí)間。當(dāng)主持人打開開關(guān)時(shí)，報(bào)警器發(fā)聲提示搶答開始，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器開始在脈沖的觸發(fā)下倒計(jì)時(shí)，如有選手在預(yù)設(shè)的搶答時(shí)間內(nèi)按下?lián)尨疰I，選手顯示器顯示選手編號，報(bào)警器發(fā)聲提示有選手搶答；如無選手在預(yù)設(shè)的搶答時(shí)間內(nèi)搶答，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)至零，報(bào)警器發(fā)聲提示搶答時(shí)間截止，并封鎖搶答器。當(dāng)選手搶答并回答完畢或定時(shí)器倒計(jì)時(shí)至零時(shí)，主持人控制開關(guān)至“清零”位置，電路回復(fù)禁止工作狀態(tài)。關(guān)鍵詞：搶答器，多路，定時(shí)，報(bào)警Abstract This design uses 74 series of common integrated chips and other devices, complete the design and manufacture of multi-channel digital timing responder. The responder has the answer, timing, alarm function three. When the moderator will switch under the clear position, the responder in the forbidden state, also makes the timer preset vies to answer first time. When the host when the switch is on, the alarm sound prompt answer in the beginning, the responder is in working state, the timer begins in the pulse trigger countdown, if players in the default answer in time, press the answer key, players display show contestant numbers, the alarm sound show contestant vies to answer first; if no player in the preset vies to answer first time vies to answer first, timer countdown to zero, alarm sound prompt answer deadline, and the blockade of the responder. When the contestant vies to answer first and answer complete or timer countdown to zero, the host control switch to the clear position, a circuit back work disabled state.Keywords: responder, multiplex, timing, alarm1.緒論搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的電子電器設(shè)備，在各種搶答場合，競賽中，它能迅速客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手以及實(shí)現(xiàn)設(shè)定發(fā)言時(shí)間、記錄分?jǐn)?shù)等功能。早期的搶答器只由幾個(gè)三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能通過發(fā)光管的指示辨認(rèn)出選手號碼，現(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機(jī)和數(shù)字集成電路，并增加了許多新的功能，如選手號碼顯示、搶答前或搶答后的計(jì)時(shí)、選手得分顯示等功能。搶答器在生活中應(yīng)用極其廣泛，作為電工類的學(xué)生，理解搶答器的原理并制作搶答器，具有極高的現(xiàn)實(shí)意義。本次設(shè)計(jì)利用集成芯片設(shè)計(jì)出八路數(shù)字定時(shí)搶答器，搶答器具有搶答、定時(shí)、報(bào)警三個(gè)功能，滿足在小型場合八人在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答的要求。2.設(shè)計(jì)的目的及要求2.1設(shè)計(jì)目的 本課程設(shè)計(jì)的目的是用74系列集成電路和其它器件等設(shè)計(jì)并制作八路定時(shí)搶答器，并用蜂鳴器作聲電器件。2.2功能要求 1.可同時(shí)供 8 名選手（或代表隊(duì)）參賽，其編號分別是 0 到 7，各用一個(gè)搶答按鈕按鈕的編號與選手的編號相對應(yīng)。給節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零(編號顯示數(shù)碼管滅燈)和搶答的開始。 2.搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，編號立即鎖存，并數(shù)碼管上顯示選手的編號，同時(shí)揚(yáng)聲器給出聲音提示；同時(shí)封鎖輸入電路，禁止其它選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。 3.搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間可以由主持人設(shè)定(如 30 秒)。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開始”鍵后，要求定時(shí)器立即進(jìn)行減計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時(shí)間 05 秒左右。 4.參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止；如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，而沒有選手搶答時(shí)，本次搶答無效，系統(tǒng)進(jìn)行短暫的報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，定時(shí)顯示器上顯示 00。3. 設(shè)計(jì)方案與原理 方案原理框圖如下 ：圖 1方案原理框圖工作原理：整個(gè)電路分為搶答電路、定時(shí)電路、報(bào)警電路、控制電路四個(gè)部分，由控制電路協(xié)調(diào)各功能電路之間的工作。接通電源后，主持人將開關(guān)置于“清零”位置，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時(shí)器預(yù)設(shè)時(shí)間；主持人將開關(guān)打開，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲提示。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答按鈕時(shí)，搶答器完成四項(xiàng)工作：優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號；揚(yáng)聲器發(fā)出短暫響聲，提醒節(jié)目主持人注意；控制電路要對輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其他選手再次進(jìn)行搶答；控制電路使定時(shí)器停止工作，定時(shí)顯示器上顯示剩余的搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當(dāng)選手將問題回答完畢，主持人再次將開關(guān)置于“清零”位置，系統(tǒng)恢復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。當(dāng)定時(shí)器倒計(jì)時(shí)至零，卻沒有選手搶答時(shí)，報(bào)警器報(bào)警，搶答電路封鎖，禁止選手超時(shí)后搶答。 方案有控制電路部分，能通過控制電路協(xié)調(diào)各功能電路工作。由上述可見，此方案能更好地滿足設(shè)計(jì)要求，故本設(shè)計(jì)采用此方案。4. 電路設(shè)計(jì)4.1單元電路設(shè)計(jì)4.1.1搶答電路設(shè)計(jì) 搶答電路由優(yōu)先編碼器74LS148、鎖存器74LS279、譯碼器74LS48等集成電路和按鍵開關(guān)、電阻、數(shù)碼管組成，下面先說明集成電路的工作原理，再說明搶答電路的工作原理。 1.集成電路工作原理 （1）74LS148優(yōu)先編碼器工作原理74LS148是8-3線優(yōu)先編碼器，其管腳圖及功能表如下：圖 2 74LS148引腳圖表 1 74LS148功能表輸入輸出11111101111111111110000000100100101001101001001110110100111110001001111110101001111111100100111111111101如圖表所示，為74LS148優(yōu)先編碼器的使能輸入端，低電平有效；-為輸入端；-為輸出端；為使能輸出端，高電平有效；為擴(kuò)展輸出端，是控制標(biāo)志，當(dāng)=0表示編碼輸出，=1表示不是編碼輸出。（2）74LS279鎖存器的工作原理 74LS279鎖存器為4個(gè)鎖存器，其管腳圖及功能表如下：圖 3 74LS279引腳圖表 2 74LS279真值表輸入輸出Q 00110101011保持 如圖表所示，當(dāng)=0，=1時(shí)，Q=1;當(dāng)=1，=0時(shí)，Q=0；當(dāng)=1時(shí)，Q被鎖存在已建立的電平中；當(dāng)=0時(shí)Q為不穩(wěn)定的高電平狀態(tài)。（3）74LS48譯碼器74LS48為BCD-7段譯碼顯示器驅(qū)動(dòng)器，其管腳圖和動(dòng)能表如下：圖 4 74LS48引腳圖 表3 74LS48真值表輸入輸出DBCAabcdefg顯示1100001111111001000110110000110010111011012100111111100131010010110011410101110110115101101001111161011111110000711000111111118110011111101190111111118（亮燈）00000000消隱10000000000000消隱 如圖表所示，/為消隱輸入端（低電平有效），為燈測試輸入端（低電平有效），為脈沖消隱輸入端（低電平有效）。當(dāng)=1，=1，=1，DCBA輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)時(shí)正常譯碼。當(dāng)=0，無論其他輸入為何種狀態(tài)，ag全輸出，顯示“8”；當(dāng)=0時(shí)，ag全為0，數(shù)碼管無顯示。2. 搶答器工作原理搶答器電路圖如圖6所示，主要完成兩個(gè)功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存電平信號，并通過譯碼顯示電路顯示編號；二是在有選手搶答后禁止其他選手的搶答。搶答器工作原理：（1） 主持人將開關(guān)置于“清零”位置，即主持人開關(guān)閉合時(shí)，優(yōu)先編碼器端輸入低電平使能，優(yōu)先編碼器正常工作，八個(gè)輸入端皆輸入高電平，三個(gè)輸出端及端輸出高電平;74LS279鎖存器的四個(gè)RS觸發(fā)器的端輸入低電平，端輸入高電平，Q端皆輸出低電平；74LS48譯碼器的端輸入低電平，譯碼器不工作，顯示器消隱。（2） 主持人打開開關(guān)時(shí)，優(yōu)先編碼器和鎖存器同時(shí)處于工作狀態(tài)，鎖存器的四個(gè)輸入端輸入高電平，端輸入高電平，RS觸發(fā)器保持輸出低電平，譯碼器仍不工作，顯示器消隱。搶答器處于等待工作狀態(tài)。當(dāng)有選手按下?lián)尨鹌鲿r(shí)，如編號6的選手按下?lián)尨鹌?，?yōu)先編碼器=0，=110，鎖存器4Q3Q2Q=110，譯碼器DCBA=0110，經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器顯示“6”。此外，優(yōu)先編碼器=0，鎖存器1Q=1，經(jīng)控制電路輸入優(yōu)先編碼器=1，優(yōu)先編碼器不能工作，進(jìn)而禁止其他選手的搶答信號輸入搶答器，即禁止其他選手搶答。（3） 待搶答選手回答完畢，主持人再次將開關(guān)置于“清零”端，顯示器消隱，搶答電路復(fù)位。 以6號選手搶答為例，搶答器仿真結(jié)果如下圖所示。圖 5 搶答器電路圖4.1.2定時(shí)電路設(shè)計(jì)定時(shí)電路由加減計(jì)數(shù)器74LS192、74LS48譯碼器、定時(shí)器555和電容、電阻、數(shù)碼管組成，下面先說明集成電路及秒脈沖產(chǎn)生電路的工作原理，再說明定時(shí)電路的工作原理。1.集成電路的工作原理 （1）74LS192加減計(jì)數(shù)器工作原理 74LS192是具有置數(shù)和清零功能的同步十進(jìn)制減計(jì)數(shù)器，其引腳圖和真值表如下：圖 6 74LS192引腳圖表 4 74LS192真值表輸入輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01 000000 dcbadcba011加計(jì)數(shù)011減計(jì)數(shù) P0，P1，P2，P3為預(yù)置數(shù)輸入端；Q0，Q1，Q2，Q3為計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)輸出端；為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘的輸入端；為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘的輸入端；為借位輸出端；為進(jìn)位輸出端。 工作原理：R=0，=1，時(shí)鐘從腳輸入，在其上升沿的作用下加計(jì)數(shù)；R=0，=1，時(shí)鐘從腳入，在下降沿的作用下減計(jì)數(shù)；R=0，=0，預(yù)置數(shù)據(jù)P0-P3，;R=1，無條件復(fù)位。 (2)74LS48譯碼器 工作原理見4.1.1。 2. 秒脈沖產(chǎn)生電路的工作原理 秒脈沖產(chǎn)生電路由定時(shí)器555及其外圍電路組成，其電路圖如圖7所示。 定時(shí)器555的3腳輸出脈沖，其計(jì)數(shù)脈沖周期,據(jù)電路參數(shù)可計(jì)算得，符合設(shè)計(jì)要求。 其仿真結(jié)果如圖8所示。圖 7 秒脈沖產(chǎn)生電路圖圖 8 脈沖產(chǎn)生電路仿真結(jié)果圖3.定時(shí)電路工作原理 定時(shí)電路電路圖如圖10所示。 定時(shí)電路主要接收秒脈沖電路輸出的脈沖實(shí)現(xiàn)搶答倒計(jì)時(shí)，同時(shí)輸出端與控制電路相連，實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制。電路圖下面三個(gè)元件組合，計(jì)數(shù)器腳輸入秒脈沖，實(shí)現(xiàn)個(gè)位倒計(jì)時(shí)，上面三個(gè)元件組合，計(jì)數(shù)器腳與下方計(jì)數(shù)器借位端相連，實(shí)現(xiàn)十位倒計(jì)時(shí)。圖 9 定時(shí)電路圖 工作原理：（1） 主持人開關(guān)置于“清零”位置，即主持人開關(guān)閉合時(shí)，R=0，=0，上方計(jì)數(shù)器=0011，下方計(jì)數(shù)器=0000，即向定時(shí)電路預(yù)置搶答時(shí)間30s。（2） 主持人打開開關(guān)，R=0，=1，時(shí)鐘脈沖從腳入，在下降沿的作用下減計(jì)數(shù)，倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示在數(shù)碼管上，如有選手搶答，鎖存器1Q端輸出低電平，并通過控制電路使腳輸入低電平，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間；如無選手搶答，且定時(shí)器倒計(jì)時(shí)至零，數(shù)碼管顯示“00”，十位74LS192計(jì)數(shù)器輸出低電平，通過控制電路封鎖搶答器。4.1.3報(bào)警電路設(shè)計(jì) 報(bào)警電路由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121、電容、電阻、蜂鳴器、三極管組成，下面先說明集成電路的工作原理，再說明報(bào)警電路的工作原理。1. 集成電路的工作原理 （1）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121工作原理 74LS121為采用上升沿或下降沿觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路，內(nèi)部觸發(fā)器TR的邏輯表達(dá)式為,它的引腳圖及真值表如下：圖 10 74LS121引腳圖表 5 74LS121真值表 2.報(bào)警電路工作原理 報(bào)警電路圖如圖11所示。 報(bào)警電路主要由74LS121輸入端接收主持人控制開關(guān)、優(yōu)先編碼器、計(jì)時(shí)器變化時(shí)產(chǎn)生的脈沖，使端輸出低電平，PNP三極管導(dǎo)通，此時(shí)蜂鳴器有電流流過，從而發(fā)聲。 74LS121脈沖寬度T=RCln2，取圖示參數(shù)，T0.5s，符合設(shè)計(jì)要求。圖 11 報(bào)警電路圖 工作原理： （1）如圖所示，主持人控制開關(guān)處接入右邊74LS121的B腳，74121的A1、A2腳接地，當(dāng)主持人開關(guān)由閉合變?yōu)榇蜷_時(shí)，B腳輸入的電平由低電平變?yōu)楦唠娖?，參?4LS121真值表最后一行，腳輸出負(fù)脈沖，PNP三級管在負(fù)脈沖時(shí)導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)聲提示搶答開始。 （2）如電路圖所示，優(yōu)先編碼器EO腳通過與非門接入左邊74LS121的A1腳，計(jì)時(shí)器的腳接入左邊74LS121的A2腳，74LS121的B腳接高電平。有選手搶答時(shí)，EO腳由低電平變?yōu)楦唠娖?，A1腳輸入由高電平變?yōu)榈碗娖?，A2腳為高電平，參照74LS12真值表第六行，此時(shí)腳輸出負(fù)脈沖，PNP三級管在負(fù)脈沖時(shí)導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)聲提示有選手搶答。 （3）如電路圖所示，優(yōu)先編碼器EO腳通過與非門接入左邊74LS121的A1腳，計(jì)時(shí)器的腳接入左邊74LS121的A2腳，74LS121的B腳接高電平。無選手搶答且計(jì)時(shí)器倒計(jì)時(shí)至零時(shí)，腳由高電平變?yōu)榈碗娖?，A2腳輸入由高電平變?yōu)榈碗娖?，參?4LS12真值表第五行，此時(shí)腳輸出負(fù)脈沖，PNP三級管在負(fù)脈沖時(shí)導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)聲提示搶答時(shí)間截止，禁止搶答。4.1.4控制電路設(shè)計(jì) 控制電路由三輸入與門74LS11、兩輸入與非門74LS00組成,實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)各部分電路工作的功能。1.集成芯片 （1）74LS11的邏輯表達(dá)式為,其引腳圖及真值表如下：圖12 74LS11引腳圖表 6 74LS11真值表輸入輸出ABCY0000001111 （2）74LS00的邏輯表達(dá)式為，其引腳圖及真值表如下：圖 13 74LS00引腳圖表 7 74LS00真值表輸入輸出ABY001011101110 2.控制電路基本原理 控制電路圖如圖14所示。 控制電路主要通過74LS11、74LS00兩個(gè)集成芯片控制搶答電路、定時(shí)電路之間協(xié)調(diào)工 作。因控制電路與各功能電路聯(lián)系緊密，故將整體電路圖展出，以便于敘述控制電路原理。 搶答器整體電路圖如圖15所示。圖 14 控制電路圖圖 15 搶答器整體電路圖 工作原理： （1）當(dāng)主持人閉合開關(guān)時(shí)，三與門B輸入001，輸出0，使搶答電路譯碼器不能工作，搶答數(shù)碼管消隱；同時(shí)三與門B輸出接入與非門A,與非門A輸出1，與非門A的輸出接入三與門A及與非門B,使秒脈沖能輸入到定時(shí)電路且優(yōu)先編碼器能正常工作。 （2）當(dāng)主持人打開開關(guān)時(shí)，三與門B輸入110，輸出0，使搶答電路譯碼器不能工作，搶答數(shù)碼管消隱；同時(shí)三與門B輸出接入與非門A,與非門A輸出1，與非門A的輸出接入三與門A及與非門B,使秒脈沖能輸入到定時(shí)電路且優(yōu)先編碼器能正常工作。 （3）當(dāng)有人進(jìn)行搶答時(shí)，三與門B輸入111，輸出1，使搶答電路譯碼器正常工作，搶答數(shù)碼管顯示選手編號；同時(shí)三與門B輸出接入與非門A,與非門A輸出1，與非門A的輸出接入三與門A及與非門B,三與門A輸出0，定時(shí)器停止倒計(jì)時(shí)，優(yōu)先編碼器禁止工作。 （4）當(dāng)無人搶答且倒計(jì)時(shí)倒計(jì)至零時(shí)，計(jì)時(shí)器的腳輸出低電平，輸入三與門A及與非門B，三與門A及與非門B輸出1，禁止計(jì)時(shí)器工作，并封鎖優(yōu)先編碼器。4.2搶答器整體電路設(shè)計(jì) 搶答器整體電路圖如圖16所示。圖 16 搶答器整體電路圖 搶答器整體電路原理：選手的編號分別為0-7，分別對應(yīng)優(yōu)先編碼器的，搶答后顯示器上顯示的分別是0、1、2、3、4、5、6、7。 （1）當(dāng)主持人開關(guān)置于“清零”的位置時(shí)，輸出低電平，定時(shí)電路預(yù)置搶答時(shí)間30s。 74LS279鎖存器的四個(gè)RS觸發(fā)器的端輸入低電平，端輸入高電平，Q端皆輸出低電平，故三與門B輸入000，輸出0，74LS48譯碼器的端輸入低電平，譯碼器不工作，顯示器消隱。 三與門B輸出接入與非門A,與非門A輸出1，與非門A的輸出接入三與門A,使秒脈沖能輸入到定時(shí)電路。 三與門B輸出接入與非門A,與非門A輸出1，與非門A的輸出接入與非門B，優(yōu)先編碼器端輸入低電平使能，優(yōu)先編碼器正常工作，八個(gè)輸入端皆輸入高電平，三個(gè)輸出端及端輸出高電平。 （2）主持人開關(guān)打開時(shí)，輸出高電平，優(yōu)先編碼器和鎖存器同時(shí)處于工作狀態(tài)，鎖存器的四個(gè)輸入端輸入高電平，端輸入高電平，RS觸發(fā)器保持輸出低電平，三與門B輸入110，輸出0，三與門B輸出接入與非門A,與非門A輸出1，與非門A的輸出接入三與門A使秒脈沖能輸入到定時(shí)電路，個(gè)位計(jì)數(shù)器R=0，=1，時(shí)鐘脈沖從腳入，在下降沿的作用下減計(jì)數(shù)，倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示在數(shù)碼管上。三與門B輸出接入與非門A,與非門A輸出1，與非門A的輸出接入與非門B，優(yōu)先編碼器端輸入低電平使能，優(yōu)先編碼器處于待工作狀態(tài)。主持人控制開關(guān)處接入右邊74LS121的B腳，74121的A1、A2腳接地，當(dāng)主持人開關(guān)由閉合變?yōu)榇蜷_時(shí)，B腳輸入的電平由低電平變?yōu)楦唠娖?，參?4LS121真值表最后一行，腳輸出負(fù)脈沖，PNP三級管在負(fù)脈沖時(shí)導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)聲提示搶答開始。 (3)主持人開關(guān)打開，有選手搶答時(shí)，選手搶答信號經(jīng)優(yōu)先編碼器、鎖存器、譯碼器至顯示管顯示對應(yīng)的選手編號。此外，優(yōu)先編碼器=0，鎖存器1Q=1，經(jīng)控制電路輸入優(yōu)先編碼器=1，優(yōu)先編碼器不能工作，進(jìn)而禁止其他選手的搶答信號輸入搶答器，即禁止其他選手搶答。 74LS148的EO腳由低電平變?yōu)楦唠娖剑?4LS121的A1腳輸入由高電平變?yōu)榈碗娖?，A2腳為高電平，參照74LS12真值表第六行，此時(shí)腳輸出負(fù)脈沖，PNP三級管在負(fù)脈沖時(shí)導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)聲提示有選手搶答。 (4)無選手搶答，倒計(jì)時(shí)倒計(jì)至零時(shí)，定時(shí)器數(shù)碼管顯示“00”，十位74LS192計(jì)數(shù)器輸出低電平，通過控制電路封鎖搶答器。計(jì)數(shù)器的 腳由高電平變?yōu)榈碗娖剑?4LS121的A2腳輸入由高電平變?yōu)榈碗娖?，參?4LS12真值表第五行，此時(shí)腳輸出負(fù)脈沖，PNP三級管在負(fù)脈沖時(shí)導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)聲提示搶答時(shí)間截止，禁止搶答。 (5)待搶答選手回答完畢，主持人再次將開關(guān)置于“清零”端，定時(shí)器預(yù)置搶答時(shí)間30s,顯示器消隱，搶答電路復(fù)位。5. 電路仿真 1.主持人開關(guān)置于“清零”的位置時(shí)，搶答顯示器消隱，定時(shí)器預(yù)置搶答時(shí)間30s,電路仿真如圖17所示。圖 17 電路仿真1 2.主持人打開開關(guān)，蜂鳴器發(fā)聲提示搶答開始，定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)，電路仿真如圖18所示。圖 18 電路仿真2 3.有選手搶答時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲提示有選手搶答，搶答顯示器顯示搶答選手編號，定時(shí)器停止倒計(jì)時(shí)，電路仿真如圖19所示。圖 19 電路仿真3 4.無選手搶答，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)至零，蜂鳴器發(fā)聲提示搶答時(shí)間截止，電路仿真如圖20所示。圖 20 電路仿真4 由電路仿真圖可知，仿真電路符合設(shè)計(jì)要求，證明設(shè)計(jì)電路可行。6.電路的焊接與調(diào)試 依整體電路圖焊接實(shí)物，按設(shè)計(jì)原理對焊接實(shí)物進(jìn)行調(diào)試。1.主持人開關(guān)閉合時(shí)，搶答顯示器消隱，定時(shí)器預(yù)置搶答時(shí)間30s,電路實(shí)物如圖21所示。圖 21 電路實(shí)物圖12.主持人打開開關(guān)，蜂鳴器發(fā)聲提示搶答開始，定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)，電路實(shí)物如圖22所示。圖 22 電路實(shí)物圖2 3.有選手搶答時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲提示有選手搶答，搶答顯示器顯示搶答選手編號，定時(shí)器停止倒計(jì)時(shí)，電路實(shí)物如圖23所示。圖 23 電路實(shí)物圖3 4.無選手搶答，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)至零，蜂鳴器發(fā)聲提示搶答時(shí)間截止，電路實(shí)物如圖24所示。圖 24電路實(shí)物圖4 由電路實(shí)物圖知，電路實(shí)物符合設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)完成設(shè)計(jì)任務(wù)。6. 元件清單序號型號名稱數(shù)量備注174LS279鎖存器1工作電壓5V274LS148優(yōu)先編碼器1工作電壓5V374LS48七段譯碼顯示器3工作電壓5V4/共陰極七段數(shù)碼顯示管3工作電壓5V574LS192十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器2工作電壓5V6NE555555計(jì)時(shí)器1工作電壓5V774LS121非重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1工作電壓5V874LS00兩輸入與非門1工作電壓5V974LS11三輸入與門1工作電壓5V108550三極管1工作電壓5V11R1-R101K10用于搶答器電路12R1120K1連接NE555的7腳與8腳13R1268K1連接NE555的6腳與7腳14R13、R1575K2用于報(bào)警電路15R14、R161K2用于報(bào)警電路16C10.01uF1連接NE555的5腳與地17C210uF2接NE555的6腳與地18C3、C410uF1用于報(bào)警電路19S0S7按鍵開關(guān)8供選手搶答20S8單刀雙擲開關(guān)1主持人開關(guān)21/蜂鳴器25V7. 心得體會 本次課程設(shè)計(jì)是在數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)這門課程的考試之后，本來考完數(shù)電，我對自己掌握的數(shù)電知識還是蠻自信的，但真到抽好課設(shè)題目準(zhǔn)備設(shè)計(jì)電路時(shí)，我才發(fā)現(xiàn)自己所學(xué)甚淺。搶答器這個(gè)課題數(shù)電實(shí)驗(yàn)是做過的，當(dāng)時(shí)數(shù)電實(shí)驗(yàn)電路只包括搶答這一功能，電路相對很簡單，可行度極高。但本次設(shè)計(jì)不僅要求搶答電路，還要求有定時(shí)電路、報(bào)警電路，實(shí)話說，當(dāng)時(shí)拿到這個(gè)題目，看到有這么多的設(shè)計(jì)要求，我想換個(gè)設(shè)計(jì)題目，但后來想想每個(gè)題目都不易，堅(jiān)持總會有結(jié)果，便這么堅(jiān)持了下來。我是從設(shè)計(jì)分電路開始本次課程設(shè)計(jì)的，最開始，設(shè)計(jì)搶答電路與定時(shí)電路，這兩個(gè)電路在數(shù)電實(shí)驗(yàn)中做過，雖然芯片多了些，對著功能表還是輕松地設(shè)計(jì)出來。設(shè)計(jì)到報(bào)警電路就出了些小問題，不知道該怎么觸發(fā)使蜂鳴器響確定的時(shí)間，后來查查觸發(fā)器的功能表，再查查網(wǎng)上的設(shè)計(jì)電路，報(bào)警電路就出來了。設(shè)計(jì)電路時(shí)最大的問題是如何讓各個(gè)功能電路協(xié)調(diào)工作，比如說有選手搶答時(shí)，優(yōu)先編碼器得封鎖，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)需停止，蜂鳴器也得發(fā)聲，這不是簡單的單路反饋，而是多路并行反饋，需全方面考慮電路各個(gè)方面的情況，選擇合適而簡單的門電路使各功能電路協(xié)調(diào)工作。最后，我在三個(gè)基本功能可以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上添加了控制電路