十六路搶答器設(shè)計(jì)

1、Proteus仿真設(shè)計(jì)課題： 十六路搶答器 系部： 班級： 姓名： 指導(dǎo)老師： 前 言隨著經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多競爭場合要求有快捷公正的競爭裁決，智力競賽更是作為一種生動活潑的教育形式和方法能夠引起觀眾極大的興趣。為了公正，就要有一種邏輯電路搶答器作為裁判員?？梢姄尨鹌髟谌藗兊纳钪姓加性絹碓街匾奈恢谩；趐roteus仿真軟件，結(jié)合數(shù)電模電所學(xué)知識設(shè)計(jì)簡易16路搶答器。該系統(tǒng)是由數(shù)字電路的單元電路組成大型綜合系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)，搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示功能 ，當(dāng)某一路搶答成功時，放光二極管立即點(diǎn)亮，并在數(shù)碼管上顯示該路的號數(shù)，直到主持人按復(fù)位開關(guān)為止，其他人再搶答無效該系統(tǒng)具有簡單，容易

2、操作等特點(diǎn)。目 錄第一章 搶答器的設(shè)計(jì)要求與功能41.1 仿真設(shè)計(jì)要求41.2 仿真設(shè)計(jì)功能41.2.1 基本功能41.2.2 擴(kuò)展功能4第二章 搶答器的組成62.1 搶答器組成框圖62.2 各個電路的組成6第三章 搶答器的電路設(shè)計(jì)73.1 搶答電路73.1.1 優(yōu)先編碼電路93.1.2 4位二進(jìn)制/BCD碼變換電路113.2 計(jì)時電路123.2.1 555構(gòu)成的多諧振蕩器133.2.2 74LS192構(gòu)成的遞減計(jì)數(shù)器153.3 報警電路17第四章 仿真結(jié)果18總結(jié)21參考資料22 第一章 搶答器的設(shè)計(jì)要求及功能 1.1 仿真設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)一個競賽搶答器，可同時供十六名選手或代表隊(duì)參加比賽

3、；（2）給節(jié)目主持人設(shè)置一個控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（編號顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答器的開始；（3） 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示功能 ，當(dāng)某一路搶答成功時，放光二極管立即點(diǎn)亮，并在數(shù)碼管上顯示該路的號數(shù)，直到主持人按復(fù)位開關(guān)為止，其他人再搶答無效；1.2 仿真設(shè)計(jì)功能1.2 1基本功能(1) 可同時15名選手參加比賽，他們的編號分別是1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16各用一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應(yīng)，分別是S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8，S9，S10，S11，S12，S13，S14，S15，S16。(2) 節(jié)目主持

4、人設(shè)置一個控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零和搶答的開始。(3) 數(shù)字搶答器應(yīng)具有數(shù)碼鎖存、顯示功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示選手的編號，同時揚(yáng)聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。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。1.2 2擴(kuò)展功能（1）搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答時間可以由主持人設(shè)定（如30s）。當(dāng)節(jié)目按下“開始”按鈕后，要求定時器立即倒計(jì)時，并在顯示器上顯示，同時“滴”的聲響；（2）參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答時刻的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止；

5、（3）如果定時器的時間已到，卻沒有選手回答，則本次搶答無效，系統(tǒng)短暫報警，并封鎖輸入電路禁止選手超時搶答，時間顯示器上顯示00。第二章 搶答器組成框圖2.1搶答器組成框圖 搶答器組成總框圖如圖1所示。圖1 搶答器組成框圖2.2各個電路的組成（1） 搶答電路由按鍵開關(guān)，優(yōu)先編碼電路74LS148，鎖存器74LS279組成。（2） 定時電路由秒脈沖產(chǎn)生電路NE555，同步計(jì)數(shù)器74LS192組成。（3） 控制電路用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121和一些門電路實(shí)現(xiàn)。第三章 搶答器的電路設(shè)計(jì)3.1搶答電路搶答電路的功能有兩個：一是能分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是要使其他

6、選手的按鍵操作無效。選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能，其電路組成如下圖所示。其工作原理是：當(dāng)主持人控制開關(guān)處于“清除”位置時，RS觸發(fā)器的端為低電平，輸出端（4Q1Q）全部為低電平，于是74LS48的BI=0，顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端ST=0，74LS148處于工作狀態(tài)，此時鎖存電路不工作，當(dāng)主持人開關(guān)撥到“開始”位置時，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端S1S15輸入信號，當(dāng)有選手將鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出Y2Y1Y0=010，GS=0，經(jīng)RS鎖存器后，CTR=1，BI=1，74

7、LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101，經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器顯示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的EI端為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其他按鍵的輸入。當(dāng)按下的鍵松開后，74LS148的YEX為高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài)，其他按鍵的輸入信號不會被吸收，這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問題后，由主持人操作控制開關(guān)S，使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪。搶答電路如圖2所示。圖2 搶答電路圖3.1.1優(yōu)先編碼電路根據(jù)要求，用兩片優(yōu)先編碼器74LS148級連組成。由74LS148的功能表

8、可以看出當(dāng)高位片處于工作狀態(tài)且沒有輸入時，Y2,Y1, Y0, YEX都是1，Y S為0 ，低位片也處于工作狀態(tài)。當(dāng)高位片有輸入時，YS=1 =ST，所以低位片處于封鎖狀態(tài)，同時兩片的輸出YS=1，高位片YEX為0，低位片的YEX為1。當(dāng)?shù)臀黄幂斎霑r，高位片的YS=0，低位片的YS=1，高位片YEX為1，低位片的YEX為0。由 ZYEX=YEX1·YEX2 Z0=Y01·Y02 Z1=Y11·Y12 Z2=Y21·Y22 Z3= 可以得到當(dāng)ST=0時，即74LS148處于工作狀態(tài)時，不論是低位片還用高位片有輸入時，ZYEX都為0，當(dāng)沒有輸入時，ZYEX

9、為1。當(dāng)高位片有輸入時，Z3為0，當(dāng)?shù)臀黄休斎霑r，Z3為1，當(dāng)ST為1時，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，Z3為1。輸入輸出STS0S1S2S3S4S5S6S7Y2Y1Y0YEXYS1××××××××1111101111111111110001111111111010×0111111110010××011111101010×××01111100010××××0111011010×××&

10、#215;×011010010××××××01001010×××××××000001表1 74LS148功能表基本R-S觸發(fā)器邏輯等號與波形圖RS觸發(fā)器的端為低電平，由于74LS148沒有輸入，都為1，所以輸出端（4Q1Q）全部為0。由與門電路組成，由于用15路選擇，4位二進(jìn)制數(shù)表示的十進(jìn)制數(shù)的范圍為015，其8421BCD碼需用5位二進(jìn)制數(shù)表示，它們之間的對應(yīng)關(guān)系如下表.當(dāng)74LS148有輸入，相應(yīng)的為0，所對應(yīng)的輸出端變?yōu)?，當(dāng)輸入退出時，重新變?yōu)?，

11、而對應(yīng)的輸出端保持1不變，實(shí)現(xiàn)了鎖存的功能。當(dāng)ZYEX為0時，Q的輸出為1， Q=ST=1，所以令74LS148處于禁止工作狀態(tài)，使其他按鍵的輸入信號不會被吸收，這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問題后，由主持人操作控制開關(guān)S，使搶答電路復(fù)位（即令=0），以便進(jìn)行下一輪搶答。由于74LS148沒有輸入，都為1，所以輸出端（4Q1Q當(dāng)74LS148有輸入，相應(yīng)的為0，所對應(yīng)的輸出端變?yōu)?，當(dāng)輸入退出時，重新變?yōu)?，而對應(yīng)的輸出端保持1不變，實(shí)現(xiàn)了鎖存的功能。當(dāng)ZYEX為0時，Q的輸出為1， Q=ST=1，所以令74LS148處于禁止工作狀態(tài)，使其他按鍵的輸入信號不會

12、被吸收，這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問題后，由主持人操作控制開關(guān)S，使搶答電路復(fù)位（即令=0），以便進(jìn)行下一輪搶答。表2、鎖存器74LS74真值表輸入輸出Q11Q0011 10000× 3.1.2 4位二進(jìn)制/BCD碼變換電路由與門電路組成，由于用15路選擇，4位二進(jìn)制數(shù)表示的十進(jìn)制數(shù)的范圍為015，其8421BCD碼需用5位二進(jìn)制數(shù)表示，它們之間的對應(yīng)關(guān)系如下表.表3 4位二進(jìn)制/BCD碼變換電路真值表二進(jìn)制數(shù)BCD碼Z3Z2Z1Z0D10D03D02D01D00000000000010001000012001000010300110001140

13、10000100501010010160110001107011100111810000100091001010011010101000011101110001121100100101311011001114111010100151111101013.2計(jì)時電路計(jì)時電路要實(shí)現(xiàn)的功能為0-99秒任意可調(diào)倒計(jì)時。采用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)倒計(jì)數(shù)，用555實(shí)現(xiàn)秒脈沖輸出到計(jì)數(shù)器，再用計(jì)數(shù)器和數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)時間的顯示。調(diào)整時間采用電子開關(guān)，同樣利用計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過查閱資料，采用74LS192作為計(jì)數(shù)器，用555構(gòu)成多諧震蕩電路，譯碼器采用4511。74LS192為雙時鐘可加減10進(jìn)制計(jì)數(shù)器。帶有預(yù)置數(shù)和清零功能圖3

14、 計(jì)時電路圖3.2.1 555構(gòu)成的多諧振蕩器把555的2，6腳接在一起，根據(jù)對555組成原理圖的分析可知，電容上的電壓將在到之間變化。電路的工作波形如下圖所示 圖4 電容和輸出電壓的波形圖 圖5 555構(gòu)成的多諧振蕩器原理圖 從圖中看出，輸出電壓Vo的低電平時間為電容上電壓Vc從減少到所需要的時間，Vo的高電平時間Vc為電容上電壓從增大到所需要的時間，電路的振蕩周期和頻率計(jì)算如下 (1) (2) (3) (4)取=15K, =68K, C=10uF, 可得振蕩頻率為所以, T=1s 。3.2.2 74LS192構(gòu)成的遞減計(jì)數(shù)器（1）74LS192工作方式74LS192功能表如表4-5所示，其

15、邏輯圖如下圖所示其中為清零端；是置數(shù)端；為預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端；為減計(jì)數(shù)時鐘輸入端；為加計(jì)數(shù)時鐘輸入端；是進(jìn)位輸出端，當(dāng)加計(jì)數(shù)到最大值時，發(fā)出一個低電平信號（平時為高電平）；為減計(jì)數(shù)借位輸出端，當(dāng)減計(jì)數(shù)當(dāng)零時，發(fā)出一低電平信號（平時為高電平）；和負(fù)脈沖寬度等于時鐘脈沖低電平寬度。由表4-5知，74LS192共有以下5種工作方式：a. 異步清零當(dāng)時，數(shù)據(jù)輸出端立即被置為0；b. 異步并行置數(shù)當(dāng)，時，的數(shù)據(jù)將立即分別被所接收；c. 加計(jì)數(shù)當(dāng)，時，時鐘脈沖上升沿到來時，實(shí)現(xiàn)加計(jì)數(shù)；d. 減計(jì)數(shù)當(dāng)，時，時鐘脈沖上升沿到來時，實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)功能；e. 保持當(dāng)=1，時，計(jì)數(shù)器處于保持工作方式；（2）74LS192電

16、路原理圖74LS192是十進(jìn)制可編程同步加/減計(jì)數(shù)器，采用8421碼二-十進(jìn)制編碼，并具有直接清零，置數(shù)，加/減計(jì)數(shù)功能。由74LS192構(gòu)成的遞減計(jì)數(shù)器的電路原理圖如下所示 圖6 74LS192構(gòu)成的遞減計(jì)數(shù)器3.3報警電路要求當(dāng)主持人按下“復(fù)位”按鈕時，發(fā)出“滴”的聲響，當(dāng)主持人按下“開始搶答”按鈕時，也發(fā)出“滴”的聲響，當(dāng)有人搶答時發(fā)出“滴”的聲響，當(dāng)計(jì)時為00卻沒人搶答時也發(fā)出“滴”的聲響。揚(yáng)聲器是由555振蕩器控制的，只要555的“TR”為低電平就會導(dǎo)致輸出Q為高電平，這樣揚(yáng)聲器就會發(fā)出報警聲，而要當(dāng)有選手搶答、開始搶答、復(fù)位、倒計(jì)時為00時都會使“TR”為低電平，會讓揚(yáng)聲器短暫報警

17、.圖7 報警電路 第四章 仿真結(jié)果4.1電路總圖圖8 16路搶答器總設(shè)計(jì)圖4.2設(shè)計(jì)計(jì)時時間為30秒 圖9 計(jì)時時間4.3 開始搶答按鍵和復(fù)位按鍵當(dāng)按下開始搶答按鍵時，計(jì)時模塊開始計(jì)時；當(dāng)按下復(fù)位按鍵時計(jì)時模塊恢復(fù)為30秒圖10 開始搶答按鍵4.4 搶答按鈕當(dāng)開始搶答后，按下S10按鈕圖11 搶答按鍵4.5搶答結(jié)果圖12 搶答結(jié)果顯示總 結(jié)完成這次課程設(shè)計(jì)我覺得收獲很多，不但進(jìn)一步掌握了數(shù)電的知識及相關(guān)專業(yè)仿真軟件的基本操作，還提高了自己的設(shè)計(jì)能力及動手能力。理論知識的不足在這次實(shí)習(xí)中表現(xiàn)的很明顯。這將有助于我今后更加明確學(xué)習(xí)的方向，可認(rèn)識到自己的不足，確定自己的目標(biāo)，從而更加努力的學(xué)習(xí)。只有這樣我們才能真正的去掌握它，真正的去運(yùn)用它。雖然只是初步學(xué)會了數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)，離真正掌握還有一定距離，但確實(shí)令我收益匪淺，因?yàn)槲矣袑W(xué)到了課本以外的很多知識，作為一個電子專業(yè)的學(xué)生，我深刻體會到課程設(shè)計(jì)的重