多路智力競賽搶答器課程設計

1、信息工程學院課程設計報告書題目: 多路智力搶答器專 業(yè)：電子信息科學與技術 班 級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 楊 慶2012年 12月 25日信息工程學院課程設計任務書 信息工程學院課程設計成績評定表 摘要：此多功能搶答器是基于74LS148，74LS48，74LS192，74LS279，74LS122 ，7439，74LS11，555定時器設計的，由五個部分組成，即搶答電路，定時電路，報警電路，時序控制電路，包含置數(shù)、30s 倒計時、開啟、暫停、連續(xù)、清零以及點聲光報警等主要功能，也能完成一個八路完整的搶答系統(tǒng)，能用于各種競賽，辯論賽以及娛樂節(jié)目等場合，稍微改一下便可以拓展為16路

2、搶答器，反應迅速，功能靈敏。關鍵字：搶答電路 定時器 報警電路 時序控制目錄1搶答器的任務提出 . . 61.1基本功能 . 61.2擴展功能 . 6 2搶答器的框圖框圖構(gòu)建 . . 7 3具體電路設計 . . 73.1搶答電路設計 . 7 3.2定時電路設計 . 9 3.3報警電路設計 . 10 3.4時序控制電路設計 . 10 3.5整體電路設計 .11 4芯片資料 . . 144.1 74LS148芯片資料. 144.2 74LS48芯片資料 . 15 4.3 74LS192芯片資料 . . 16 4.4 74LS279芯片資料 . 17 4.5 74LS122芯片資料 . . 19 4

3、.6 7439芯片資料 . 20 4.7 74LS11芯片資料 . 20 4.8 555芯片資料 . 21 5元件清單 . . 22 6總結(jié) . . 23 7參考文獻 . . 241搶答器的任務提出 1.1基本功能設計一個智力競賽搶答器，可同時供8人或8隊參加比賽，它們的編號分別是0，1，2，3，4，5，6，7，各用一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應，分別是S0, S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7.給節(jié)目主持人設置一個控制開關，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，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并在L

4、ED 數(shù)碼管上顯示出選手的編號，同時揚聲器給出音響提示。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擴展功能搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間可由主持人設定（如30s 。當節(jié)目主持人按下“開始”按鈕后，要求定時器立即開始倒計時，并在顯示器上顯示，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時間0.5秒左右。參賽選手在設定的時間內(nèi)搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器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。如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答，則本次搶答無效，系統(tǒng)短暫報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器上顯示

5、“00”。2搶答器的框圖框圖構(gòu)建定時搶答器的總體框圖如圖所示，他有主體電路和拓展電路兩部分組成，主體電路完成基本的強答功能，即開始搶答后，當選手按動搶答按鈕時，能顯示選手的編號，能同時封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴展電路完成定時搶答的功能。如圖所示定時搶答電路的工作過程是：接通電源時，節(jié)目主持人將開關置于“清除”位置，搶答器處于禁止功能工作狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時顯示器上顯示設定的時間，當節(jié)目主持人宣布搶答題目后，說一聲“搶答開始”，同時控制開關撥到“開始”的位置，揚聲器給出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，定時器倒計時。定時器時間到，卻沒有選手搶答時，系統(tǒng)報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時

6、后搶答。當選手在定時時間內(nèi)按動搶答按鈕時，搶答器要完成以下四項工作：優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號，并由鎖存器進行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號；揚聲器發(fā)出短暫聲響，提醒提醒節(jié)目主持人注意；控制電路要對輸入編碼電路進行封鎖，避免其他選手再次進行搶答； 控制電路要使定時器停止工作，時間顯示器上顯示剩余的搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當選手回答問題完畢時，主持人操作控制開關，使系統(tǒng)回復到禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答。 圖1：定時搶答器總體框圖3具體電路設計 3.1搶答電路設計搶答電路的功能有兩個：一是能分辨選手按鈕的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選

7、手的按按鈕操作無效。選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS 鎖存器74LS279可以完成上述功能，電路圖如下圖所示。 圖2：搶答電路其工作原理是：當主持人控制開關處于" 清零" 位置時，RS 觸發(fā)器的R 端為低電平，輸出端（1Q4Q）全部為低電平，于是74LS48的BI#為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。當主持人開關撥到“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I0#I7#的輸入信號，當有選手將按鈕按下時（如按下S5），74LS148的輸出Y2#Y1#Y0#=0

8、10，Yex=0，經(jīng)RS 鎖存器后，CTR=1，BI#=1，74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101，經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器上顯示輸出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST#端為高電平，74LS48譯碼后，顯示器上顯示按鈕的輸入。當按下的按鈕松開后，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)，其他按鈕的輸入信號不會被接收。保證搶答者的優(yōu)先性及搶答的準確性。當優(yōu)先搶答者回答完問題后，由主持人操作控制開關S ，使搶答電路復位，以便進行下一輪搶答。 3.2定時電路設計圖3：可預置時間的定時電路節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易

9、程度，設定一定的搶答時間，通過預置時間電路對計數(shù)器進行預置，選用十進制同步加/減計數(shù)器74LS192進行設計，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。具體電路如圖定時電路圖所示。3.3報警電路設計由555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖所示。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率 F=1/（R1+2*R2）Cln21.43/(R1+2*R2C其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。PR 為控制信號，當PR 為高電平時，多諧振蕩器工作；反之，電路停振。 圖4：報警電路3.4時序控制電路設計時序控制電路是搶答器設計的關鍵，他要完成以下三項功能。主持人將控制開關撥到“開始”位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時器電路進入正

10、常搶答工作狀態(tài)。當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時器電路停止工作。當設計的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。根據(jù)上面的功能要求以及圖2及圖3設計的時序邏輯控制電路如圖5所示。圖中，門U11：A 的作用是控制時鐘信號CP 的放行和禁止，門U8：C 控制74LS148的輸入使能ST#。圖5左所示電路的原理是：主持人控制開關從“清除”位置撥到“開始”位置時，來自于圖2所示的74LS279的輸出CTR=0，經(jīng)反相器U12反向，A=1，則從555輸出端來的時鐘信號CP 能加到74LS192的CPd 時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。同時，在定時時間未到時

11、，來自圖3所示的74LS192的借位輸出端BO2#=1，門U8：C 的ST#=0，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求。當選手在定時時間內(nèi)按動搶答器按鈕時，CTR=1，經(jīng)反相器U12反向，A=0，封鎖CP 信號，定時器處于保持狀態(tài)；同時，門U8:C的輸出ST#=1，74LS148處于禁止狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求。當定時時間到，來自74LS192的BO2#=0，ST#=1， 1174LS148處于禁止狀態(tài)，禁止選手進行搶答。同時，門U11：A 處于關閉狀態(tài)，封鎖CP 信號，使定時電路保持在00狀態(tài)不變，從而實現(xiàn)功能 的要求。74LS122用于控制報警電路及發(fā)生的時間。圖5：時序控

12、制電路3.5整體電路設計經(jīng)過以上各個單元電路的設計，可以得到如下定時搶答器的整機電路 12圖6：定時搶答器的主題邏輯電路初始化運行時電路圖如下圖7：初始化運行時電路有選手搶答時的電路（選手4搶答后，定時器停止計時并顯示當前時間，此后別的選手再搶答時無效） 13144芯片資料4.1 74LS148芯片資料8線3線優(yōu)先編碼器簡要說明： 148為8線3線優(yōu)先編碼器，共有54/74148和54/74LS148兩種線路結(jié)構(gòu)型式，其主要電特性的典型值如下：148將8條數(shù)據(jù)線（07）進行3線(4-2-1二進制（八進制）優(yōu)先編碼，即對最高位數(shù)據(jù)線進行譯碼。 利用選通端（EI ）和輸出選通端（EO ）可進行八進

13、制擴展。管腳圖：引出端符號：07 編碼輸入端(低電平有效EI 選通輸入端(低電平有效 A0、A1、A2 編碼輸出端(低電平有效GS 寬展端(低電平有效EO 選通輸出端 功能表： 15說明：H 高電平 L 低電平 X 任意極限值：電源電壓-7V 輸入電壓74LS148 -7V 發(fā)射極間電壓54/74148的兩編碼輸入-5.5V工作環(huán)境溫度54×××- 55125 74×××-070 貯存溫度- 65150 邏輯圖 4.2 74LS48芯片資料7段顯示譯碼器74LS48是輸出高電平有效的譯碼器，其真值表如表1。 74LS48/SN74LS

14、48 引腳功能圖工作電壓：5V74LS48除了有實現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA ）和輸出（Y a Yg ）端外，7448還引入了燈測試輸入端（LT ）和動態(tài)滅零輸入端（RBI ），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。 由7448真值表可獲知7448所具有的邏輯功能：（1）7段譯碼功能（LT=1，RBI=1） 在燈測試輸入端（LT ）和動態(tài)滅零輸入端（RBI ）都接無效電平時，輸入DCBA 經(jīng)7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動信號，顯示相應字符。除DCBA = 0000外，RBI 也可以接低電平，見表1中116行。 （2）消隱功能（

15、BI=0） 此時BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號時，表1倒數(shù)第3行，無論LT 和RBI 輸入什么電平信號，不管輸入DCBA 為什么狀態(tài)，輸出全為“0”，7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動態(tài)顯示。 （3）燈測試功能（LT = 0） 此時BI/RBO端作為輸出端， 端輸入低電平信號時，表1最后一行，與 及DCBA 輸入無關，輸出全為“1”，顯示器7個字段都點亮。該功能用于7段顯示器測試，判別是否有損壞的字段。 （4）動態(tài)滅零功能（LT=1，RBI=1） 此時BI/RBO端也作為輸出端，LT 端輸入高電平信號，RBI 端輸入低電平信號，若此時DCBA = 0000，表1倒數(shù)第2行

16、，輸出全為“0”，顯示器熄滅，不顯示這個零。DCBA 0，則對顯示無影響。該功能主要用于多個7段顯示器同時顯示時熄滅高位的零。4.3 74LS192芯片資料74LS192是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示 圖中：為置數(shù)端，為加計數(shù)端，為減計數(shù)端，為非同步進位輸出端， 為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。 4.4 74LS279芯片資料74279四/R-/S 鎖存器簡要說明:279為四個/R-/S 鎖存器，共有54/74279 和54/74LS279 兩種線路結(jié)構(gòu)型式其

17、主要電器特性的典型值如下(不同廠家具體值有差別:型號 tPD PD54279/74279 12ns 90mW54LS279/74LS279 12ns 19mW四個鎖存器中有 2 個具有2 個置位端（/SA/SB）。當/S 為低電平，/R 為高電平時，輸出端Q 為高電平。當/S 為高電平，/R為低電平時，Q 為低電平。當/S 和/R 均為高電平時，Q 被鎖存在已建立的電平。 當/S 和/R 均為低電平時，Q 為不穩(wěn)定的高電平狀態(tài)。對/SA和/SB，/S的低電平表示/SA和/SB只要有一個為低電平，/S的高電平表示/SA和/SB均為高電平。引出端符號：1Q4Q 輸出端/1S/4S 置位端（低電平有

18、效）/1R/4R 復位端（低電平有效）外部管腿圖：邏輯圖：極限值:電源電壓 . 7V輸入電壓54/74279 . 5.5V54/74LS279 . 7V截止態(tài)時流入輸出端電流 . 1mA工作環(huán)境溫度54XXX . -5512574XXX . 070存儲溫度 . -65150推薦工作條件：54279/74279 54LS279/74LS279最小 額定 最大 最小 額定 最大單位54 4.5 5 5.5 4.5 5 5.5 電源電壓Vcc 74 4.75 5 5.25 4.75 5 5.25 V輸入高電平電壓ViH 2 2 V54 0.8 0.7 輸入低電平電壓ViL 74 0.8 0.8 V輸

19、出高電平電流IOH -800 -400 uA54 16 4 輸出低電平電流IOL 74 16 8 mA靜態(tài)特性（TA 為工作環(huán)境溫度范圍）279 LS279 參數(shù) 測 試 條 件【1】最小最大 最小 最大單位V Iik=-12mA 1.5 V IK輸入嵌位電壓Vcc=最小Iik=-18mA -1.554 2.4 2.5VOH 輸出高電平電壓Vcc 最小，VIL 最大，VIH=2V，IOH 最大74 2.4 2.7V54 0.4 0.4VOL 輸出低電平電壓Vcc=最小，VIL 最大，VIH=2VIOL=最大74 0.4 0.5 VII 最大輸入電壓時輸入VI=5.5V 1電流Vcc 最大VI=

20、7V 0.1 mAI VIH=2.4V 40 IH輸入高電平電流Vcc 最大VIH=2.7V 20 uAIIL 輸入低電平電流Vcc 最大VIL 0.4V -1.6 -0.4 mA54 -18 -55 -20 -100IOS 輸出短路電流Vcc 最大74 -18 -57 -20 -100mAIcc 電源電流Vcc 最大所有/R 接地，所有/S 接4.5V 30 7 mA1: 測試條件中的“最小”和“最大”用推薦工作條件中的相應值。動態(tài)特性(TA=25279 LS279 參數(shù)【2】測試 條 件最大 最大單位tPLH 22 22 nstPHL/S 到Q 15 21 nstPHL /R 到QVcc

21、=5VCL=15pFRL=400(LS279 為2K 27 27 ns4.5 74LS122芯片資料 4.6 7439芯片資料7439 TTL 開路輸出2輸入端四與非緩沖器 4.7 74LS11芯片資料7411 TTL 3輸入端3與門簡要說明11 為三組 3 輸入端與門（正邏輯），共有 54/74H11、54/74S11、54/74LS11 三種線路 結(jié)構(gòu). 式，其主要電特性的典.值如下： 引出端符號1A 3A 輸入端1B 3B 輸入端1C 3C 輸入端1Y 4Y輸出端 工作環(huán)境溫度 54XXX -55125 74XXX 070 存儲溫度 . -65150 功能表: 4.8 555 芯片資料 555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。 一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器 556/7556。 555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅(qū)動 電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。 21 5 元件清單 74LS148 2片 74LS48 4片 74LS192 2片 74LS279 2片 74L