四路抢答器设计报告

电子课程设计

题目：抢答器电路设计

系别：电气与电子工程系

专业：自动化

姓名：

学号：

指导教师：奥特曼

河南城建学院

2011年6月19日

一、设计目的

1、学习数字电路中的优先编码器、锁存器 、多谐振荡器、译码器、数据显示管 的综合应用。

2、熟悉抢答器的工作原理

3、了解数字系统设计，调试及故障排除方法。

二、设计要求

1、四组参赛者进行抢答，当抢答组按下抢答按钮时，抢答器能准确的判断 出抢答者。

2、抢答器应具有互锁功能，及某组抢答后能自动封锁其他各组进行抢答。

3、抢答器应具有限时功能，及限制抢答时间、答题时间等，要求显示时间 数据。

4、系统具有一个总的复位开关。

三、电路的总体结构 1，方案比较 一， 方案一

1、电路的总体原理框图

抢答电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 来完成。该电路主要完

定时电路

译码器电路

显示电路

秒脉冲产生电路

优先编码器电路

控制电路

抢答按钮

锁存器

主持人控制开关

译码器

显示电路

成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。

定时电路原理及设计：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和1个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图所示。一块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在七段数码显示管上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，同时以后选手抢答无效。结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得，即秒脉冲。

二，方案二

抢答电路：使用74ls175作为锁存电路，当有人抢答时，利用锁存器的输出信号号将时钟脉冲置零，74ls175立即被锁存，这时抢答无效，使用74ls148作为编码器，对输入的型号进行编码，输出4位的BCD码，再将这四位的BCD 码输入共阴数码管里显示出抢答者的编号。

主持人电路：；利用74ls190计数器作为倒计时的芯片，当主持人按下抢答按钮时，74ls190被置九，同时将显示上次抢到题目的选手编号的数码管清零，并开始倒计时，，并通过74ls48编码器将即时时间进行编码，并送到7段共阴数码管，显示此时的时间。假如在9秒内有人抢答，则计数器停止倒计时，将锁存器锁存，禁止选手抢答，停止倒计时。

方案更加简洁,易行而且使用到的元器件也都是我们常用到的一些元件，比如，555，74ls148以及开关电容电阻与方案二比较闲的更简单明了。

这里我们选择方案一

2，单元电路设计

(1)抢答电路设计

设计电路如图所示。电路选用优先编码器74LS148 和锁存器74LS297 来完

成。该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。

工作过程：开关S接地端时，74LS279D输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端（图中5号端）＝0，使之处于工作状态。当开关S置于key=space时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下第四个开关时），74LS148的输出经74LS279锁存后，CTR=1,RBO(图中4端) =1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=100,经译码显示为“4”。此外，CTR＝１，使74LS148 优先编码工作标志端（图中5号端）＝１，处于禁止状态，封锁其他

按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的此时由于仍为CTR＝１，使优先编码工作标志端（图中5号端）＝１，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置地端然后再进行下一轮抢答。74LS148为8线－3线优先编码器，下表为其功能表。

（2）定时电路设计

节目主持人根据抢答器的难易程度，设计一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。具体电路如图。

原理及设计：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和1个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图所示。一块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。按键弹起来后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管上，当有同学抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，同时以后选手抢答无效。结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得，即秒脉冲。

（3）时序控制电路设计

时序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，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按键时，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，定时和定时电路停止工作。

根据上面的功能要求，设计的时序控制电路如（图5）所示。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11、4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，来自于（图2）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，=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。

（3），元件选择

序号

器件名

称

数量备注

1 74LS14

8

1 优先编码器

2 74LS19

2 1 同步减法计数

器

3 555定时

器1 连接成多谐振

荡与秒时钟脉冲

4 74LS22 1 与非门

5 74LS04 1 非门

6 74LS08 1 与门

7 74LS48 2 译码器

8 开关按

纽S

5

9 BCD七段

显示器

2 共阴极 10 电容

3 ，

11 电阻17

12 发光二

1

极管

（4）整体电路

见附图

（5）抢答器工作原理

抢答电路：使用74ls279作为锁存电路，当有人抢答时，利用锁存器的输出信号号将时钟脉冲置零，74ls279立即被锁存，这时抢答无效，使用74ls148作为编码器，对输入的型号进行编码，输出4位的BCD码，再将这四位的BCD 码输入共阴数码管里显示出抢答者的编号。

主持人电路：；利用74ls192计数器作为倒计时的芯片，当主持人按下抢答按钮时，74ls192被置九，同时将显示上次抢到题目的选手编号的数码管清零，并开始倒计时，，并通过74ls48编码器将即时时间进行编码，并送到7段共阴数码管，显示此时的时间。假如在9秒内有人抢答，则计数器停止倒计时，将锁存器锁存，禁止选手抢答，停止倒计时。

（6）主要元件功能介绍

一、74LS148功能介绍

在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器时，已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。在同时存在两个或两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不起作用。74148是一个八线-三线优先级编码器。

如图所示的是八线-三线编码器74148的管脚图引脚图。

图6

二、74LS192功能介绍

74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。

CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。

LD为预置输入控制端，异步预置。

CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。

CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出。

BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。

图7

3，74LS48引脚图及功能表

74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中，下面我就给大家介绍一下这个元件的一些参数与应用技术等资料。

<74ls48引脚图>

74ls48引脚功能表—七段译码驱动器功能表

十进数或功能

输入

BI/RBO

输出

备注LT RBI D C B A a b c d e f g

0 H H 0 0 0 0 H 1 1 1 1 1 1 0

1 1 H x 0 0 0 1 H 0 1 1 0 0 0 0

2 H x 0 0 1 0 H 1 1 0 1 1 0 1

3 H x 0 0 1 1 H 1 1 1 1 0 0 1

4 H x 0 1 0 0 H 0 1 1 0 0 1 1

5 H x 0 1 0 1 H 1 0 1 1 0 1 1

6 H x 0 1 1 0 H 0 0 1 1 1 1 1

7 H x 0 1 1 1 H 1 1 1 0 0 0 0

8 H x 1 0 0 0 H 1 1 1 1 1 1 1

9 H x 1 0 0 1 H 1 1 1 0 0 1 1

10 H x 1 0 1 0 H 0 0 0 1 1 0 1

11 H x 1 0 1 1 H 0 0 1 1 0 0 1

12 H x 1 1 0 0 H 0 1 0 0 0 1 1

13 H x 1 1 0 1 H 1 0 0 1 0 1 1

14 H x 1 1 1 0 H 0 0 0 1 1 1 1

15 H x 1 1 1 1 H 0 0 0 0 0 0 0

BI x x x x x x L 0 0 0 0 0 0 0 2

RBI H L 0 0 0 0 L 0 0 0 0 0 0 0 3

LT L x x x x x H 1 1 1 1 1 1 1 4 4, 74LS279 功能

74LS279就是4R-S触发器，每片上有四路R-S触发器。每路R-S触发器有R和S两个输入和一个输出端Q。当S输入低电平（0）时，输出Q为低电平（0）；当S输入高电平（1）时，如果R输入低电平（0），则Q为高电平（1）；当S输入高电平（1）时，如果R输入低电平（1），则Q保持不变。如下图——

5，555的工作原理

它含有两个电压比较器，一个基本RS 触发器，一个放电开关T ，比较器

的参考电压由三只5K Ω的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比

较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为Vcc 32和Vcc 3

1

。C1和C2的

输出端控制RS 触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过Vcc 3

2

时，

触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信

号自2脚输入并低于Vcc 3

1

时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，

开关管截止。

D R 是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接Vcc 。

Vco 是控制电压端（5脚），平时输出Vcc 3

2

作为比较器A1的参考电平，当5

脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01F μ的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

T 为放电管，当T 导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路. (3)555电路的引脚功能

——

TR 触发

TH 阈值 —R 复位 DIS 放电端 OUT 输出 Vcc 31

> >Vcc 3

2

H

导通

L

Vcc 31

> Vcc 3

2

< H 原状态

Vcc 3

1

< × H 截止 H

×

×

L

导通 L

四，实验困难问题及解决措施

1、由总电路可以看到，本次课程设计的接线十分之多，因为在接线时要十分细心，如果不小心就会接错。在实验设计实体连接的过程中，每一步都小心翼翼地做。一条线接错或者一条线在过程中不小心被动到，都有可能让整个电路没有反应，所以每一步都必须要小心，没有人希望重新连接一次，器件和线路实在是多，最好能够先把电路划分清晰，就是尽量明显的把个各块独立的电路组成部分分开得明显些，这样就算接错了也可以大概检查各块输出就知道哪里出问题，减少检查的范围和数量，更省时省力。

2实验时要注意74系列要接入电源，因为在实验中，我曾经忘记了接电源。使得抢答器的显示灯无法正常显示。在接线时，要看清楚管脚是16个脚还是14个脚，如果是16脚的，一定要接入电源。电源跟地一定要接对，有一次因为接错地很电源，浪费了半个钟头。

3、LED 显示灯接7448驱动时一定要记得先测量其电压，如果发热很快，就应该接上电阻，如果没有接上电阻，会使器件烧坏。如果发现允许可以不接电阻，就不接，

4.555脉冲源时应该用LED 灯作显示，、测试脉冲信号输出输入情况，电阻在

接入前要测试保证其可以正常工作。最好就是把输出接在LED 灯上，一直接线，。一直观察它的灯亮情况，直到它会正常闪烁为止。说明脉冲源正常工作。

5.仿真测试必须与实际相符，可以保证测试出来的是正确的结果，测试正确之

后便可以无后顾之忧地做电路图，让设计更加顺利。不宜在此工作花费太多

时间容易影响接下来做设计的情绪。

五，实验参考文献

【1】阎石《数字电子技术基础》高等教育出版社

【2】吕思忠，《数子电路实验与课程设计》哈尔滨工业大学出版社

【3】郑家龙，《集成电子技术基础教程》高等教育出版社

【4】高吉祥《电子技术基础实验与课程设计》电子工业

出版社

【5】《数字电路应用300例》中国电力出版社