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1、数学电子技术课程设讨题目：八路智力竞赛抢答器设计姓名：专业：电子科学与技术班级：122班学号：指老师：20年月日安徽科技学院理学院八路智力竞赛抢答器设计-、课程设计题目（与实习目的）（一）、题目：八路智力竞赛抢答器设计（二）、实习目的：1 .进一步驾驭数字电路课程所学的理论学问。2 .熟识几种常用集成数字芯片的功能和应用，并驾驭其工作原理，进一步学会运用其进行电路设计。3 .了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。4 .培育细致严i革的工作作风和实事求是的工作看法。5 .数点课程试验是高校中为我们供应的唯一次动手实践的机会，增加动手实践的实力。二、任务和要求实现抢答器的方法许
2、多，如EPROM编程、RAM编程、单板机、小片机等，都可以组成抢答器系统。（1）抢答器设计要求设计个抢答器，基本要求：1 .抢答器可以实现基本抢答：可同时供8名选手或8个代表队参与竞赛,他们的编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7,各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应,分别是SO、SkS2、S3、S4、S5、S6、S7。2 .给节目主持人设置一个限制开关，用来限制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的起先。3 .抢答器具有数据锁存和髭示的功能。抢答起先后，着有选手按动抢答按钮，编号马上锁存，并在1.ED数杷管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其
3、他选手抢答。优先抢答选手的编号始终保持到主持人将系统清零为止。三、总体方案的选择(I)总体方案的设计针对题目设计要求，经过分析与思索，拟定以下二种方案：方案一，该方案是将抢答按钮先干脆与锁存器而不是优先编码器相连，将最先抢答的选于的编号锁定，再依次经过优先编码器、译码器和七段显示器，最终显示的是抢答选手的编号，经过优先编码器后的信号到单稳态触发器，单稳态触发器又与报警电路干脆连接，所以故示编号的同时可以发出报警信号。另外由主持人限制开关和其他部分电路通过门电路实现对抢答电路、定时电路和报警部分电路的限制。主体框图如E：图1八路智力抢答器方案一设计框图方案二：主持人按动起先抢答的开关后，最先抢答
4、的选手的电平信号先经过优先编码器，再依次经过数据锁存器，此时已经限制了其他选手的抢答，信号再经过译码器和七段数码显示器，将最先抢答的该选手的编号故示出来，并同时产生报警信号，到此完成的是抢答功能；假如没有人抢答，30秒减计数器减到00时也会发出报警信号，此是完成计时功能。主体框图如下:图2八路智力抢答器方案二设计框图(2)总体方案的选择相比之下，其次种方案更好些。它的优点表现在以下几个方面：这种方案原理比较简洁。主持人对整体电路的限制只需几个门电路就可完成，不必用特殊的芯片来组成限制电路；更简洁实现报警提示功能，在有选手抢答后或者计时起先和结束时。既削减了布线使整个电路更直观简洁，乂降低了产牛
5、.错误的可能性。四单元电路的设计1.设计所运用的元件与工具：741.S483个；741.S2791个；741.S1922个；741.S1481个;741.S003个；741.S101个:发光二极管1个：5551个：电容：0.1f1个：0.01f1个：电阻：IOkQ9.个；IkQ1个:68K1个试验板一块：万用表个；钳子一个：导线若干。2.各个单元电路(1)抢答电路设计抢答电路的功能有两个：一是能辨别出选手按按钮的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按钮操作无效。因此，选用优先编码器741.S148和RS锁存器741.S279以与译码显示电路完成上述功能。抢答器电路
6、工作原理：SW1-8为八位选手的抢答开关，SW9单刀双掷开关设为主持人限制开关。当主持人限制开关置于清零状态时，RS触发器的R端为低电平，输出端全部为低电平。于是741.S48的B1.为高，显示器火灯；741.SM8的选通输入端ST为高电平，741.S148处于工作状态，此时锁存电路不工作。当SW9置于起先状态，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态。741.S279的IR.IS均为悬电平，由真值表可知，输出IQ为低电平，从而使741.S148输入使能端为低电平有效，即抢答器处于等待工作状态。若有选手（假设为3号选手）按动抢答开关（即闭合SW4）,此时优先编码器741.S148输入端13接低电
7、平有效,则输出A2A1A0为100,A2A1A0分别接至4S、3S,2S,依据RS锁存器真值表,2Q3Q4Q输出分别为110,从而741.S48的输入端DCBA为Oo1.1,经741.S48译码,显示器上显示“3”。与此同时，当741.S148输入端有一个为低电平常，GS为低电平有效,即标记译码即处于工作状态,从而使IS为0,此时IQ输出为高电平，致使E1.为高电平，741.S148处于禁止工作状态，其他选手抢答按钮的输入信号不会被接受。这就保证了抢答者优先性以与抢答电路的精确性。抢答结束后，主持人开关置于清零状态，数码管变灰，一切且原初始状态，以便进入下,轮抢答环节。（2）定时电路设计设i要
8、求抢答器具有定时功能，且节目主持人依据抢答题的难易程度，可设定一次抢答的时间（设为30s）。设计中选用十进制同步加/减计数器741.S192进行设计，741.S192是具有置数和清零功能，其引脚图和逻辑图如图10所示。111511098口II.P1.POP1.P2P3CPuTCvi0-12CPD8TC0Q-13MR00010203143267图10741.S192引脚图和逻辑图POsPkP2、P3置数并行数据输入;QO、QUQ2,Q3计数数据输出：CR清零端：1.D置数端：CPu加法计数CP输入：CPd减法计数CP输入：CO进位输出端：BO借位输出端。表5741.S192真值表MRP1.CPU
9、CP0ModeHXXXRosot(Asyn.)1.1.XXPreset(Asyn.)1.HHHNoChange1.H/HCountUp1.HH/CountDown依据设计要求，须要两片741.S192构成100进制减计数器。由功能真值表可知，只需将个位741.S192的借位输出端BO与十位741.S192的CPd即可实现100进制减计数。值得留意的是，要使其实现减计数，CPu端口必需接高电平。计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路供应。秒脉冲电路由555构成的多谐振荡器构成，如图11所示。多谐振荡器无需外加输入信号就能在接通电源白行产生矩形波输出。图11多谐振荡器因为周期为一秒，所以频率是1解兹。图中电
10、容的充放电时间分别是：t1.=RBC1.n20.7RBCt2=(RA+RB)XCXIn2-0.7(RA+RB)C所以555的3端输出的频率为：f=1/(11+t2)1.43/(2RA+RB)C我们采纳的电阻和电容值分别是:RA=15K,R2=68K,C1.=IOUf,满意上式，即得到的是秒脉冲。由以上集成芯片设计的定时电路如图12所示。图12定时电路工作原理：首先主持人依据题的难易程度变更741.S192的输入端D3D2D1D0的电平来确定抢答时间(假定为30秒)，555构成秒肽冲产生电路为计时电路供应脉冲。抢答起先前主持人闭合开关，741.S192的置数端P1.为低电平有效，处于置数状态，数
11、码管显示定时时间。抢答起先，主持人打开开关，计数器处于计数状态，555产生的秒脉冲与十位741.S192借位输出端(其初始状态为高电平)相与。计数器递减计数至00,十位741.S192借位输出端为低电平，计数器停止工作，产生报警。计时期间有人抢答，臧计数器停止计时，显示器上显示此刻时间.(3)报警电路设计由555定时器和三极管构成的报警电路如图13所示。图中555定时器用来构成多谐振荡器，其震荡频率和秒脉冲产生电路中频率的许算方法相同。3端的输出信号经过三级管驱动扬声器，发出报警信号。当4端的输入信号是高电平常，振荡器工作，有报旨信号，4端输入低电平常，振荡器不工作，没有报警信号。也就是说须要
12、报整时只需限制输入端即可。电路图如下：图13报警电路(4)时序限制电路时序限制电路是抢答器设计的关键，须要完成以下三项功能：a主持人将限制开关拨到“起先”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。b.当竞赛选手按动抢答键时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。c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。本设计中采纳门电路对限制开关、抢答电路、定时电路、报警电路进行连接，以实现上述三项功能要求(如图14所示)。图14时序限制电路其中，两输入与非门采纳741.SO0,引脚图如图15所示。三输入与门采纳741.S11,引脚图如图16所示。电路
13、中利用与非门两输入端相连实现非门的逻辑功能。图15741.S00引脚图图16741.SU引脚图工作原理：门G1.的作用是限制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是限制741.S148的输入使能端。主持人限制开关从“清零”位置拨到“起先”Y=ABYABC位置时，741.S279的输出IQ=0,经G3反相，A=I,则从555输出端来的时钟信号CP能够加到741.S192的CPd始终输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，741.S192的借位输出端B02为低电平，门G2的输出ST为高电平，使741.S148处正常工作状态，从而实现功能a的要求。当选手在定时时间内按动抢答按钮时，IQ
14、=I,经G3反相，A=O,封锁CP信号，定时器处保持工作状态；同时，门G2的输出ST为低741.SM8处:禁止工作状态，从而实现功能b的要求。当定时时间到时，来白741.S192的B02为高，ST为高，741.S148处禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门G1.处关门状态，封锁CP佰号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能C的要求。五总体电路图图17总电路图下面介绍八路智力竞赛抢答器的运用原理。首先是各个选手分别对应的按钮编号是SO、SkS2、S3、S4、S5、S6、S7,抢答后显示器上显示的分别是0、1、2、3、4、5、6、7。然后是主持人对整个电路系统清零，将开关置“清零”的位置，
15、输出低电平，分为两路：一路与锁存器的1R2R3R4R端相连，使输出端1Q2Q3Q4Q为低电平，IQ所输出的低电平经与门反馈给741.S148的E1.端子,编码器不工作,因此抢答部分显示器灭灯无显示，实现了清零；另一路低电平输出到计数器741.S192的1.D端，而CR端也是低电平，所以使得对应显示器输出预置的数据。接下来主持人依据题目的难易程度设置抢答时间，此设定可以通过调整输入两片741.S192的四个输入端D、C、B、A的凹凸电平来进行（例如要设定时间为30秒,就将十位的74192的D、C、B、A分别置位为0、0、1、1,而将各位的741.S192的D、C、B、A都置于0）。当主持人宣读完题目说“起先”并将开关置:“起先”位置后，输出为高电平，此高电平有两路方向：一路输出到741.S192的1.D端，使其处于高电平而起先减计数：还有一路输出到锁存器的R端。当随意一个选手抢答时，例如3号抢答时，741.SM8三号端子输入低电平
