六人抢答器课程设计报告

六人抢答器课程设计报告

目录

1 功能介绍………………………………………………………….2 1.1主要功能介绍…………………………………………….….2 1.2扩展功能介绍…………………………………………….….2 2总体方案设计………………………………………………….....3 3单元模块设计………………………………………………….....4 3.1抢答器控制端电路功能介绍……………………………….4 3.2定时时间电路…………………………………………….…6 3.3控制电路………………………………………..…………..7 3.4报警电路…………………………………………………....7 4主要芯片介绍 ……………………………………….…………8 4.1 优先编码器 74LS148………………………………..…..8 4.2 计数器74LS192……………………………………....….10 5六人抢答器仿真……………………………………………..…11 6系统调试 …………………………………………..................15 7电路原理图………………………………………....................16 8元件清单…………………………………………....................17 9参考文献……………………………………………………......17 10个人总结……………………………………………………….18

课题题目：六人抢答器

1功能介绍

1.1主要功能介绍

1）有多路抢答，抢答台数为6；

2）具有抢答开始后20秒倒计时，20秒倒计时后无人抢答显示超时，并报警：

3）能显示超前抢答台号并显示犯规报警：

2、系统复位后进入抢答状态，当有一路抢答按键按下，该路抢答信号将其余各路抢答信号封锁，同时铃声想起，直至该路按键松开，显示牌显示该路抢答台号。

1.2扩展功能介绍

（1）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间为20秒。当

节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示。

（2）参加选手在未开始抢答时按下抢答键，则犯规。显示器上显示

选手的编号,并报警。

（3）参加选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，

显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。

（4）如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，

封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。

2总体方案设计

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设计要求

（1）主持人有开始键和复位键，按下开始键后才能开始抢答，否则犯规。

（2）用数码管显示，正常抢答后显示抢到的队号，有铃声响起,如果犯规则显示队号,并报警。

（3）如果20秒内没有抢答，则说明该题超时作废。 （4）复位键用于恢复犯规或超时状态

如图1所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到\"清零\"状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置;开始\"状态，宣布\"开始\"抢答器工作。定时器倒计时。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作\"清除\"和\"开始\"状态开关。

图1

3单元模块设计

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3．1抢答器控制端电路功能介绍

设计电路见图2所示。电路选用优先编码器 74LS148 ,74LS48,LED数码管和锁存器 74LS279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：开关从左到右，分别是1,2,3,4,5,6,7.7是控制清零端，当7断开（清零）时，如果1到6开关有闭合的,数码管会显示闭合开关的编号；当7闭合时，抢答器处于工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下1），74LS148的输出经74LS48译码器接到七段显示电路处于工作状态，1Q2Q3Q=001,经译码显示为“2”。此外，4Q＝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。当按键松开时， 此时由于4Q仍为1，使优先编码工作标志端为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7开关重新置“清零”然后才可能进行。

3

3210541111911ABQQQCQDEFQQGQU174LS48OBRI/IBABCDBRTL17126453U4:A74LS04234791QQQQ1234U22174LS279U5:A74LS32R12SSRSR12SSRS1111223334412356012453111114597611012AAASGOEU374LS148I01234567E0123123451111R1R2R3R4R5R610k10k10k10k10k10k 图2 设计电路

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3．2定时时间电路功能介绍

该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制可逆计数器74LS192、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图3所示。两块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。74192的预置数控制端由主持人控制实现预置数，当主持人端为低电平时,74ls192置数;当主持人端为高电平时,电路开始倒计时。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，之后选手抢答无效,并报警。

1312111091514QAQBQCQDQEQFQG0.01uF10uF25ABCDBI/RBORBILT1CVTRRVCC8GND7126453DCTHQ415k6765k13792Q3Q4QU274LS27921S23R3S13S22R2S4R4S13131211109151435610111214153QAQBQCQDQEQFQG74LS48QAQBQCQDQEQFQG7126453ABCDBI/RBORBILTU8131211109151454141576A1A2GSEOU3674LS1482U4:A17126453ABCDBI/RBORBILT1U974LS481BUZZEREI1234567121374LS0432Q0Q1Q2Q3TCUTCDQ0Q1Q2Q3U11:A74LS0274LS192TCUTCDU61112131234512133267326715kUPDNPLMRUPDNPLMRD0D1D2D3D0D1D2D31k1511095411141511091541114RVCC48QDC375CV941074LS322GNDU11:B5674LS02U5:C0.01uFTRTH665k180.01F1

图3 具体电路

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3．3控制电路

具体电路如图3所示的控制部分和报警部分。 倒计时部分的控制电路

由555 芯片构成多谐振荡电路 ,74ls192的TCD端经反相器的输出信号与555 的输出信号相或，输出的信号再与74ls148的15号管脚的输出信号或非。当TCD端经反相器的输出信号和74ls148的15号管脚的输出信号都为低电平时，74ls192的输入脉冲根据555 的输出信号变化；当TCD端经反相器的输出信号和74ls148的15号管脚的输出信号都为高电平时，74ls192的输入脉冲被锁定在低电平，由于74ls192是由上升沿触发，当为低电平时，电路停止工作。

抢答部分的控制电路

抢答部分的控制电路由两个输入信号组成，一是74ls279的

4Q端输出信号，二是74ls192的TCD端经反相器的输出信号。两个信号中，只要有一个信号为高电平，电路就停止工作。当倒计时到零还没人抢答时，74ls192的TCD端输出一个电平，经反相后，为高电平，电路停止工作。当倒计时还没到零时，有人抢答，74ls279的4 Q端输出高电平信号，电路停止工作。 3.4报警电路

由555 芯片构成输出一定频率的多谐振荡电路，555芯片的4号管脚作为控制端，当4号管脚为高电平时，蜂鸣器发出声音；当

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4号管脚为高电平时，蜂鸣器不发声。主持人端的输出信号与74LS148的15号管脚输出端信号相或非再与74ls192的TCD端经反相器的输出信号相或。当倒计时到零还没人抢答时，74ls192的TCD端输出一个电平，经反相后，为高电平，输入555的4号管脚，蜂鸣器发声；当主持人端还没开始，有人抢答，0或非0为1，高电平使蜂鸣器发声。

4主要芯片介绍

4．1 优先编码器 74LS148

74LS148为8线－3线优先编码器，表4.1.1为其真值表，

表4.1.2为其功能表,图4.1.1为其管脚图。

1011121312345I0I1I2I3I4I5I6I7SY0Y1Y274LS148YEX97614Ys(a)15I4I5I6I7S(E)Y2Y1GND1234567816151474LS148131211109(b)VCCYSYEXI3I2I1I0Y0

74LS148管脚图

表4.1.2 74LS148 8线—3线二进制编码器真值表

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74LS148工作原理如下：

该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端。此外，电路还设置了输入使能端EI，输出使能端EO和优先编码工作状态标志GS。

当EI=0时，编码器工作；而当EI=1时，则不论8个输入端为何种状态，3个输出端均为高电平，且优先标志端和输出使能端均为高电平，编码器处于非工作状态。这种情况被称为输入低电平有效，输出也为低电来有效的情况。当EI为0，且至少有一个输入端有编码请求信号（逻辑0）时，优先编码工作状态标志GS为0。表明编码器处于工作状态，否则为1。

由功能表可知，在8个输入端均无低电平输入信号和只有输入0端（优先级别最低位）有低电平输入时，A2A1A0均为111，出现了输入条件不同而输出代码相同的情况，这可由GS的状态加以区别，

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当GS＝1时，表示8个输入端均无低电平输入，此时A2A1A0=111为非编码输出；GS＝0时，A2A1A0=111表示响应输入0端为低电平时的输出代码（编码输出）。EO只有在EI为0，且所有输入端

都为1时，输出为0，它可与另一片同样器

件的EI连接，以便组成更多输入端的优先编码器。

从功能表不难看出，输入优先级别的次为7，6，……，0。输入有效信号为低电平，当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端无低电平输入时，输出端才输出相对应的输入端的代码。例如5为0。且优先级别比它高的输入6和输入7均为1时，输出代码为010，这就是优先编码器的工作原理

4.2 计数器74LS192 74LS192具有下述功能：

①异步清零：CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000

②异步置数：CR=0，LD=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0

③保持： CR=0，LD=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态 ④加计数：CR=0, LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数

⑤减计数：CR=0, LD=1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数

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

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BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。

图4.3. 74LS192管脚引线图

5六人抢答器仿真

按照总体电路图在仿真软件proteus7.5上一一选择芯片并进行连接，然后启动开关观察。下面，我们对设计出的电路进行proteus7.5仿真。我们将各部分电路在proteus7.5上连接好后，为各个电阻和电容选取适当值，为各个开关设置好适当的键盘打开数值（例如，为某一开关设为1连接，则启动proteus7.5m仿真按钮后，在键盘上按1则此开关就由断开状态变为连接状态）然后打开proteus7.5的开关，即可根据显示器上显示的数字情况来判断电路设计是否成功。

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5GND12151109D0D1D2D3UPDNPLMRTCUTCD1213Q0Q1Q2Q3541114ABCDBI/RBORBILTQAQBQCQDQEQFQG32677126453151109D0D1D2D3UPDNPLMRTCUTCD1213Q0Q1Q2Q3541114326771264531GNDVCC8此图表示：已开始抢答，但过了13秒后还没人

抢答，系统正在倒计时

A0A1A2GS101112EO14154R4S4Q13153R3S13S23Q914562R2S2Q710111213123401234567EI7126453ABCDBI/RBORBILTQAQBQCQDQEQFQG131211109151459761231R1S11S21Q4134THTR61312111091514ABCDBI/RBORBILTQAQBQCQDQEQFQG13121110915141

U310uF23

74LS14811620.01uF65k674LS0257DC3QCV5U11:A74LS022415k1910U11:BU5:CVCC8R474LS32

18U874LS48U674LS4874LS192U90.01F1k2RTRDCTH665k7Q3CV5415k0.01uFBUZZER 11

A0A1A2GS101112EO14154R4S4Q13153R3S13S23Q914562R2S2Q710111213123401234567EI7126453ABCDBI/RBORBILTQAQBQCQDQEQFQG131211109151459761231R1S11S21Q4U310uF25GND12151109D0D1D2D3UPDNPLMRTCUTCD1213Q0Q1Q2Q3541114ABCDBI/RBORBILTQAQBQCQDQEQFQG32677126453151109D0D1D2D3UPDNPLMRTCUTCD1213Q0Q1Q2Q3541114326771264531GNDVCC8

此图表示：开始抢答15秒后，第六组抢答到了

此题

134THTR61312111091514ABCDBI/RBORBILTQAQBQCQDQEQFQG1312111091514174LS148311620.01uF65k674LS0257DC3QCV5U11:A74LS02VCC2415k1910U11:BU5:CR4874LS32

18U874LS48U6U974LS4874LS1920.01F1k2RTRDCTHQ665k73CV5415k0.01uFBUZZER12

A0A1A2GS101112EO14154R4S4Q13153R3S13S23Q914562R2S2Q710111213123401234567EI7126453ABCDBI/RBORBILTQAQBQCQDQEQFQG131211109151459761231R1S11S21Q4U310uF25GND12151109D0D1D2D3UPDNPLMRTCUTCD1213Q0Q1Q2Q3541114ABCDBI/RBORBILTQAQBQCQDQEQFQG32677126453151109D0D1D2D3UPDNPLMRTCUTCD1213Q0Q1Q2Q3541114326771264531GNDVCC8

此图表示：已开始抢答，但过了20秒后还无人

抢答，报警，系统自动停止，无法再抢答，直到主持人重新开始

134THTR61312111091514ABCDBI/RBORBILTQAQBQCQDQEQFQG1312111091514174LS148311620.01uF65k674LS02573QDCCV5U11:A74LS022415k1910U11:BU5:CVCC8R474LS321

8U874LS48U674LS4874LS192U90.01F1k2RTRDCTH665kQ73CV5415k0.01uFBUZZER13

6、系统调试

抢答电路连接好以后，测试时，发现电路并不稳定。最初，我以为电路锁存数据是在5号管脚为高电平时，数据才被锁存的。以这为理论依据，我认为电路不稳定是因为5号管脚在到达高电平时，需要一段时间，由于在这段时间内，74ls279的s端是不确定的，电路不稳定，就是在这段不确定的时间内造成的。我想了很多办法，使当有人抢答时，缩短5号管脚为高电平的时间，结果电路还是不稳定。我又仔细的想一想电路的锁存原理，发现我最初的想法是错的，输入信号并不是在5号管脚为高电平时锁存的，而是在当抢答者按下开关弹起时，由于此时无编码输入Y0,Y1,Y2端为高电平，保存了输入的编号。后来我在输入端加上电阻，电路就变稳定了。

最初，我以为当74ls192的减法计数到0时就输出低电平，所以我用两片74ls192的TCD输出端或非后的输出信号来控制输入脉冲，倒计时电路连接好以后，测试时，发现到00时，电路并不停止，仍从99开始，后来我发现，低电平的输出并不是在0时，而是在0变为9时，所以只需用第二片74ls192的TCD输出端控制输入脉冲，我还发现，由于74ls192是上升沿触发，用来控制输入脉冲的信号，必须使脉冲变为低电平。

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A0A1A2GS101112EO14154R4S4Q13153R3S13S23Q914562R2S2Q710111213123401234567EI7126453ABCDBI/RBORBILTQAQBQCQDQEQFQG131211109151459761231R1S11S21Q4

7、电路原理图

5GND12151109D0D1D2D3UPDNPLMRTCUTCD1213Q0Q1Q2Q3541114ABCDBI/RBORBILTQAQBQCQDQEQFQG32677126453151109D0D1D2D3UPDNPLMRTCUTCD1213Q0Q1Q2Q3541114ABCDBI/RBORBILTQAQBQCQDQEQFQG326771264531VCCGND81360.01uF4131211109151413121110915141

U374LS14810uF23

116THTR265k6CV7DC5574LS02U11:A74LS02VCC3QR4U11:B8215k14910U5:C74LS321

U874LS488U6U974LS4874LS1920.01F1k54RCV15kBUZZERDCQ7365k0.01uF2TRTH6 15

8、元件清单

六人抢答器元器件表

序号 元 器 件 名 称 型号参数 数 量 备 注 1 8-3优先编码器 74LS148 1 2 R-S锁存器 74LS279 1 3 BCD七段显示译码器 74LS48 3 4 十进制同步加/减计数器 74LS192 2 5 共阴极七段数码管 BS201A 3 6 555定时器 CB555 2 7 四-2输入或非门 74LS02 1 8 四-2输入或门 74LS32 1 9 六反相器 74LS04 1 10 电阻 10K 6 11 电阻 15K 3 12 电阻 65K 2 13 电阻 1K 1 14 电容 0.01uF 3 15 电容 10uF 2 16 扬声器 2 17 开关 6

9、参考文献

陈明义. 数字电子技术基础. 中南大学出版社

陈明义 宋学瑞. 电工电子实验教程 . 中南大学出版社 何希才. 常用集成电路简明速查手册. 国防工业出版社

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10、个人总结

学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛, 抢答记分器是必要设备。在我校举行的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。为解决这个问题，综合数字电子设计的要求，本次课程设计做一个成本低又能满足要求的六路数显抢答器。本设计是模电、数电以及应用软件如multisim、protel等的综合课程设计。 通过这次电子设计，加深了对课程概念的理解，锻炼了自己的动手能力。

本实验需要实现的功能较多，需要用到的电路知识也比较全面。我们最开始制定的目标便是分块完成各个功能，最后再汇总。通过在网上搜索近似功能电路、查看老师给的部分电路参考，我们首先用multisim对各分块电路进行仿真，有问题一个一个突破，保证分支部分不出错误。在老师的帮助下我们最后对电路仿真图进行了汇总和改善，基本完成了实验要求的基本内容，并尽可能做到用尽量少的元件完成更完美功能。

在设计电路过程中，遇到了大量概念理解不熟悉的情况，包括555计时器的相关知识、74LS系列的集成块功能。通过翻看课本、网络查询等方式加深对很多知识的理解。虽然遇到了很多复杂的问题，但是通过努力解决后会获得极大的成就感，并对本门课程产生了浓厚的兴趣。

同时，通过这次实践认识到了自己的不足。有些相当然的设计看似正确，但是仿真却无法通过。真正的电子设计是需要掌握每一个细节的，而并非像考试那样做对一部分就能得一部分的分。所以，学习需要尽心，不能得过且过。理论结合实际才是学习的最高层次

我们在制作实物的过程中更是遇到了很多的问题：

1.我们这次做的六路抢答器是由自己完全焊在电路板上的，由于焊接技术的问题，有的2个孔之间不能导通的导通了。导致最后的成品电路出现问题。

2.在安装的时候要小心不要把二极管的正反接错了。要不然在数码管就不能显示正常的数字。连接数码管的时候也要注意区分共阴和共阳，确定公共端的连接方式。

3.在安装开关的时候要注意4脚开关的脚的导通状态。在接导线的脚和接二极管的脚之间不能让他们短路。要不然开关就起不到开关的作用了。相当于导线。

4.在布线的时候也要注意，铁丝不能插的太深，也不能搭高架桥似的，因为这些细节的出错往往很难找到错的原因。

最后，由于我们的知识以及动手能力的局限性，虽尽心设计，但依然会有一些不如意的地方，希望老师见谅

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