多路智能竞赛抢答器设计 数字电路课程设计

课程设计任务书

学生姓名：专业班级：

指导教师：工作单位：

题目: 多路智能竞赛抢答器设计

初始条件：

优先编码器 74LS148

RS锁存器 74LS279

显示译码器 74LS47

定时芯片 555

计数器 74LS192 74LS90

与门 74LS08

或门 74LS32

与非门 74LS00

七段数码管、蜂鸣器、电容电阻若干

要求完成的主要任务:

1.基本功能

①设计一个智力竞赛抢答器，可以同时供8名选手或8个代表队参加比赛，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S

0、S

1

、S

2

、S

3

、S

4

、S

5

、S

6

、S

7

。

②给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。

③抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开始，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外要封存输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到系统清零为止。

2.扩展功能

①抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定，档节目主持人按下“开始”按钮后，要求定时器立即倒计时，并在显示器上显示，同时扬声器发出短暂声响，声响持续0.5S左右。

②参赛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。

③如果定时抢答时间已到，去没有选手抢答，则本次抢答无效，系统短暂报警，并封存输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。

时间安排：

7.4：理论设计

7.5～7.6：安装调试或仿真

7.7：撰写报告

7.9：答辩

指导教师签名：2011年7月1日

系主任签名： 2011年 7 月 1 日

目录

1.多路智能竞赛抢答器原理与设计............................ 错误！未定义书签。

1.1抢答器原理 (4)

1.2总体方案设计 (4)

1.3电路原理设计 (5)

1.3.1 八路抢答电路设计 (5)

1.3.2定时电路设计 (8)

2. Multisim仿真与制作 (15)

2.1抢答仿真 (15)

2.2定时抢答仿真 (17)

2.3仿真结果分析 (19)

2.4总电路图 (20)

3. 结与体会 (21)

4.元件清单 (22)

参考文献 (23)

1.多路智能竞赛抢答器原理与设计

1.1抢答器原理

抢答器基本原理框图如下图1-1所示：

图 1-1

抢答者按下抢答按钮后，启动锁存电路，锁存最先抢答者抢答成功的状态，并阻止其

他选手的抢答。译码显示电路将抢答的结果译码显示出来。清零按钮按下后，电路复位回

初始状态后，可以进行下一轮的抢答。

1.2总体方案设计

第一种方案：

第一种方案流程图如下图1-2所示：

图 1-2

抢答按钮连接控制电路，抢答开始，有选手按下抢答按钮后，控制电路是锁存器锁存各个抢答路的电平高低，从而锁存了第一位抢答者的抢答信号，同时切断其他抢答者的抢答信号，阻止其他选手的抢答。编码器将抢答结果译成二进制数送给下一级译码显示电路，

译码显示电路显示抢答成功者的号码。

声响电路可以发出提醒声响，定时电路有定时抢答功能，并能显示倒计时的时间。

该方案满足设计的功能要求，但是用锁存器锁存抢答结果这一思路有缺陷，就是可能有两个选手抢答时间间隔很小，两路的抢答信号同时锁存了起来，导致编码器编码出错，下一级译码显示电路不能显示抢答结果。

第二种方案：

第一种方案流程图如下图1-3所示：

图1-3

第二种方案的原理和第一种方案基本一样，只是在第一种方案上做了改进，在锁存器和抢答按钮之间增加了优先编码器，避免了多路的抢答信号同时被锁存，编码器编码出错，下一级译码显示电路不能显示抢答结果的情况。

综合两种方案，故选择第二种方案。

1.3电路原理设计

1.3.1 八路抢答电路设计

该部分用到的芯片有74LS47、74LS279、74LS148，其引脚图和逻辑图如下：

74LS47的电路符号和引脚图如下图1-4：

图1-4

图1-5

74LS279的引脚图和逻辑图如下图1-6：

74LS148的引脚图如下图1-7：

图

1-7

图 1-6

电路原理图如下图1-9：

电路抢答部分选用优先编码器 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 置于“断开”时，RS 触发器的 R 端均置0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端引脚5电平为0，使之处于工作状态。当开关S 置于"开始"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S5），74LS148的输出经RS 锁存后，2Q2=1，BI/RBO =1，七段显示电路74LS48处于工作状态，DCBA=0101，经译码显示为“5”。此外，2Q2＝1，使74LS148 优先编码引脚5工作标志端EI ＝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2Q2＝1，使优先编码工作标志端引脚5电平为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S 开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。

图

1-8