电子科学系电子信息科学与技术 课程设计报告课程名称

电子科学系电子信息科学与技术课程设计报告课程名称：课程名称：数字电子技术基础课题题目：四路智能抢答器课题题目：四路智能抢答器题目专姓学业：电子信息科学与技术名：罗永强号：070702121 周文龙07070141 指导教师：指导教师：史洪宇课题题目：四路智能抢答器课题题目：四路智能抢答器一、课程设计目的本次课程设计主要是配合《模拟电子技术》和《数字电子技术》理论课程而设置的一门实践性课程，起到巩固所学知识，加强综合能力，培养电路设计能力，提高实验技术，启发创新思想的效果。

二、初始条件：初始条件：本课程设计，要求用集成电路：74LSl48，74LS192,74LS175，74LS160,74LS00，74LS04，74LS20,74LS48,74LS32,555 定时器和其它器件等，实现四路定时抢答功能。

三、要求完成的主要任务: 要求完成的主要任务1、可同时供4 名选手（或代表队）参赛，其编号分别是 1 到4，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应。

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。

2、抢答器具有数据锁存和显示的功能。

抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并数码管上显示选手的编号，同时扬声器给出声音提示；同时封锁输入电路，禁止其它选手抢答。

3、抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间为10 秒。

当主持人启动“开始”键后，要求定时器立即进行加计时，并用显示器显示。

4、参赛选手在设定的时间内进行抢答，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；如果定时抢答的时间已到，而没有选手抢答时，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，定时显示器上显示0。

1 目录 1 功能介绍…………………………………………………3 1.1 主要功能介绍…………………………………………3 1.2 扩展功能介绍…………………………………………3 2 总体方案设计………………………………………….. 3 单元模块设计………………………………………….. …3 …4 3.1 抢答器控制端电路功能介绍…………………………………4 3.2 定时时间电路………………………………………………. 3.3 控制电路和报警电路………………………………………. …5 …5 3.4 振荡电路………………………………………………………….6 4 主要芯片介绍………………………………………………7 4.1 优先编码器74LS148……………………………………7 4.2 计数器74LS192…………………………………………8 ……9 6 系统调试……………………………………………... …9 7 参考文献……………………………………………….. …11 5 四人抢答器仿真………………………………………. 2 1 功能介绍1.1 主要功能介绍（1）抢答器最多可供4 名选手参赛，编号为1~4 号，各队分别用一个按钮（分别为J1、J2、J3、J5）控制，并设置一个系统清零和抢答控制开关J4,J7，该开关由主持人控制。

（2）抢答器具有数据锁存功能,并将锁存数据用LED 数码管显示出来，直到主持人清零。

（3）开关J4 作为清零及抢答控制开关（由主持人控制），当开关J4 被按下时抢答电路清零，当开关J7 松开后则允许抢答。

输入抢答信号由抢答按钮开关J1、J2、J3、J5 实现。

（4）有抢答信号输入（开关J1、J2、J3、J5 中的任意一个开关被按下）时，并显示出相对应的组别号码。

此时再按其他任何一个抢答器开关均无效，指示灯依旧“保持” 第一个开关按下时所对应的状态不变。

设计要求1.2 扩展功能介绍扩展功能介绍（1）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间为3 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。

显示器上显示并闪烁选手的编号。

（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，时间显示器上显示并闪烁0。

2 总体方案设计设计要求设计要求（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，如果犯规则闪烁显示队号。

（3）如果3 秒内没有抢答，则说明该题超时作废，用0 闪烁表示。

（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3 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 单元模块设计单元模块设计3．1 抢答器控制端电路功能介绍．抢答器控制端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 和锁存器74LS175 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：开关自上而下，分别是J1,J2,J3 J4,J5，J5 是控制清零端，当J5 闭合（清零）计时模块74LS160 的MR 端和抢答模块74LS175 的MR 端都置1，时，使整个模块处于等待工作状态；当J5 断开时，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J2），74LS148 的输出经74LS48 译码器接到七段显示电路处于工作状态，4Q3Q2Q=010,经译码显示为“2”。

此外，MR＝1，使74LS148 优先编码工作标志端（图中2 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J5 开关重新置“清零”然后才可能进行。

4 图2 3．2 定时时间电路功能介绍．定时时间电路功能介绍原理及设计：该部分主要由555 定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加法计数器74LS160、十进制减法计数器74LS192、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 3 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。

74192 的预置数控制端实现预置数，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。

5 图3 3．3 控制电路和报警电路．由555 芯片构成多谐振荡电路,555 的输出信号再经或门控制时序。

控制电路包括时序和报警两个电路,如图 3 所示。

控制电路需具有以下几个功能：主持人闭合开关,多路抢答器电路和计时电路进入正常状态; 参赛者按键时,抢答电路和计时电路停止工作; 抢答时间到,无人抢答,抢答电路和计时电路停止工作 3.4 振荡电路本系统需要产生频率为500KHZ 的脉冲信号，用于触发器的CP 信号，及频率为1HZ 信号用于计时电路。

以上电路可用555 定时器组成，也可用石英晶体组成的振荡器经过分频得到。

6 4 主要芯片介绍主要芯片介绍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。

I4 I5 I6 I7 S(E) Y2 Y1 GND 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 74LS148 13 12 11 10 9 (b) V CC YS YEX I3 I2 I1 I0 Y0 表4.1.2 74LS148 管脚图74LS148 8 线—3 线二进制编码器真值表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。

7 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，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 4.3 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。