数字电路课程设计--数字抢答器

智力竞赛抢答器

一、本次课程设计目的

1．结合所学的数字电路的理论知识来完成数字电路课程设计。

2．在数字电路的课程设计中，熟悉数字电路的逻辑设计过程以及集成电路的使用。

3．学会利用一些没学过的来设计电路。

4。学会用软件方法仿真电路。

二、本次课程设计安排

1、时间安排

略。

2、地点安排

S2403实验室。

智力竞赛抢答器

1 设计目的

（1）熟悉集成电路的引脚安排及使用方法。

（2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。

（3）了解面包板结构及其接线方法。

（4）了解数字抢答器的组成及工作原理。

（5）熟悉数字抢答器的设计与制作。

（6）学会用软件方法仿真电路。

2 设计思路

（1）设计抢答器电路。

（2）设计可预置时间的定时电路。

（3）设计报警电路。（选做）

（4）设计时序控制电路。（选做）

3 设计过程

3.1方案论证

图

1 数字抢答器框图

数字抢答器总体方框图如图1所示。，

其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清除”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；主持人将开关置于“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。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、扬声器提示。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。

3.2电路设计

抢答器电路如图2所示。

图2 数字抢答器电路

该电路完成两个功能：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；二是禁止其他选手按键操作无效。

工作过程：开关S 置于“清除”端时，触发器的R 端均为０，

４个触发器输出置０，使74148的ST ＝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，当有选手将键按下时（如按下S 5），74148的输出

,010012=Y Y Y ,0=EX Y 经锁存后，11，BI =1，7448处于工作状态，4Q3Q2101，经译码显示为“5”。此外，1Q ＝１，使74148ST ＝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，74148的,1=EX Y 此时由于仍为1Q ＝１，使ST ＝１，所以74148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开关重新置于“清除”然后再进行下一轮抢答。

定时电路如图3所示。由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74192进行设计。

报警电路如图4所示。由555定时器和三极管构成的报警电路如图4所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率＝1.43/[（＋2R 2）C]，其输出信号经三极

管推动扬声器。为控制信号，当为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。

图 3 可预置时间的定时电路

时序控制电路如图5所示。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，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。

②当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，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，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路

停止工作。图中，门G

1的作用是控制时钟信号的放行与禁止，门G

2

的作用是控

制74148的输人使能端ST。

图5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，来自图 2中的74279的输出 10，经G3反相， A＝1，则时钟信号能够加到74192的时钟输入端，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G

2

的输出ST=0，使 74148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 G

3

反相， A＝0，封锁信

号，定时器处于保持工作状态；同时，门G

2

的输出ST=1，74148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，ST=1，

74148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门G

1

处于关门状态，封锁

信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能③的要求。集成单稳触发器

74121用于控制报警电路及发声的时间。

图 4 报警电路

图 5 时序控制电路

4系统调试与结果

（1）组装调试抢答器电路。

（2）可预置时间的定时电路，并进行组装和调试。当输人1的时钟脉冲信号时，要求电路能进行减计时，当减计时到零时，能输出低电平有效的定时时间到信号。（3）调试报警电路。

（4）定时抢答器的联调，注意各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。

5主要仪器与设备

集成电路：74148—1片，74279—1片，7448—3片，

74192—2片，555—2片，7400—1片，74121—1片。

电阻：510Ω—2只，1KΩ—9只，4.7kΩ—l只，5.1kΩ—l只，

100kΩ—l只，10kΩ—1只，15kΩ—1只，68kΩ—l只。

电容： 0.1—1只，10 —2只，100 —1只。

三极管： 312—1只。（312为普通高频小功率型硅(材料)三极管，特征频率100，集电极最大直流耗散功率0.7W，0.3A/20V。）

其它：发光二极管—2只，共阴极显示器—3只。

6设计体会与建议

6.1设计体会

通过这次对数字抢答器的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于抢答器的基本原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从