数字电路课程设计-智力竞赛抢答器

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摘要在各种智力竞赛场合,抢答器是必不可少的最公正的用具。

通过本学年的《数字电路技术》的学习我们知道了它的原理其实是比较简单的,主要就是通过四D触发器74LS175为中心构成编码锁存系统控制选手的抢答情况,再通过逻辑电路将输入开关、脉冲及输出LED灯、数码管和扬声器连接起来即可。电路由主体电路和扩展电路两部分组成,主体电路主要由74LS175,即4D触发器来构成抢答锁存器,由主持人来控制74LS175的清零端。当清零端为高电平“1”时,选手开始抢答,最先按键的选手相应的LED发光二极管发光,并且扬声器发出声音,同时,由3个Q 及门电路组成的锁存电路来控制其他选手再按键时不再起作用。扩展电路主要包括秒脉冲发生电路和定时电路,并且在设计中加入了报警电路,以提示选手和观众。

经Proteus仿真软件验证抢答器原理图无误,可实现设计所要求功能。

关键词:三人智力竞赛抢答器、74LS175、脉冲、锁存器

目录

1 设计任务及要求 (3)

2 设定系统方案 (3)

3单元电路设计、参数计算和器件选择 (4)

3.1 抢答电路设计 (4)

3.2 定时电路设计 (6)

3.3报警电路设计 (9)

4完整的电路图及电路的工作原理 (10)

4.1完整电路图 (10)

4.2 工作原理 (10)

5 心得体会 (11)

参考文献 (12)

附录 (13)

三人智力竞赛抢答器

1 设计任务及要求

(1)设计一个供三人参赛的抢答器,能准确分辨、记录第一个有效按下抢答键者,稍后的其他人按下开关则无效。抢答器具有显示功能,即选手按动按钮,相应的LED发光二极管发光,同时扬声器发出声音。

(2)主持人没有宣布抢答开始时,抢答不起作用。主持人宣布抢答开始时,按“开始”键,抢答开始,同时启动计时器计时;

(3)计时器计时采用倒计数的方式,以加强现场气氛,增加紧迫感。若预定时间内无人抢答,自动给出信号停止抢答,以免冷场。倒计数定时器的时间可以随意预置;电路具有回答问题时间控制功能,要求回答时间小于等于100秒(显示为99到0),当达到限定时间时,发出声响以示警告。

2 设定系统方案

电路大致可以由四个功能模块组成:以4D触发器74LS175为中心构成编码锁存系统电路部分,脉冲产生电路部分,倒计时显示电路部分,报警电路部分。在4D触发器构成的抢答锁存器中,由主持人来控制74LS175的清零端。当清零端为高电平“1”时,选手开始抢答,最先按键的选手相应的LED发光二极管发光,并且扬声器发出声音,同时,由三个非Q及门电路组成的锁存电路来控制其他选手再按键时不再起作用,这时抢答无效。

在脉冲产生电路部分中,用555定时器予以实现,通过调节电阻的阻值最后得到符合要求的脉冲,因为可以通过改变电阻电容微调频率,取代了用分频器对高频信号进行分频,从而使电路简单了。

在倒计时显示电路部分中,由计数器74LS192,数码管显示器组成。利用74LS192计数器作为倒计时的芯片,当主持人按下抢答按钮时,74LS192被置初始值,抢答时间开始倒计时,并通过74LS48编码器将即时时间进行编码,并送到数码管,显示此时的时间。假如在规定时间内无人抢答,即抢答时间为0时,则计数器停止倒计时,将锁存器锁存,禁止选手抢答,抢答时间数码管显示为0,蜂鸣器鸣叫一秒;假如在规定时间内有人抢答,则计数器停止倒计时,将锁存器锁存,禁止选手抢答,抢答时间停止倒计时,蜂鸣器鸣叫0.5秒,与此同时,回答时间开始倒计时,并通过74LS48编码器将即时时

间进行编码,并送到数码管,显示此时的时间,若规定时间内选手没有回答完,则计数器停止倒计时,回答时间数码管显示为0,蜂鸣器鸣叫一秒。

在报警电路部分中,由555定时器和电阻电容接合成单稳态电路,产生所需要的脉冲,然后接入蜂鸣器构成。

3单元电路设计、参数计算和器件选择

3.1 抢答电路设计

抢答电路的功能有两个:一是能分辨出选手按按钮的先后,并锁存优先抢答者的编号,用LED发光二级管显示表示;二是要使其他选手的按钮操作无效。因此,选用4D触发器74LS175、四输入端与非门74LS20和六组反相器74LS04以及LED灯显示电路完成上述功能。

74LS175是常用的四上升沿D触发器集成电路,里面含有4组D触发器,可以用来构成寄存器,抢答器等功能部件。当清除端MR为低电平时,输出端Q为低电平。在时钟CP上升沿作用下,Q与数据端D相一致。当CP为高电平或低电平时,D对Q没影响。

图1 74LS175的引脚图

表1 74LS175真值表

根据各芯片功能及抢答器的功能要求,抢答器电路如下所示

图2 抢答器电路

工作原理:图2三个按钮为三位选手的抢答开关,单刀开关为主持人控制开关。当主持人控制开关置于清零状态,即闭合时,清除端MR为低电平,输出端Q为低电平,于是LED灯灭,此时抢答电路不工作。当主持人控制开关置于开始状态,MR为高电平,74LS175的Q经四输入与非门(U3:A)输出接入到抢答按钮左边的公共端,按钮右边经反相器接到74LS175的输入端D,并且同时接到四输入与非门(U3:B),再经两个反相器延时接到74LS175的时钟CLK端,抢答器处于等待工作状态。

若有选手(假设为1号选手)按动抢答开关(即按下按钮①瞬间),此时74LS175的输入端D0为高电平,74LS175的时钟CLK由低电平变为高电平,在上升沿的作用下,输出端Q0与输入端D0一致,即为高电平,1号对应的LED灯亮。同时,由于Q0为低电平,与非门(U3:A)输出为高电平,将按钮的公共端变为高电平,若此时按钮①还处于闭合状态,则与非门(U3:B)输出为低电平,使CLK变为低电平,此时74LS175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及抢答电路的准确性。答题结束后,主持人开关置于清零状态,LED灯灭,一但恢复

初始状态,以便进入下一轮抢答环节。

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