数字电路设计简易八路抢答器制作

电子技术综合训练

设计报告

题目：简易抢答器制作

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电子技术综合训练任务书2

摘要

八路数显抢答器的电路主要由五部分组成：数字抢答电路、译码显示电路、可预置时间的定时电路、报警电路以及秒脉冲产生电路。其中数字抢答电路包括了编码电路和锁存电路，实现了对信号编码和锁存的功能，防止二次抢答；译码显示电路能将抢答到的选手编号直观地显示出来；在定时电路中，主持人可通过时间预设开关预设供抢答的时间，且系统将完成自动倒计时；报警电路则起到声报警功能，当在规定的时间内无人抢答时，系统中的蜂鸣器将发出警报声，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能；秒脉冲产生电路用于为定时电路提供一个频率为1Hz的标准时钟信号。该抢答器不仅具有智能化的特点，同时采用数字式显示很直观。

关键词：抢答器编码锁存

目录

一、设计任务与要求 (4)

二、方案设计选择 (5)

三、部分电路工作原理 (6)

四、总体电路设计 (7)

1.抢答器电路 (7)

2.定时电路 (10)

3.报警电路 (11)

4.时序控制电路 (11)

五、实验器材清单 (12)

六、总电路原理图 (13)

七、课程设计总结 (14)

八、参考文献 (15)

一、设计任务与要求

1. 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0～S7表示。

2. 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。

3. 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED 数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

4. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。

5. 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的时间，并保持到主持人将系统清除为止。

6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。

二方案设计选择

2.1 基于单片机AT89S52的抢答器硬件设计

2.1.1硬件部分设计原理

AT89S52的各引脚功能情况为：P1口(P1.0～P1.7)8个引脚，P1.7为最高位，P1.0为最低位。在AT89S52不带片外存储器时，P1口可作为通用I /O口使用，

P1.0～P1.7用于传送CPU的输入/输出数据。这时输出数据可以得到锁存，不需外接专用锁存器。输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可靠性；P37引脚外接电阻、放大管以及扬声器；RST复位线，外接电容、电阻。使AT89S52处于复位工作状态；TXD：串行口数据发送；RXD：串行口数据接收；XMT1和XMT2外接石英晶体和微调电容，为片内振荡电路输入线，用来连接AT89S52片内OSC的定时反馈网络；INT0/INT1：外部中断0 /1输入；T/C1、T/C0 :定时器/计数器I /O的外部输入。

2.1.2 软件部分设计原理

根据本文的电路求出要显示不同路数的数字所需的编码，将它们存在一个表中待用时取出。8路抢答输入信号由8个按键控制，程序一直判断是否有按键按下，若没有按键按下则循环判断；直到有按键按下后，立即把通过按键输入的信号储存起来然后对8路输入信号进行逐位扫描判断，最后根据扫描结果转入查表程序取数并通过数码管显示输出结果，同时发光二极管亮起,表示抢答成功。

2.1.3 优缺点

使用单片机设计抢答器，成本低，易控制，但硬件设计和软件编程比较复杂，我们尚不具备此项技能。

2.2基于FPGA的抢答器硬件设计

2.2.1设计原理

抢答器结构简图如图1所示：

1、FPGA 最小系统电路：FPGA 正常工作时的基本电路，由时钟和复位电路组成。

2、键盘输入电路：用3×3 矩阵键盘组成3 个组共9 个人的抢答按钮。同时包括Start, Add, Sub 三个由主持人控制的单独按钮。

3、显示模块：用移位寄存器74HC164 驱动4 位共阴数码管显示；数码管要显示的数据通过74HC164 串行数据端口输入。

4、报警及相关信息显示：蜂鸣器电路和LED 灯显示相关状态信息指示电路。

2.2.2优缺点

使用FPGA设计抢答器使电路高度集成，运行速度快。但成本较高，编程复杂。

2.3 基于74系列集成电路的抢答器设计

2.3.1设计原理

总体方框图如图2所示：

图2 抢答器原理框图

电路分为主体电路和拓展电路。主体电路完成基本强大功能，即开始抢答当选手按抢答按钮时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路。拓展电路完成定时抢答功能。

2.3.2优缺点

该电路设计较为复杂，但原理简单，思路明确，而且价格便宜。其中所用的元件正好是我们在本学期学过的，可以让我们进一步熟悉其功能。

经过综合分析，我决定使用第三种方案作为我的设计方案。

三、部分电路工作原理

1.开关阵列电路

该电路由多路开关所组成，供抢答着使用，每一抢答者与一个开关相对应（开关S0—S7的代号分别是8、1、2、6、7，即抢答着的组号，便于主持人看到显示器上的数字后，能准确宣布谁是优先抢答者）。开关应为常开型，当按下开关时，开关闭合；当松开开关时，开关自动弹出断开。

2．触发锁存电路

当某一开关被按下时，触发锁存的电路被触发，在输出端产生相应的开关电平信息。同时为了防止其它开关随后触发而产生紊乱，让最先产生的输出电平返回来将触发锁存器的电路锁定。若有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，结果只能是它们中的任一个产生有效输出，任然达到了优先判断的效果。3．数码显示器

数码管通常有发光二极管（ LED ）数码管和液晶（ LCD ）数码管。本设计提供的为 LED 数码管，如图4所示。它显示最先抢答者的相应的代号，方便主持人宣布最先抢答者。

LED显示器