8路抢答器(数字电路)

课程设计论文课程设计名称：数字电路课程设计课程设计题目：多路智力抢答系统的设计摘要：本设计介绍了一种用74 系列常用集成电路设计的数码显示八路抢答器的电路组成、设计思路及功能。

该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有定时、计时和报警功能。

主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间，系统将完成自动倒计时。

若在规定的时间内有人抢答，则计时将自动停止，抢答电路数码管上显示选手编号。

蜂鸣器发生报警，二极管发光，定时电路显示倒计时时间。

若在规定的时间内无人抢答，定时电路显示00，同时系统中的蜂鸣器将发响，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能。

Multisim 软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。

凭借Multisim，可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE 模拟器模仿电路行为。

本设计就是利用Multisim 软件进行电路图的绘制并进行仿真。

关键词:八路, 抢答器, 设计,定时，计时，报警一、实验目的1. 熟悉智力竞赛抢答器的工作原理掌握抢答电路、优先编码电路、锁存电路、定时电路、报警电路、时序控制电路、译码电路、显示电路及报警电路的设计方法。

二、实验任务基本功能1. 设计一个多路智力竞赛抢答器，同时供8 个选手参赛，编号分别为0 到7，每个用一抢答按键。

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，并在LED 数码管上显示出选手的编号，同时蜂鸣器给出音响提示。

此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。

优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

三、扩展功能：1. 具有定时抢答功能，可由主持人设定抢答时间。

当抢答开始后，定时器开始倒计时，并显示在LED 上，同时扬声器发声提醒。

2. 选手在规定时间内抢答有效，停止倒计时，并将倒计时时间显示在LED 上，同时报警。

3. 在规定时间内，无人抢答时，电路报警提醒主持人，次后的抢答按键无效。

四、抢答器的组成框图图所示的定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间，当节目主持人宣布“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，，抢答器处于工作状态，定时器倒计时。

当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。

当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：①优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；②扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；③控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；④控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。

当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。

五、抢答器电路设计如图所示：电路选用优先编码器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J2 置于"清除"端时，RS 触发器的R、S 端均为0，4 个触发器输出置0，当开关J2 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（如按下第四个开关时），74LS148 的输出经RS 锁存后，2Q2 端输出为 1 使BI 端为1，,七段显示电路CD4511 处于工作状态，4Q3Q2Q=011,经译码显示为“3”。

2Q2 接EI 端，将可以优先锁存数据。

若是为设计优先抢答电路模块应使74LS148 优先编码工作标志端（图中5 号端）EI 接BI 端，当有人按下开关后，BI 端为1，使编码器处于禁止状态，封锁其他按键的输入。

当按键松开即按下时，由于74LS148 优先编码工作标志端（图中 5 号端）EI＝１，所以74LS148 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J2 开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。

74LS148 为8 线－3 线优先编码器，下表为其功能表.从以上的的功能表中可以得出，74ls148 输入端优先级别的次序依次为I7，I6，…，I0 。

当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端没有低电平输入时，输出端才输出相应该输入端的代码。

例如：I5=0 且I6=I7=1(I6、I7 优先级别高于I5) 则此时输出代码010，经RS 触发器各位取反，这就是优先编码器的工作原理。

74ls279 在接法上有点不同，其中上图所示的1S1,及1S2 要连接到一起，和1R1 一起组成SR 触发器，输出为1Q1，这里千万不能把1S1 误认为和1R1 是一组的。

但是，1S3 却和1R2 是一组的，所以在接芯片连线的时候要特别注意。

起初就是由于没有注意到这里的不同，结果造成接线错误，因此不能得出正确结果基本SR 触发器真值表。

下图为74ls279引脚图和真值表：六、定时器电路设计（一）上图是可预置时间的定时电路原理及设计：十进制同步加减计数器74LS192 减法计数电路,，CD4511 译码电路和2 个7 段数码管即相关电路组成。

具体电路如图所示。

两块74LS192 实现减法计数，通过译码电路CD4511 显示到数码管上，其时钟信号由Multism 库中的矩形脉冲。

74192 的预置数控制端实现预置数，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。

按键掷向接地端进行预置数，掷向另一端开始减计数，并将时间显示在共阴极七段数码显示管上，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，BO2 输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。

定时电路的仿真这里需要对数据预置端进行置数。

在74ls192，例如将个位对应的9、10、1、15 端分别置为0101，而第 2 个74ls192 的那几个端口分别置为0011，则屏幕应该显示为35。

定时电路的仿真启动仿真按钮，可看见数码管上的数字逐渐递减。

74ls192引脚图：74ls192功能表：上表为74LS192 真值表，74LS192 是双时钟方式的十进制可逆计数器。

(bcd,二进制)，下面我们介绍74ls192 引脚图,74ls192 功能表等资料。

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。

CR 为复位输入端，高电平有效，异步清除。

CO 为进位输出：1001 状态后负脉冲输出，BO 为借位输出：0000 状态后负脉冲输出。

CD4511引脚图：（二）秒脉冲产生电路秒脉冲产生电路我们可以用555 定时器外接一些电阻，电容产生秒脉冲。

仿真使用的参数f=1.43/(2R2+R1)/C1, 产生的近似为70Hz 的脉冲，这样可以使仿真结果更明显，实际使用时，后面应接70 倍的分频计。

也可以用晶振外加分频电路产生秒脉冲，电路分别如下。

NE555引脚图：七、报警电路的设计本报警电路由555 定时器和三极管构成，其中555 定时器构成外加电容和电阻构成多谐震荡器，555 芯片构成多谐振荡电路,555 的输出信号再经三极管放大,从而推动扬声器发声. 控制电路包括时序和报警两个电路。

振荡频率f 0 ＝1.43／〔（R3＋2R2）C〕，4 端接时序控制电路输出的控制信号，当4 端为高电平时，多谐振荡器工作，输出为高电平时，三极管正常工作，推动扬声器发声进行一定周期性的报警。

4 端为低电平时，多谐振荡器停止工作，仿真过程直接用与非门控制蜂鸣器，都能达到报警的目的。

八、时序控制电路时序控制电路是抢答器的关键，它要完成以下三项功能：1 主持人将控制开关拨到“开始”时，EI 端为0,抢答和定时电路进入正常工作状态。

2 当参赛选手按动抢答器开关时，抢答电路和定时电路停止工作。

3 当设定的抢答时间到，但无人抢答时，抢答电路和定时电路停止工作。

根据上面的功效，设计出如下图所示的控制电路。

由主持人将开关置向开始端，GS 为1,BO2 为1，使能端EI 为零，编码器正常工作。

门U2A 是控制CP 信号的放行，当定时时间未到，即BO2 输出为1，同时有选手按下开关，GS 输出为0，锁定CP 信号，使定时器停止工作。

若定时时间到仍无选手按开关时，BO2 变为0，锁定CP 信号，定时器停止工作。

门U1A 是控制编码器的正常工作的，有选手按下开关，GS 为0，经与非门使能端信号EI 为1，编码器停止工作，如果定时时间到，无选手按开关时，BO2 输出为0，使使能端信号EI 为1,，锁定编码器。

全局电路的仿真采用555 定时器产生矩形脉冲作为时钟脉冲，仿真总电路。

首先还是给数据置数端置数为35，即倒计时为35 秒。

在此期间，如果开始后，有人抢答了，则计数器停止计时，并进入答题环节，蜂鸣器发声，二极管发光，屏幕上会显示选手的编号并保持不变。

反之，如果无人回答，则会一直减计数，直到0。

蜂鸣器发声报警。

十、总结通过本次课程设计，有如下收获：1 学会了运用多种途径查资料。

在决定做抢答器的时候都不知道该用什么东西，怎样去实现，通过上网，去图书馆查找相关资料，了解了抢答器的大致模块。

2 充分运用到了自己所学的知识。

当查找到大致模块时，就自己动手一部分一部分的绘出抢答器实现需要的电路，例如在运用到各种芯片，我会先去了解芯片的功能表，引脚图，然后对各个芯片进行系统的总结，进行相应的控制。

3 在仿真过程中，由于刚开始对很多元件在仿真环境下的使用不是很了解，因此仿真过程出现很多错误。

不过最后细节通过查资料和书本，吸取经验教训，最后实现了电路的仿真。

4电路的设计时，里面要用到一个74LS279 芯片，在对这个芯片的使用中，开始总是吧1S1 和1R1 用为一对，结果总是出不了结果，在仿真时一直显示的是7 或者 2.后来经过反复的检查和上网查资料后，发现1S1,1S2 要连接到一起，然后和1R1 才能连为一对，1Q1 作为输出。

但是1S3 却是和1R2 为一对。

后来经过改正，这个问题被解决了，也从中学到了很多。

5 在购买元器件时根据元器件的价格选择相同功能但价格便宜的芯片进行替代，例如用CD4511 替代74LS48。

在实验室可用74ls48.。