16路抢答器设计(课程设计)

十六路抢答器的仿真设计报告

一、仿真设计要求

1、仿真设计基本要求：

（1）设计一个竞赛抢答器，可同时供十六名选手或代表队参加比赛；

（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）和抢答器的开始；

（3）抢答器具有数据锁存和显示功能，当某一路抢答成功时，放光二极管立即点亮，并在数码管上显示该路的号数，直到主持人按复位开关为止，其他人再抢答无效；

2、仿真设计扩展功能：

（1）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答时间可以由主持人设定（如97s）。当节目按下“开始”按钮后，要求定时器立即倒计时，并在显示器上显示，同时“滴”的声响；

（2）参赛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；

（3）如果定时器的时间已到，却没有选手回答，则本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路禁止选手超时抢答，时间显示器上显示00。

二、抢答器组成框图

1、抢答器组成总框图

抢答器组成总框图如图1所示。

图1 抢答器组成框图

１

2、各个电路的组成

（1）抢答电路由按键开关，优先编码电路74LS148，锁存器74LS279组成。

（2）定时电路由秒脉冲产生电路NE555，同步计数器74LS192组成。

（3）控制电路用单稳态触发器74LS121和一些门电路实现。

三、单元电路

1、抢答电路

抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如下图所示。其工作原理是：当主持人控制开关处于“清除”位置时，RS触发器的R端为低电平，输出端（4Q~1Q）全部为低电平，于是74LS48的BI=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作，当主持人开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端S1～S15输入信号，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出Y2Y1Y0=010，GS=0，经RS锁存器后，CTR=1，BI=1，74LS279处于工作状态，

4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的EI端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其他按键的输入。当按下的键松开后，74LS148的YEX为高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其他按键的输入信号不会被吸收，这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。

2、优先编码电路

根据要求，用两片优先编码器74LS148级连组成。由74LS148的功能表可以看出当高位片处于工作状态且没有输入时，Y2,Y1, Y0, YEX都是1，Y S为0 ，低位片也处于工作状态。当高位片有输入时，YS=1 =ST，所以低位片处于封锁状态，同时两片的输出YS=1，高位

２

３

片YEX 为0，低位片的YEX 为1。当低位片用输入时，高位片的YS=0，低位片的YS=1，高位片YEX 为1，低位片的YEX 为0。

由 ZYEX=YEX1·YEX2 Z0=Y01·Y02 Z1=Y11·Y12 Z2=Y21·Y22 Z3=ZYEX Y S

可以得到当ST=0时，即74LS148处于工作状态时，不论是低位片还用高位片有输入时，ZYEX 都为0，当没有输入时，ZYEX 为1。当高位片有输入时，Z3为0，当低位片有输入时，Z3为1，当ST 为1时，74LS148处于禁止工作状态，Z3为1。

表1 74LS148功能表

3、锁存电路

基本R-S 触发器逻辑等号与波形图RS 触发器的R 端为低电平，由于74LS148没有输入，S 都为1，所以输出端（4Q~1Q ）全部为0。当74LS148有输入，相应的S 为0，所对应的输出端变为1，

当输入退出时，S 重新变为1，而对应的输出端保持1不变，实现了锁存的功能。

当ZYEX 为0时，Q 的输出为1， Q=ST=1，所以令74LS148处于禁止工作状态，使其他按键的输入信号不会被吸收，这就保证了

输入

输出 ST S 0 S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 7 Y 2 Y 1 Y 0 YEX Y S 1 × × × × × × × × 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 × 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 × × 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 × × × 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 × × × × 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 × × × × × 0 1 1 0 1 0 0 1 0 × × × × × × 0 1 0 0 1 0 1 0

×

×

×

×

×

×

×

1

抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关S，使抢答电路复位（即令R=0），以便进行下一轮抢答。

表2、锁存器74LS74真值表

输入输出

R S Q

1 1 Q0

0 1 1

1 0 0

0 0 ×

4、4位二进制/BCD码变换电路

由与门电路组成，由于用15路选择，4位二进制数表示的十进制数的范围为0～15，其8421BCD码需用5位二进制数表示，它们之间的对应关系如下表.

表3 4位二进制/BCD码变换电路真值表

二进制数BCD码

Z3Z2Z1Z0D10D03D02D01D00

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 1 0 0 0 0 1

2 0 0 1 0 0 0 0 1 0

3 0 0 1 1 0 0 0 1 1

4 0 1 0 0 0 0 1 0 0

5 0 1 0 1 0 0 1 0 1

6 0 1 1 0 0 0 1 1 0

7 0 1 1 1 0 0 1 1 1

8 1 0 0 0 0 1 0 0 0

9 1 0 0 1 0 1 0 0 1

10 1 0 1 0 1 0 0 0 0

４