电子电路设计论文

楚雄师范学院

电子电路仿真小论文

课题：八路抢答器幸运大转盘

院（系）：物理与电子科学系

专业：应用物理

学生姓名：周进杨超张毅何福渊赵常波

实验一

一、抢答器的主要内容

l.任务要求和内容

数字式竞赛抢答器具有数字显示抢答者序号功能同时配以声、光报警，以响应抢先抢答者的信号和序号，对犯规抢答者(包括提前和超前抢答)除声、光报警外，还有显示抢答犯规者序号的功能，同时还可以设置记分和奖罚记录等多种功能。

2．抢答器的使用步骤为：

(1)电路上电抢答前，由抢答主持人进行系统复位，确定抢答允许时间。

(2)抢答主持入发出抢答命令同时按下定时开关。

(3)抢答者听到抢答开始命令后，通过各自的按钮开关输入抢答信号。

二、资料收集

1、芯片资料的收集

课设中用到了74LS148，74LS192，74LS48，555定时器、74LS00、74LS121、74ls04、74ls273等芯片。其中74LS192、 555定时器、74LS00在数电书上学有，而对于没有学过的74LS148、74LS48、74LS121、74ls04、74ls273芯片则在网上找到相关应用资料。

2、抢答器的资料

根据题目的要求我们们在数电等相关书籍上找了各个芯片的使用方法，并在网络上也找到了一些相关的资料来辅助设计抢答器的原理和绘制电路图。

三、工作过程简介

得到题目后我们们先确定了大体的设计思路，每一个模块实现一个功能，确定了课设实施的方案，然后去找资料了解各芯片的功能，管脚图和逻辑图，结合

实物熟悉各个芯片的使用。并通过芯片实现其功能。接下来的任务就去找资料，设计电路图，并且仿真。

经过仿真后，就开始画原理图和PCB图。经过学习protel99实用教程后画PCB图更加熟练，更加有效率。焊完板后接下来就是调试电路板，这可是个复杂的过程，74ls148有点问题，一上电就锁存了，没有达到预期的效果，经过排除和检查，电路板可以正常工作了。其他的板都可以正常工作。

三、正文

3.1系统概述

3.1.1 、抢答器基本功能：

1．设计一个数字式竞赛抢答器，可容纳8组代表队参加比赛，他们的编号分别是0-7，每组有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S0-S7。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。

2．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。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。

3．抢答器具有定时抢答的功能。当主持人按下“开始”按钮后，定时器立即倒计时，并在显示器上显示。若有一个组在主持人按下“开始”前抢答，则为犯规，报警器发出响声。

4．参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。如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答，则本次抢答无效，系统封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00.

流程图如下图：

3.1.2抢答器的工作过程

根据对功能要求的简要分析，将抢答器电路分为抢答电路、抢答倒计时电路、犯规和报警电路、计分电路。抢答电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答器按钮时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答；扩展电路完成定时抢答、犯规报警及抢答计分功能。

工作原理：通电后，主持人将开关拨到“清零状态，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“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。若是主持人开关并未置“开始”，此时若是有人抢答，则对应选手的灯亮，扬声器发出报警声并封锁输入电路。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，禁止选手超时抢答。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。对于抢答者，答对题则可以进行相应的加分，提前抢答或是答错则扣掉相应的分值。

3.2、单元电路设计仿真和分析

3.2.1抢答电路的设计

该部分主要完成两个功能：一是分辨选手按键的先后，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。选用优先编码器74ls148和RS锁存器可以完成上述功能，所组成的电路图如下所示。这个电路的工作原理过程：当主持人控制开关s置于“清零”端时，RS触发器的R非端均为0，4个触发器输出（Q4--Q1）全部置0，使74ls148的BI的非=0，显示器灯灭：74ls148的选通输入端ST的非=0，使之处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人把开关S置于“开始”时，优先编码器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，等待输入端的信号，当有选手将键按下时（比如按下s5），74ls148的输出Y2Y1Y0的非=010，YEX的非=0，经RS锁存后，CTR=1，BI的非=1，经74ls148译码后，显示器显示为“5”。此外，CRT=1,使74ls148的ST的非为高电平，封锁其他按键的输入。如果再次抢答需有主持人将S开关重新“清除”，电路复位。

电路原理图如下：

3.2.2、定时电路设计

可预置时间的电路选用可由两片十进制同步加减计数器74Ls192、译码器74ls48、7段数码显示管来进行设计。其中，两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74ls192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。74ls192其引脚图和逻辑图如图1所示，

74LS192引脚图 555定时器连接图

P0、P1、P2、P3——置数并行数据输入；Q0、Q1、Q2、Q3——计数数据输出；CR————清零端； LD————置数端； CPu ————加法计数CP输入；CPd ———减法计数CP输入；CO———进位输出端；BO———借位输出端。

因为时间周期为1S，所以频率是1Hz。555电路中电容的充放电时间分别是：

t1=RB×C×ln2≈0.7RB×C t2=(RA+RB)×C×ln2≈0.7(RA+RB)C

所以555的3端输出的频率为： f=1/(t1+t2)≈1.43/[(2RA+RB)C]

我们们采用的电阻和电容值分别是：RA=15KΩ，R2=68KΩ，C1=10uf,满足上式，即得到的是秒脉冲。

3.3总体电路图

经过以上分析，我们们将各部分电路连接，并加以适当控制，即得到了八位定时抢答器的总体电路图。

工作原理如下：