1、沈陽航空航天大學課程設計八路搶答器電路的設計班級 / 學號94070401-012學生姓名胡迪 指導教師關宗安一、 概述隨著現代社會的不斷發展，各種娛樂競賽節目融入到人們生活當中，增添了趣味性又活躍人們思維的智力搶答競賽一直深受人們的青睞，在許多比賽活動中，為了準確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，通常設置一臺搶答器，通過數顯、燈光或音響等多種手段指示出第一搶答者。從簡單的報警搶答到可以顯示選手號碼的搶答，我們看到了數字電路的不斷改進。其中有關選手搶答先后爭議和計時系統不健全為主辦方和選手們帶來困擾，所以針對解決搶答時面臨的問題，就需要計時搶答系統的改進，使比賽增加更多的公平性，因此用邏輯電路芯

2、片等電子元件設計出性價比高、功能完善、誤差小、耗能低、抗干擾能力強的搶答電路，會為各種競賽節目帶來方便。二、方案分析設計一個八路搶答器，可以同時供8名選手或8個代表隊比賽，其原理框圖如圖1所示。基于計時和搶答兩種主要功能設計，在搶答端我決定利用74LS148優先編碼器實現，然后采用74LS279進行鎖存，最后經數碼管顯示。在擴展的定時電路方面，決定應用減法計時，同時用到了555脈沖信號，附加了LED顯示報警。所應用的電學元件都是平時教學中所學到的，原理簡單易懂，直觀明了，容易在MULTISIM仿真中實現且適合于實際中實踐應用。圖1 八路搶答器電路的原理框圖三、電路設計1.搶答電路搶答部分原理圖

3、如圖2所示。此部分電路主要完成的功能是實現8路選手搶答并進行鎖存，同時有相應發光二極管點亮和數碼顯示。該電路主要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數字數碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：主持人使用開關S 置于"清除"端時，RS 觸發器的 R、S 端均為0，4個觸發器輸出置0，使74LS148 的優先編碼工作標志端0，使之處于工作狀態。當開關S 置于"開始"時，搶答器處于等待工作狀態，當有選手將搶答按鍵按下時（如按下S5），74LS148 的輸出經RS 鎖存后

4、，CTR=1,RBO =1, 七段顯示電路74LS48 處于工作狀態，4Q3Q2Q=101,經譯碼顯示為“5”。此外，CTR 1，使74LS148 優先編碼工作標志端，處于禁止狀態，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74LS148 的 此時由于仍為CTR1，使優先編碼工作標志端1， 5 所以74LS148 仍處于禁止狀態，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優先性。只要有一組選手先按下搶答器，就會將編碼器鎖死，不再對其他組進行編碼。通過74LS48譯碼器使搶答組別數字顯示0-7。如有再次搶答需由主持人將S 開關重新置“清除”然后再進行下一輪搶答。圖2搶答模塊原理圖74LS148工

5、作原理：74LS148的輸入端和輸出端低電平有效。是輸入信號，為三位二進制編碼輸出信號，1時，編碼器禁止編碼，當0時，允許編碼。是技能輸出端，只有在0，而均無編碼輸入信號時為0。為優先編碼輸出端，在0而的其中之一有信號時，0。各輸入端的優先順序為：級別最高，級別最低。如果0（有信號），則其它輸入端即使有輸入信號，均不起作用，此時輸出只按編碼，000。優先編碼被廣泛用于計算機控制系統中，當有多個外設申請中斷時，優先編碼器總是給優先級別高的設備先編碼。表1為其真值表。 表1 74LS148真值表輸入輸出1XXXXXXXX11111011111111111100XXXXXXX0000010XXXXX

6、X01001010XXXXX011010010XXXX0111011010XXX01111100010XX011111101010X01111111100100111111111101譯碼顯示電路工作原理：顯示譯碼器由譯碼輸出和顯示器配合使用，本設計采用了74LS48,輸出是驅動七段字形的七個信號，二進制譯碼器將輸入的二進制代碼的各種狀態按特定含義翻譯成對應輸出信號,字符顯示器將字符由分布在同一平面上的若干段發光筆劃組成。電子計算器，數字萬用表等顯示器都是顯示分段式數字。而LED數碼顯示器是最常見的。通常有紅、綠、黃等顏色。LED的死區電壓較高，工作電壓大約1.53V，驅動電流為幾十毫安。74

7、LS47譯碼驅動器輸出是低電平有效，所以配接的數碼管須采用共陽極接法；而74LS48譯碼驅動器輸出是高電平有效，所以，配接的數碼管須采用共陰極接法。數碼管常用型號有BS201、BS202等。2.倒計時電路倒計時電路如圖3所示。該部分電路主要實現的功能是當主持人按下開始搶答按鈕后，進行60s倒計時，到0s時倒計時指示燈滅。當有人搶答時，計時停止。當有人搶答時，停止計數并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時， 輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。主要由555 定時器秒脈沖產生電路、十進制同步加減計數器74LS192 減法計數電路、74LS48譯碼電路

8、和2個7段數碼管及相關電路組成。兩塊74LS192 實現減法計數，通過譯碼電路 74LS48 顯示到數碼管上，其時鐘信號由時鐘產生電路提供。74LS192 的預置數控制端實現預置數60s，計數器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數器開始減法計數工作，并將時間顯示在共陰極七段數碼顯示管上。圖3倒計時模擬原理圖555定時器：555構成多諧振蕩器，振蕩頻率fo1.43（R142R15）C，其輸出信號經三極管推動揚聲器。PR為控制信號，當PR為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。控制輸入信號為經過編碼的搶答選手的信號，當有人在有效時間內搶答時，定時時間到時無人搶答時，輸入信號為高電平，報

9、警電路發出報警信號；反之，輸入信號為低電平時，報警器不工作。因此，由555定時器和三極管構成報警電路。555定時器的連接如圖4所示。圖4 555定時器元件連接圖3.電源電路電源電路主要起到將220V交流電壓轉化為可供電路工作的5V電壓，保證電路可以正常工作，其設計如圖5所示。圖5 電源電路示意圖四、性能的測試1.搶答測試主持人開啟開關，在距離時間還有5秒時，第8路選手先搶答，7號選手后按到開關，二極管指示燈發光，搶答器顯示如圖6所示。圖6 8號選手先搶答示意圖2.倒計時電路測試當主持人開關開啟時，若無人搶答，計時電路正常運行，由60s-00s進行減計時，如圖7為計時過程中無人搶答數碼管顯示截圖

10、。圖7計時開始后無人搶答3.時間到達無人搶答時測試如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統報警并禁止選手，定時器顯示“00”。如圖8所示。圖8 搶答時間到達并禁止搶答五、結論從設計到性能測試，到部分構件的改進與電路的修正，搶答器可以實現所要求的功能，每一部分均已達到技術指標，并且經驗證所設計的電路，準確、公正、直觀地判斷出第一搶答者。達到數字實驗課程大綱所要求掌握的基本內容，掌握組合電路、時序電路、編程器件和任意集成電路的綜合使用及設計方法，熟悉掌握優先編碼器、觸發器、計數器、單脈沖觸發器、555電路、譯碼/驅動電路的應用方法，熟悉掌握時序電路的設計方法。六、性價比該搶答器擺脫了耗費很多

11、元件僅來實現指示燈和一些簡單電路來實現搶答功能，避免了不合理現象的發生，易于擴展，可靠性高，集成度高，而且費用低廉，功能多樣，是一個具有高效能的產品，而且在考慮成本的基礎上采用LED顯示，所以此產品的性價比非常高，是適合普及的產品。七、課設體會及合理化建議通過這次課程設計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。剛開始拿到這個課設題目，沒有什么頭緒，但是通過查閱各種有關數字電路，74系列芯片書籍以及教材等，漸漸有了頭緒，確定了基本的設計方案，雖然比較繁瑣復雜，但是經過不斷地網上查閱，MULTISIM模擬仿真，思路越來越加清晰，在設計過程中，經常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行

12、得通，但實際接上電路，總是實現不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。我深刻的體會到需要反復實踐，其過程很可能相當煩瑣，有時花很長時間設計出來的電路還是需要重做，那時心中未免有點灰心，有時還特別想放棄，此時更加需要靜下心，查找原因。因此我們應該在設計前做好充分的準備，像查找詳細的資料，為我們設計的成功打下堅實的基礎。在整個電路的設計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細節設計上，在多種方案的選擇中，我仔細比較分析其原理以及可行的原因，最后還是在通多次對電路的改進，上機仿真，終于得以設計出可以在計算機上穩定運行的電路。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識

13、是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與、踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發現了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多專業知識問題，最后在經過同學們和老師的指導，終于迎刃而解。十分感謝學校給我們提供的課程設計，使我能夠在學習中體驗到實際設計的感覺，幫助我們理解理論與實際之間的異同，更好地掌握課程中抽象的概念邏輯。而且感謝老師給與的幫助和鼓勵，使我能夠堅持下

14、去，成功完成課程設計。課程設計的結束并沒有結束我的實踐計劃，這次的課程設計使我了解到實際設計中的樂趣，而且自己也要堅持下去，在課外時間多多進行實際設計。參考文獻1閻石主編.數字電子技術.M北京：高等教育出版社，2006年2Multsim9在電工電子技術中的應用 董玉冰 清華大學出版社 20083童詩白、華成英主編.模擬電子技術基礎.M北京：高等教育出版社，2006年4南新志、劉計訓主編.數字電路實驗教程.M濟南：山東大學出版社，2003年5譚博學主編.集成電路原理與應用.M北京：電子工業出版社，2003年附錄I總電路圖附錄II元器件清單序號編號名稱型號數量1U1譯碼器74LS48D32U2RS觸發器74LS27913U3數碼管BS20134U4優先選擇器74LS148D15U53路或非門74LS27D16U10十進制可逆計數器74LS192D27U12555定時器EM555CM18U13四2輸入與非門74L