华北科技学院课程设计说明书班级：电子 B071姓名：郭亚立设计题目：四路智能抢答器设计时间：2010.1.9至 2010.1.22学号：200703014138指导教师：杜志伟评语：评阅成绩：评阅老师：华北科技学院课程设计报告四路抢答器设计报告目录一、设计任务和要求： ...................................................................................................................- 3 -1.1设计任务 ..................................................................................................................................- 3 -1.2设计要求 ..................................................................................................................................- 3 -二、设计方案的选择与论证...........................................................................................................- 4 -2.1方案的选择、论证 ..................................................................................................................- 4 -2.2设计总方案 ..............................................................................................................................- 4 -三、电路设计计算与分析.................................................................................................................- 5 -3.1抢答器控制电路设计 ..............................................................................................................- 5 -3.1.1优先编码器 74LS148 .....................................................................................................- 7 -3.1.2锁存器 74LS279 ............................................................................................................- 9 -3.1.374LS121 单稳态触发器： (10)3.2定时时间电路的设计 (10)3.2.1计数器 74LS192 (12)3.3控制电路和报警电路 (13)3.3.1振荡电路 (17)华北科技学院课程设计报告3.4整体仿真 (19)四、总结及心得 (20)五、附录 (22)5.1主要元器件列表 (22)5.2总原理图 (23)六、参考文献 (24)一、设计任务和要求：1.1设计任务设计一台可供 4 名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。

用数字显示抢答倒计时间，由“ 9”倒计到“ 0”时，无人抢答，蜂鸣器鸣响。

选手抢答时，数码显示选手组号，同时蜂鸣器鸣响，倒计时停止。

1.2设计要求1) 4 名选手编号为： 1，2，3，4。

各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为 1，2，3，4。

2)给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）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，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。

抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

抢答器具有定时（15 秒）抢答的功能。

4)当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响。

参赛选手在设定时间（15 秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。

5)如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。

系统扬声器报警，并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示 0。

6)用石英晶体振荡器产生频率为 1Hz 的脉冲信号，作为定时计数器的 CP信号。

二、设计方案的选择与论证2.1方案的选择、论证方案一：用一片四D触发器74LS175和四输入2 或非门CD4002实现。

四D 触发器输出经四输入或非门到四路抢答按键开关，加到触发器的四个输入端，同时经四输入或非门和反相器作为四 D触发器的时钟信号，四 D 触发器清零端经上拉电阻接电源，同时经过清零控制开关到地。

电路简单成本低，稍加扩展就能达到实用化。

方案二：用一片八线－三线优先编码器74LS148、四 RS触发器 74LS279和七段译码器 74LS48实现数显四路（八路）抢答器，电路稍显复杂，但功能较完善。

方案一电路简单能够满足要求，但是由于需要 4 个 4D触发器，接线繁琐，增加了电路设计与仿真的难度，方案二用集成器件，电路减小了体积，提高了稳定性，并且可以应用EDA 软件仿真、调试，易于进行功能扩展。

故采用方案二设计。

2.2设计总方案本设计电路主要由控制电路、脉冲产生电路、锁存电路、编码及译码显示电路、倒计时电路和报警产生电路组成。

如图 1 所示为总体方框图。

其工作原理为：接通电源后，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。

定时器倒计时。

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。

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。

图 1. 四人智力竞赛抢答器框图三、电路设计计算与分析3.1抢答器控制电路设计设计电路见图 2 所示。

电路选用优先编码器74LS148 和锁存器 74LS279来完成。

抢答器控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：1)当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码管显示）。

2)当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。

3）当主持人清零后，可再次进行抢答。

工作过程：开关 J5 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，使 74LS148的优先编码工作标志端（图中 5 号端） =0，使之处于工作状态。

当开关 J5 断开， J6 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J2）， 74LS148的输出经 RS锁存后， CTR = 1,RBO(图中4 端) =1, 七段显示电路 74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q= 010, 经译码显示为“ 2”。

此外， CTR=1，使 74LS148 优先编码工作标志端（图中 2 号端） =1，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。

当按键松开即按下时，74LS148 的此时由于仍为CTR=1，使优先编码工作标志端为1，所以 74LS148 仍处于禁止状态，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J5 开关重新置“清除”然后才可能进行。

仿真结果3.1.1优先编码器74LS14874LS148 为 8 线－ 3 线优先编码器，表3.1.1 为其真值表，下图为其管脚图。

华北科技学院课程设计报告Y 0 9 I1 16 VCCY 1 7 4 I 52 15Y SY 26I 63 14YEX48I74 74LS148 13I 3YEX14S(E) 5 12 I 2Y 2 6 11 I 1Y 1 7 10 I 0 Y s15GN D89Y 0(b)74LS148 管脚图表 3.1.1 74LS148 8 线— 3 线二进制编码器真值表74LS148 工作原理如下：该编码器有 8 个信号输入端， 3 个二进制码输出端。

此外，电路还设置了输入使能端 EI ，输出使能端 EO 和优先编码工作状态标志 GS 。

当 EI=0 时，编码器工作；而当 EI=1 时，则不论 8 个输入端为何种状态， 3 个输出端均为高电平，且优先标志端和输出使能端均为高电平， 编码器处于非工作状态。

这种情况被称为输入低电平有效，输出也为低电来有效的情况。

当 EI 为 0，且至少有一个输入端有编码请求信号（逻辑 0）时，优先编码工作状态标志 GS 为 0。

表明编码华北科技学院课程设计报告器于工作状，否1。

由功能表可知，在 8 个入端均无低平入信号和只有入0 端（先最低位）有低平入，A2A1A0均 111，出了入条件不同而出代相同的情况，可由GS的状加以区，当GS＝1 ，表示 8 个入端均无低平入，此A2A1A0=111非出； GS＝0 ， A2A1A0=111表示响入 0 端低平的出代（出）。

EO只有在 EI0，且所有入端都 1 ，出 0，它可与另一片同器件的EI 接，以便成更多入端的先器。

从功能表不看出，入先的次7，6，⋯⋯， 0。

入有效信号低平，当某一入端有低平入，且比它先高的入端无低平入，出端才出相的入端的代。

例如50。

且先比它高的入 6 和入 7 均 1 ，出代010，就是先器的工作原理。

3.1.2锁存器74LS279原理：在 74ls279 中，由于 4 回路中 2 回路置位端子两个，所以使用其一，整理两个置位入作 1 个使用，或将另一个入固定“H使”用。