电子技术综合训练设计报告题目：简易抢答器制作姓名：学号：班级：同组成员：指导教师：日期：电子技术综合训练任务书2摘要八路数显抢答器的电路主要由五部分组成：数字抢答电路、译码显示电路、可预置时间的定时电路、报警电路以及秒脉冲产生电路。

其中数字抢答电路包括了编码电路和锁存电路，实现了对信号编码和锁存的功能，防止二次抢答；译码显示电路能将抢答到的选手编号直观地显示出来；在定时电路中，主持人可通过时间预设开关预设供抢答的时间，且系统将完成自动倒计时；报警电路则起到声报警功能，当在规定的时间内无人抢答时，系统中的蜂鸣器将发出警报声，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能；秒脉冲产生电路用于为定时电路提供一个频率为1Hz的标准时钟信号。

该抢答器不仅具有智能化的特点，同时采用数字式显示很直观。

关键词：抢答器编码锁存目录一、设计任务与要求 (4)二、方案设计选择 (5)三、部分电路工作原理 (6)四、总体电路设计 (7)1.抢答器电路 (7)2.定时电路 (10)3.报警电路 (11)4.时序控制电路 (11)五、实验器材清单 (12)六、总电路原理图 (13)七、课程设计总结 (14)八、参考文献 (15)一、设计任务与要求1. 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0～S7表示。

2. 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。

3. 抢答器具有锁存与显示功能。

即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED 数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。

选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

4. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。

当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。

5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，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的时间，并保持到主持人将系统清除为止。

6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。

二方案设计选择2.1 基于单片机AT89S52的抢答器硬件设计2.1.1硬件部分设计原理AT89S52的各引脚功能情况为：P1口(P1.0～P1.7)8个引脚，P1.7为最高位，P1.0为最低位。

在AT89S52不带片外存储器时，P1口可作为通用I /O口使用，P1.0～P1.7用于传送CPU的输入/输出数据。

这时输出数据可以得到锁存，不需外接专用锁存器。

输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可靠性；P37引脚外接电阻、放大管以及扬声器；RST复位线，外接电容、电阻。

使AT89S52处于复位工作状态；TXD：串行口数据发送；RXD：串行口数据接收；XMT1和XMT2外接石英晶体和微调电容，为片内振荡电路输入线，用来连接AT89S52片内OSC的定时反馈网络；INT0/INT1：外部中断0 /1输入；T/C1、T/C0 :定时器/计数器I /O的外部输入。

2.1.2 软件部分设计原理根据本文的电路求出要显示不同路数的数字所需的编码，将它们存在一个表中待用时取出。

8路抢答输入信号由8个按键控制，程序一直判断是否有按键按下，若没有按键按下则循环判断；直到有按键按下后，立即把通过按键输入的信号储存起来然后对8路输入信号进行逐位扫描判断，最后根据扫描结果转入查表程序取数并通过数码管显示输出结果，同时发光二极管亮起,表示抢答成功。

2.1.3 优缺点使用单片机设计抢答器，成本低，易控制，但硬件设计和软件编程比较复杂，我们尚不具备此项技能。

2.2基于FPGA的抢答器硬件设计2.2.1设计原理抢答器结构简图如图1所示：1、FPGA 最小系统电路：FPGA 正常工作时的基本电路，由时钟和复位电路组成。

2、键盘输入电路：用3×3 矩阵键盘组成3 个组共9 个人的抢答按钮。

同时包括Start, Add, Sub 三个由主持人控制的单独按钮。

3、显示模块：用移位寄存器74HC164 驱动4 位共阴数码管显示；数码管要显示的数据通过74HC164 串行数据端口输入。

4、报警及相关信息显示：蜂鸣器电路和LED 灯显示相关状态信息指示电路。

2.2.2优缺点使用FPGA设计抢答器使电路高度集成，运行速度快。

但成本较高，编程复杂。

2.3 基于74系列集成电路的抢答器设计2.3.1设计原理总体方框图如图2所示：图2 抢答器原理框图电路分为主体电路和拓展电路。

主体电路完成基本强大功能，即开始抢答当选手按抢答按钮时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路。

拓展电路完成定时抢答功能。

2.3.2优缺点该电路设计较为复杂，但原理简单，思路明确，而且价格便宜。

其中所用的元件正好是我们在本学期学过的，可以让我们进一步熟悉其功能。

经过综合分析，我决定使用第三种方案作为我的设计方案。

三、部分电路工作原理1.开关阵列电路该电路由多路开关所组成，供抢答着使用，每一抢答者与一个开关相对应（开关S0—S7的代号分别是8、1、2、6、7，即抢答着的组号，便于主持人看到显示器上的数字后，能准确宣布谁是优先抢答者）。

开关应为常开型，当按下开关时，开关闭合；当松开开关时，开关自动弹出断开。

2．触发锁存电路当某一开关被按下时，触发锁存的电路被触发，在输出端产生相应的开关电平信息。

同时为了防止其它开关随后触发而产生紊乱，让最先产生的输出电平返回来将触发锁存器的电路锁定。

若有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，结果只能是它们中的任一个产生有效输出，任然达到了优先判断的效果。

3．数码显示器数码管通常有发光二极管（ LED ）数码管和液晶（ LCD ）数码管。

本设计提供的为 LED 数码管，如图4所示。

它显示最先抢答者的相应的代号，方便主持人宣布最先抢答者。

LED显示器四、总体电路设计1.抢答器电路抢答器电路如图所示。

该电路完成两个功能：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；二是禁止其他选手按键操作无效。

工作过程：开关S 置于“清除”端时，RS 触发器的R 端均为0，5个触发器输出置0，使74LS148的ST ＝0，使之处于工作状态。

当开关S 置于“开始”时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出210010Y Y Y =,0EX Y =,经RS 锁存后,2Q=1,1BI =,74LS48处于工作状态，5Q4Q3Q=101，且1Q=0，则经译码显示为“5”。

此外，2Q ＝１，使74LS148的ST ＝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1EXY=此时由于仍有2Q＝１，使ST＝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S 开关重新置于“清除”然后再进行下一轮抢答。

若按下S0，经RS锁存器后，1Q=1，74LS148的输出210111Y Y Y=,0EXY=,经RS锁存后,2Q=1,1BI=,74LS48处于工作状态，5Q4Q3Q=000，且1Q=1,所以经译码显示为“8”。

保证抢答者的优先性与上述类似。

①优先判决器优先判决器主要是由74LS148集成优先编码器等组成。

该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端，选通输入端ST，选通输出端S Y和扩展端EXY。

其功能表如表2所示。

从功能表中可以看出当ST＝“0”时，编码器工作，而当ST＝“1”时，则不论8个输入端为何种状态，输出端均为“1”，且S Y端和EXY端为“1”，编码器处于非工作状态,这种情况被称为输入低电平有效。

优先编码器74LS148功能表②锁存器SR锁存器是该设计中保证多个开关先后触发而不发生紊乱的重要部分。

用与非门组成的SR锁存器的特性表'D S 'D RQ *Q1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 011③译码器设计中选用的译码器型号是74LS48（共阴），其引脚排列如图所示，其中3A 、2A 、1A 、0A — BCD 码输入端，a Y 、b Y 、c Y 、d Y 、e Y 、f Y 、g Y — 译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED 数码管。

LT —测灯输入端，LT ＝“0”时，译码输出全为“1”，数码管七段同时电亮，以检查数码管各段能否正常发光。

RBO /BI — 灭灯输入端，BI ＝“0”时，译码输出全为“0”。

作为输出端使用时，称灭“0”输出端，在A=B=C=D=0时，而且 RBI =0时，RBO 才会输出低电平，表示译码器把不希望显示的零熄灭了。

RBI —熄零输入端。

用来熄灭不希望显示的零。

74LS48的引脚排列图④数码显示器LED 数码管是目前最常用的数字显示器，它分为共阴管和共阳管。

在此只对共阴管作介绍，其电路和出线形式的引出脚如图7所示。

一个LED数码管可用来显示一位0～9十进制数和一个小数点。

小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为2～2.5V，每个发光二极管的点亮电流在5～10mA。

LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。

LED数码管2.定时电路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。

可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计。

3.报警电路由555定时器和三极管构成的报警电路如图所示。

其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo＝1．43／［（RI＋2R2）C］，其输出信号经三极管推动扬声器。

PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。

4.时序控制电路时序控制电路功能：①主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。

②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。

③当设定的抢答时间到，无人抢答，扬声器发声，同时抢答器和定时电路停止工作。

1.4.5直流电源设计5V1.5整体电路设计及工作原理整体电路如图7所示图7 整体电路图各单元电路的工作原理以在前文讲过，此处不再赘述。

整体电路分为抢答电路，定时电路，报警电路，脉冲发生电路。

抢答电路完成基本的抢答功能，采用74ls148进行编码，74ls279进行锁存。

定时电路采用74ls192，接成减数计数。

报警电路用555芯片接成多谐振荡器，它的控制信号为定时电路高位片的借位信号。