四人搶答器的設(shè)計

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（1）搶答器最多可供4名選手參賽，編號為1~4號，各隊分別用一個按鈕（分別為J1、J2、J3、J5）控制，并設(shè)置一個系統(tǒng)清零和搶答控制開關(guān)J4,J7，該開關(guān)由主持人控制。

（2）搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能,并將鎖存數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示出來，直到主持人清零。

（3）開關(guān)J4作為清零及搶答控制開關(guān)（由主持人控制），當(dāng)開關(guān)J4被按下時搶答電路清零，當(dāng)開關(guān)J7松開后則允許搶答。輸入搶答信號由搶答按鈕開關(guān)J1、J2、J3、J5實現(xiàn)。

（4）有搶答信號輸入（開關(guān)J1、J2、J3、J5中的任意一個開關(guān)被按下）時，并顯示出相對應(yīng)的組別號碼。此時再按其他任何一個搶答器開關(guān)均無效，指示燈依舊“保持”第一個開關(guān)按下時所對應(yīng)的狀態(tài)不變。設(shè)計要求1.2擴展功能介紹（1）搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間為10秒。當(dāng)節(jié)目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即倒計時，并用顯示器顯示。（2）參加選手在未開始搶答時按下?lián)尨疰I，則犯規(guī)。顯示器上顯示選手的編號。（3）參加選手在設(shè)定的時間內(nèi)搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答時刻的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。（4）如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器上顯示0。2總體方案設(shè)計設(shè)計要求（1）主持人有開始鍵和復(fù)位鍵，按下開始鍵后才能開始搶答，否則犯規(guī)。（2）用數(shù)碼管顯示，正常搶答后顯示搶到的隊號，如果犯規(guī)則顯示隊號。（3）如果10秒內(nèi)沒有搶答，則說明該題超時作廢，用0表示。（4）復(fù)位鍵用于恢復(fù)犯規(guī)或超時狀態(tài)如圖1所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到"清零"狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間；主持人將開關(guān)置;開始"狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。定時器倒計時。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)。圖13單元模塊設(shè)計3．1搶答器控制端電路功能介紹設(shè)計電路見圖2所示。電路選用優(yōu)先編碼器74LS148和鎖存器74LS75來完成。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(yōu)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(shù)字?jǐn)?shù)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：開關(guān)J5置于"清除"端時，RS觸發(fā)器的R、S端均為0，4個觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號端）＝0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)J5斷開，J6置于"開始"時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時（如按下J2），74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后，CTR=1,RBO(圖中4端)=1,七段顯示電路74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=010,經(jīng)譯碼顯示為“2”。此外，CTR＝1，使74LS148優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中2號端）＝1，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時，74LS148的此時由于仍為CTR＝1，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端為1，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將J5開關(guān)重新置“清除”然后才可能進(jìn)行圖23．2定時時間電路功能介紹

原理及設(shè)計：該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十六進(jìn)制同步加法計數(shù)器，74LS161倒計時計數(shù)電路、74LS48譯碼電路和1個7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3所示。一塊74LS161實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74161的預(yù)置數(shù)控制端實現(xiàn)預(yù)置數(shù)，由節(jié)目主持人根據(jù)共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG上，當(dāng)有人搶答時，停止計數(shù)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74LS48使0顯示，同時以后選手搶答無效。圖33.3振蕩電路555定時器是一種多功能的中規(guī)模集成器件，它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在定時器內(nèi)部，一般包含20多只晶體管，10多個電阻和數(shù)值電容。本系統(tǒng)需要產(chǎn)生頻率為500KHZ的脈沖信號，用于為161道計數(shù)提供CP信號，及頻率為1HZ信號用于計時電路。以上電路可用555定時器組成

4主要芯片介紹

4．1優(yōu)先編碼器74LS14874LS148為8線－3線優(yōu)先編碼器，表，表,圖74LS148管腳圖

表4.1.274LS1488線—3線二進(jìn)制編碼器真值表74LS148工作原理如下：

該編碼器有8個信號輸入端，3個二進(jìn)制碼輸出端。此外，電路還設(shè)置了輸入使能端EI，輸出使能端EO和優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS。

當(dāng)EI=0時，編碼器工作；而當(dāng)EI=1時，則不論8個輸入端為何種狀態(tài)，3個輸出端均為高電平，且優(yōu)先標(biāo)志端和輸出使能端均為高電平，編碼器處于非工作狀態(tài)。這種情況被稱為輸入低電平有效，輸出也為低電來有效的情況。當(dāng)EI為0，且至少有一個輸入端有編碼請求信號（邏輯0）時，優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS為0。表明編碼器處于工作狀態(tài)，否則為1。由功能表可知，在8個輸入端均無低電平輸入信號和只有輸入0端（優(yōu)先級別最低位）有低電平輸入時，A2A1A0均為111，出現(xiàn)了輸入條件不同而輸出代碼相同的情況，這可由GS的狀態(tài)加以區(qū)別，當(dāng)GS＝1時，表示8個輸入端均無低電平輸入，此時A2A1A0=111為非編碼輸出；GS＝0時，A2A1A0=111表示響應(yīng)輸入0端為低電平時的輸出代碼（編碼輸出）。EO只有在EI為0，且所有輸入端都為1時，輸出為0，它可與另一片同樣器件的EI連接，以便組成更多輸入端的優(yōu)先編碼器。

從功能表不難看出，輸入優(yōu)先級別的次為7，6，……，0。輸入有效信號為低電平，當(dāng)某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級別高的輸入端無低電平輸入時，輸出端才輸出相對應(yīng)的輸入端的代碼。例如5為0。且優(yōu)先級別比它高的輸入6和輸入7均為1時，輸出代碼為010，這就是優(yōu)先編碼器的工作原理

4.2鎖存器74LS75

圖4.2.75鎖存器及部分電路圖4.3計數(shù)器74LS161圖4.3.74LS161管腳引線圖各種管腳的功能如下：16號管腳：VCC:接5伏電壓15號管腳：CO進(jìn)位輸出14~11號管腳：信號輸出10號管腳：CTT9號管腳：置數(shù)端8號管腳：GND接地7號管腳：CTP6~3號管腳：信號輸入2號管腳：接CP1號管腳：清零端1號管腳為異步清零端，當(dāng)CR非=0時，Q0~Q3均為0。10號管腳LD非（低電平有效）為置入控制端，當(dāng)CR非=1、LD非=0時，在CP時鐘的上升沿作用下，外加輸入數(shù)據(jù)D0~D3同時置入，及Q0=D0，Q1=D1，Q2=D2，Q3=D3。CTP，CTT為計數(shù)控制信號，在CR非=1，LD非=1的情況下，CTP=1,CTT=1完成4為二進(jìn)制加法計數(shù)；CTT=0，CTP=1時，電路中各級觸發(fā)器的狀態(tài)處于保持狀態(tài)，而輸出CO=0；CTT=1，CTP=0時電路各級觸發(fā)器均處于保持。5四人搶答器仿真按照總體電路圖在仿真軟件Ewb512上一一選擇芯片并進(jìn)行連接。分兩部分進(jìn)行測試，一部分測試選手的編號能否正常的通過數(shù)碼管顯示；另一部分測試倒計時模塊。最后將兩部分連接起來，測試整體的效果。6系統(tǒng)調(diào)試

把上面所設(shè)計的單元電路連接起來可得到整體電路。7.1搶答顯示功能測試7.2清零功能測試7.3倒計時功能測試7參考文獻(xiàn)王毓銀數(shù)字電路邏輯設(shè)計.北京：高等教育出版社.2003西安郵電學(xué)院電信系數(shù)字電路課程設(shè)計過程考核表班級/學(xué)號承擔(dān)任務(wù)實驗室（單位）所在部門實施時間具體內(nèi)容第一周星期一上午：集中講解設(shè)計的目的及要求；介紹系統(tǒng)設(shè)計的一般方法和步驟；介紹部分邏輯器件及其應(yīng)用；布置課程設(shè)計題目；分析設(shè)計中可能出現(xiàn)的問題。星期一下午~星期二:學(xué)生選題，查閱資料，設(shè)計電路；教師準(zhǔn)備器材、工具等，同時為學(xué)生檢查電路設(shè)計、輔導(dǎo)答疑。星期三：學(xué)生完成原理圖設(shè)計及連接圖設(shè)計。教師審閱，開始發(fā)放元器件及工具。星期四~星期五：學(xué)生進(jìn)行電路安裝、調(diào)試；教師繼續(xù)答疑并補發(fā)元器件。第二周星期一~星期二：學(xué)生繼續(xù)安裝調(diào)試，調(diào)試成功的學(xué)生可選作第二課題。星期三：開始驗收。要求：1）功能正確；2）電路穩(wěn)定；3）能自述調(diào)試中遇到的問題及解決方法。星期四~星期五上午：繼續(xù)驗收。驗收通過的學(xué)生整理、上交工具，寫出設(shè)計報告。星期五下午：召開課程設(shè)計總結(jié)交流會，總結(jié)交流學(xué)生在課程設(shè)計中具有特色的設(shè)計思想和先進(jìn)的調(diào)試方法。指導(dǎo)教師（師傅）姓名黃瓊丹職務(wù)或職稱助教指導(dǎo)教師（師傅）對學(xué)生的評價學(xué)習(xí)態(tài)度□認(rèn)真□一般□不認(rèn)真學(xué)習(xí)紀(jì)律□全勤□偶爾缺勤□經(jīng)常缺勤實踐能力□很強□一般□較差指導(dǎo)教師（師傅）對學(xué)生專業(yè)知識或社會實踐能力等情況的意見指導(dǎo)教師（師傅）簽字年月日西安郵電學(xué)院電信系數(shù)字電路課程設(shè)計成績鑒定表學(xué)生姓名班級/學(xué)