八路抢答器

电子课程设计报告

课程设计题目： 八路抢答器 姓名： 班级学号：

专业： 电子信息科学与技术

同组人：

指导老师：

课程设计名称： 数电课程设计

南昌航空大学电子信息工程学院

2016年9月20日

目录

第一章 设计要求

1.1基本要求 -------------------------------------------------------------3 1. 2提高要求 -------------------------------------------------------------3 第二章 系统的组成及工作原理

2.1系统的组成框图-----------------------------------------------------3 2.2系统的工作原理-----------------------------------------------------4 第三章 电路设计

3. 1. 1抢答电路的设计----------------------------------------------5 3. 1. 2定时电路的设计---------------------------------------------6 3. 1. 3报警电路的设计---------------------------------------------7 3. 1. 4时序电路的设计----------------------------------------------8 3 . 1 . 5总电路原理---------------------------------------------------------------10 第四章 电路实验与调试

4.1Multisilm 仿真---------------------------------------------------11 第五章 设计总结 附录（元件清单）

第一章 设计要求

1.1基本要求

1) 八路参加，并具有锁存功能。用LED 显示最先抢答的队伍号码，

系统设置外部清除功能，按动清除键，LED 显示器自动清零灭灯。 2) 数字显示功能：数字抢答显示为30s ，启动开启键后要求I ）定时

开始；II ）扬声器要短暂报警；III) 发光二极管亮灯；如果在30s 内抢答有效，计时结束；30s 外抢答无效，系统短暂报警，发光二极管灯灭。 1.2提高要求

1）按钮到控制中心距离为20m 2）计分显示，可以加分减分

第二章 系统的组成及工作原理

2.1系统的组成框图：

图2.1 系统组成框图

2. 2系统的工作原理：

定时抢答器的总体框图如下图2.2：

图2.2 抢答器工作框图

电路包括主体电路和扩展电路两部分。其中主体电路完成基本的

抢答功能，即主持人按下控制开关后，当选手按动抢答键时，数码管显示选手编号，同时封锁输入电路，其他选手抢答无效。扩展电路完成抢答的定时功能以及报警功能。图2.2所示电路的工作过程是：接通电源后，主持人将控制开关置于“清除”处，此时抢答器处于禁止状态，选手不能进行抢答，定时显示器显示设定的时间（30s ），当主持人将控制开关置于 “开始”时，扬声器发出声响，抢答器处于工作状态，同时定时器开始倒计时。当选手在定时时间内按动抢答键时，电路要完成以下功能：

1) 优先编码电路判断抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后通

过译码显示电路在数码管上显示抢答者的编号； 2) 扬声器发出短暂声响；

3) 控制电路对其余输入编码进行封锁，禁止其他选手进行抢答； 4) 控制电路要使定时器停止工作，数码管上显示剩余的抢答时间，

当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关进行系统清零，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。当定时时间到，

却没有选手抢答时，系统将报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。

第三章 电路设计

3.1.1、抢答电路的设计

抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。选用优先编码74LS148和RS 锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图3.1.1所示：

图3.1.1 抢答电路

其工作原理是：当主持人控制开关处于“清零”位置时，RS 触发器的R 端为低电平，输出端（4Q ～1Q ）全部为低电平。于是74LS48的BI=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人将开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，既抢答器处于等待工作状态，等待输入端I 7、I 6、I 5、I 4、I 3、I 2、I 1、I 0输入信号，当有选手将键按下时（如按下S 5），74LS148的输出Y 2Y 1Y 0=010，Y EX =0，经RS 锁存器后，CTR=1，BI=1，此时74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST 端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。当按下的键松开后，74LS148的Y EX 高电平，但由于CTR 维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号仍不会被接受。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，主持人操作控制开关S ，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。 3.1.2、定时电路的设计

74LS48的7，6，2，3引脚接受来自74LS192的输出信号并把它译码 显示在数码管上。74LS192的9，10，11，15引脚完成时间设定功能，本设计要求定时30秒，所以把左边的芯片的1，15引脚接高电位，期于的全接低位，使的初始时间设定为30秒。555芯片完成产生秒脉冲的功能。工作过程为：抢答开始前，74LS192的置数端为低电位，处于初始状态，数码管显示为30，5引脚接高电位。抢答开始后，秒脉冲冲推动右边的芯片开始倒记时，同时右边芯片产生的信号做为左边芯片的CP 信号推动左边的芯片倒记时，完成十进制的倒记时功能。当有人抢答后1Q 的输出为1，经过非门后变为0，通过与门屏蔽了秒信号，停止记时，完成显示抢答时间的功能。当记到了30秒时，左边的芯片产生的定时到信号输出为低电位，也屏蔽了秒信号，使得

数码管显示为00。

3.1.2 定时电路图

3.1.3报警电路的设计

由555定时器和三极管构成的报警电路如图3.1.3所示：

图3.1.3 报警电路

其中555构成多谐振荡器，振荡频率为： f0=1/(R1+2R2)*C*ln2=1.43/(R1+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，电路停振不再工作。 3.1.4时序电路的设计

时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能： 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，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路

和定时电路停止工作。

根据上面的功能要求以及图3.1.1和图3.1.2，设计的时序控制

电路如图3.2.4所示：

信号

74LS 00D

图3.1.4(A) 抢答与定时电路的时序控制电路

图3.1.4(B) 报警电路的时序控制电路

图中，门G 1的作用是控制时钟信号CP 的放行与禁止，门G 2的作用是控制74LS148的输入使能端ST 。图3-4（a ）的工作原理是：主持人控制开关从“清零”位置拨到“开始”位置时，来自于图3-1中的74LS279的输出CTR=0，经G 3反相，A=1，则从555输出端来的时钟信号CP 能够加到74LS192的CP D 时钟输入端，定时电路进行递减计时，在定时时间未到时，来自于图3-2的74LS192的借位输出端BO 2=1，门

G 2的输出ST=0，使74LS148处于正常工作状态，从而实现功能①的要求；当选手在定时时间内按动抢答键时，CTR=1，经G 3反相，A=0，封锁CP 信号，定时器处于保持状态，门G 2的输出ST=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能②的要求；当定时时间到时，来自于图3-2的74LS192的借位输出端BO 2=0，门G 2的输出ST=1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答，门G 1同时处于关门状态，封锁CP 信号，使定时电路为00状态，从而实现功能③的要求，74LS121用于控制报警电路及发声的时间。 3.1.5总电路如下图所示

:

第四章 电路实验与调试

4.1Multisilm 仿真

在焊接之前我们必须对电路用multisilm 进行仿真以确保电路的正确性, 通过对仿真电路进行调试后才能进行焊接.

仿真电路如下图所示

:

第五章 设计总结

本次电子课程设计实习将理论与实践有机地结合，既考查了我们对理论知识的掌握程度，又反映了实际动手能力，更主要的是考查了我们对知识的综合运用以及创新设计思维能力，为今后的发展提供了

第 11 页 共 15 页

一次良好的学习环境。

针对课设题目八路抢答器，一开始还没有头绪，不会运用所学知识进行有效设计，但通过上网查阅各种类似的设计，去图书馆翻阅相关设计书籍，查阅所提供的芯片功能，确定基本设计方案，又通过仿真验证试验方案的可实行性，虽说比较烦杂但却对设计一个电路有了基本的经验。同时也使自己认识到：

1、设计思路是整个设计的灵魂

拿下每个课题能有一个非常清晰的设计思路是至关重要的。只有对课题的充分理解，对各种器件的熟练掌握，勾画出基本的设计图是成功的关键，，必须多花时间在设计上才能为后续工作提供更扎实的基础。翻阅各种资料，上网查询填补所需知识的空白是必要的。 2、建议

设计的作品主要是用74系列集成芯片来完成的，布线工作不是很方便。 3、不足

实验效率低，刚开始设计时毫无头绪，完全像无头苍蝇一样乱打乱撞。后来查阅了相关资料看了别人的设计才渐渐整理出了自己的设计思路。总之，在设计过程中学到了许多。作为现代的大学生，如果仅停留在以往的层次上，是远远跟不上时代的步伐，也无法使自己立足在竞争如此激烈的社会里，通过此次实习，看到了自己的水平和差距，学要在今后的学习中又进一步的提高。 附录一：元件清单

第 12 页 共 15 页

附录二：74LS148的引脚图和逻辑功能表

第 13 页 共 15 页

附录三：74121的逻辑功能表和引脚图（代替74LS121）

附录四： 74LS279的逻辑功能表和引脚图

第 14 页 共 15 页

附录五： 74LS192的逻辑功能表和引脚图

第 15 页 共 15 页

电子课程设计报告

课程设计题目： 八路抢答器 姓名： 班级学号：

专业： 电子信息科学与技术

同组人：

指导老师：

课程设计名称： 数电课程设计

南昌航空大学电子信息工程学院

2016年9月20日

目录

第一章 设计要求

1.1基本要求 -------------------------------------------------------------3 1. 2提高要求 -------------------------------------------------------------3 第二章 系统的组成及工作原理

2.1系统的组成框图-----------------------------------------------------3 2.2系统的工作原理-----------------------------------------------------4 第三章 电路设计

3. 1. 1抢答电路的设计----------------------------------------------5 3. 1. 2定时电路的设计---------------------------------------------6 3. 1. 3报警电路的设计---------------------------------------------7 3. 1. 4时序电路的设计----------------------------------------------8 3 . 1 . 5总电路原理---------------------------------------------------------------10 第四章 电路实验与调试

4.1Multisilm 仿真---------------------------------------------------11 第五章 设计总结 附录（元件清单）

第一章 设计要求

1.1基本要求

1) 八路参加，并具有锁存功能。用LED 显示最先抢答的队伍号码，

系统设置外部清除功能，按动清除键，LED 显示器自动清零灭灯。 2) 数字显示功能：数字抢答显示为30s ，启动开启键后要求I ）定时

开始；II ）扬声器要短暂报警；III) 发光二极管亮灯；如果在30s 内抢答有效，计时结束；30s 外抢答无效，系统短暂报警，发光二极管灯灭。 1.2提高要求

1）按钮到控制中心距离为20m 2）计分显示，可以加分减分

第二章 系统的组成及工作原理

2.1系统的组成框图：

图2.1 系统组成框图

2. 2系统的工作原理：

定时抢答器的总体框图如下图2.2：

图2.2 抢答器工作框图

电路包括主体电路和扩展电路两部分。其中主体电路完成基本的

抢答功能，即主持人按下控制开关后，当选手按动抢答键时，数码管显示选手编号，同时封锁输入电路，其他选手抢答无效。扩展电路完成抢答的定时功能以及报警功能。图2.2所示电路的工作过程是：接通电源后，主持人将控制开关置于“清除”处，此时抢答器处于禁止状态，选手不能进行抢答，定时显示器显示设定的时间（30s ），当主持人将控制开关置于 “开始”时，扬声器发出声响，抢答器处于工作状态，同时定时器开始倒计时。当选手在定时时间内按动抢答键时，电路要完成以下功能：

1) 优先编码电路判断抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后通

过译码显示电路在数码管上显示抢答者的编号； 2) 扬声器发出短暂声响；

3) 控制电路对其余输入编码进行封锁，禁止其他选手进行抢答； 4) 控制电路要使定时器停止工作，数码管上显示剩余的抢答时间，

当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关进行系统清零，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。当定时时间到，

却没有选手抢答时，系统将报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。

第三章 电路设计

3.1.1、抢答电路的设计

抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。选用优先编码74LS148和RS 锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图3.1.1所示：

图3.1.1 抢答电路

其工作原理是：当主持人控制开关处于“清零”位置时，RS 触发器的R 端为低电平，输出端（4Q ～1Q ）全部为低电平。于是74LS48的BI=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人将开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，既抢答器处于等待工作状态，等待输入端I 7、I 6、I 5、I 4、I 3、I 2、I 1、I 0输入信号，当有选手将键按下时（如按下S 5），74LS148的输出Y 2Y 1Y 0=010，Y EX =0，经RS 锁存器后，CTR=1，BI=1，此时74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST 端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。当按下的键松开后，74LS148的Y EX 高电平，但由于CTR 维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号仍不会被接受。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，主持人操作控制开关S ，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。 3.1.2、定时电路的设计

74LS48的7，6，2，3引脚接受来自74LS192的输出信号并把它译码 显示在数码管上。74LS192的9，10，11，15引脚完成时间设定功能，本设计要求定时30秒，所以把左边的芯片的1，15引脚接高电位，期于的全接低位，使的初始时间设定为30秒。555芯片完成产生秒脉冲的功能。工作过程为：抢答开始前，74LS192的置数端为低电位，处于初始状态，数码管显示为30，5引脚接高电位。抢答开始后，秒脉冲冲推动右边的芯片开始倒记时，同时右边芯片产生的信号做为左边芯片的CP 信号推动左边的芯片倒记时，完成十进制的倒记时功能。当有人抢答后1Q 的输出为1，经过非门后变为0，通过与门屏蔽了秒信号，停止记时，完成显示抢答时间的功能。当记到了30秒时，左边的芯片产生的定时到信号输出为低电位，也屏蔽了秒信号，使得

数码管显示为00。

3.1.2 定时电路图

3.1.3报警电路的设计

由555定时器和三极管构成的报警电路如图3.1.3所示：

图3.1.3 报警电路

其中555构成多谐振荡器，振荡频率为： f0=1/(R1+2R2)*C*ln2=1.43/(R1+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，电路停振不再工作。 3.1.4时序电路的设计

时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能： 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，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路

和定时电路停止工作。

根据上面的功能要求以及图3.1.1和图3.1.2，设计的时序控制

电路如图3.2.4所示：

信号

74LS 00D

图3.1.4(A) 抢答与定时电路的时序控制电路

图3.1.4(B) 报警电路的时序控制电路

图中，门G 1的作用是控制时钟信号CP 的放行与禁止，门G 2的作用是控制74LS148的输入使能端ST 。图3-4（a ）的工作原理是：主持人控制开关从“清零”位置拨到“开始”位置时，来自于图3-1中的74LS279的输出CTR=0，经G 3反相，A=1，则从555输出端来的时钟信号CP 能够加到74LS192的CP D 时钟输入端，定时电路进行递减计时，在定时时间未到时，来自于图3-2的74LS192的借位输出端BO 2=1，门

G 2的输出ST=0，使74LS148处于正常工作状态，从而实现功能①的要求；当选手在定时时间内按动抢答键时，CTR=1，经G 3反相，A=0，封锁CP 信号，定时器处于保持状态，门G 2的输出ST=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能②的要求；当定时时间到时，来自于图3-2的74LS192的借位输出端BO 2=0，门G 2的输出ST=1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答，门G 1同时处于关门状态，封锁CP 信号，使定时电路为00状态，从而实现功能③的要求，74LS121用于控制报警电路及发声的时间。 3.1.5总电路如下图所示

:

第四章 电路实验与调试

4.1Multisilm 仿真

在焊接之前我们必须对电路用multisilm 进行仿真以确保电路的正确性, 通过对仿真电路进行调试后才能进行焊接.

仿真电路如下图所示

:

第五章 设计总结

本次电子课程设计实习将理论与实践有机地结合，既考查了我们对理论知识的掌握程度，又反映了实际动手能力，更主要的是考查了我们对知识的综合运用以及创新设计思维能力，为今后的发展提供了

第 11 页 共 15 页

一次良好的学习环境。

针对课设题目八路抢答器，一开始还没有头绪，不会运用所学知识进行有效设计，但通过上网查阅各种类似的设计，去图书馆翻阅相关设计书籍，查阅所提供的芯片功能，确定基本设计方案，又通过仿真验证试验方案的可实行性，虽说比较烦杂但却对设计一个电路有了基本的经验。同时也使自己认识到：

1、设计思路是整个设计的灵魂

拿下每个课题能有一个非常清晰的设计思路是至关重要的。只有对课题的充分理解，对各种器件的熟练掌握，勾画出基本的设计图是成功的关键，，必须多花时间在设计上才能为后续工作提供更扎实的基础。翻阅各种资料，上网查询填补所需知识的空白是必要的。 2、建议

设计的作品主要是用74系列集成芯片来完成的，布线工作不是很方便。 3、不足

实验效率低，刚开始设计时毫无头绪，完全像无头苍蝇一样乱打乱撞。后来查阅了相关资料看了别人的设计才渐渐整理出了自己的设计思路。总之，在设计过程中学到了许多。作为现代的大学生，如果仅停留在以往的层次上，是远远跟不上时代的步伐，也无法使自己立足在竞争如此激烈的社会里，通过此次实习，看到了自己的水平和差距，学要在今后的学习中又进一步的提高。 附录一：元件清单

第 12 页 共 15 页

附录二：74LS148的引脚图和逻辑功能表

第 13 页 共 15 页

附录三：74121的逻辑功能表和引脚图（代替74LS121）

附录四： 74LS279的逻辑功能表和引脚图

第 14 页 共 15 页

附录五： 74LS192的逻辑功能表和引脚图

第 15 页 共 15 页