数字电路课程设计-智力竞赛抢答器.doc

摘 要 在各种智力竞赛场合，抢答器是必不可少的最公正的用具。相应的LED发光二极管发光，扬声器发出声音3个Q及门电路组成的锁存电路来控制其他选手再按键时不再起作用。 扩展电路主要包括秒脉冲发生电路和定时电路，并且在设计中加入了报警电路，以提示选手和观众。 经Proteus仿真软件验证抢答器原理图无误，可实现设计所要求功能。 关键词：三人智力竞赛抢答器、74LS175、脉冲、锁存器 目录 1 设计任务及要求 3 2 设定系统方案 3 3单元电路设计、参数计算和器件选择 4 3.1 抢答电路设计 4 3.2 定时电路设计 5 3.3报警电路设计 9 4完整的电路图及电路的工作原理 10 4.1完整电路图 10 4.2 工作原理 10 5 心得体会 11 参考文献 12 附录 13 三人智力竞赛抢答器 1 设计任务及要求 （1）设计一个供人参赛的抢答器，能准确分辨、记录第一个有效按下抢答键者，稍后的其他人按下开关则无效。抢答器具有显示功能即选手按动按钮，相应的LED发光二极管发光，同时扬声器发出声音。 主持人没有宣布抢答开始时，抢答不起作用。主持人宣布抢答开始时，按“开始”键，抢答开始，同时启动计时器计时；计时器计时采用倒计数的方式，以加强现场气氛，增加紧迫感。若预定时间内无人抢答，自动给出信号停止抢答，以免冷场。倒计数定时器的时间可以随意预置；电路具有回答问题时间控制功能，要求回答时间小于等于100秒（显示为99到0），当达到限定时间时，发出声响以示警告。系统方案 相应的LED发光二极管发光，扬声器发出声音1 74LS175的引脚图 表1 74LS175真值表 根据各芯片功能及抢答器的功能要求，抢答器电路如下所示 图2 抢答器电路 工作原理：图2三个按钮为三位选手的抢答开关，单刀开关为主持人控制开关。当主持人控制开关置于清零状态，即闭合时，清除端MR为低电平，输出端Q为低电平，于是LED灯灭，此时抢答电路不工作。当主持人控制开关置于开始状态，MR为高电平，74LS175的Q经四输入与非门(U3:A)输出接入到抢答按钮左边的公共端，按钮右边经反相器接到74LS175的输入端D，并且同时接到四输入与非门（U3：B)，再经两个反相器延时接到74LS175的时钟CLK端，抢答器处于等待工作状态。 若有选手（假设为1号选手）按动抢答开关（即按下按钮①瞬间），此时74LS175的输入端D0为高电平，74LS175的时钟CLK由低电平变为高电平，在上升沿的作用下，输出端Q0与输入端D0一致，即为高电平，1号对应的LED灯亮。同时，由于Q0为低电平，与非门（U3：A）输出为高电平，将按钮的公共端变为高电平，若此时按钮①还处于闭合状态，则与非门（U3：B）输出为低电平，使CLK变为低电平，此时74LS175处于禁止工作状态，其他选手抢答按钮的输入信号不会被接受。这就保证了抢答者优先性以及抢答电路的准确性。答题结束后，主持人开关置于清零状态，LED灯灭，一但恢复初始状态，以便进入下一轮抢答环节。 3.2 定时电路设计 3 74LS192引脚图和逻辑图 P0、P1、P2、P3——置数并行数据输入； Q0、Q1、Q2、Q3——计数数据输出； MR————————清零端； PL————————置数端； CPU ———————加法计数CP输入； CPD ——————减法计数CP输入； TCU ———————进位输出端； TCD ———————借位输出端。 表2 74LS192功能表 根据设计要求，需要两片74LS192构成100进制减计数器。由功能真值表可知，只需将个位74LS192的借位输出端TCD与十位74LS192的CPD即可实现100进制减计数。值得注意的是，要使其实现减计数，CPU端口必须接高电平。本课程设计采用四片74LS192，其中两片控制抢答时间，另外两片控制回答时间。 计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。秒脉冲电路由555构成的多谐振荡器构成，如图5所示。多谐振荡器无需外加输入信号就能在接通电源自行产生矩形波输出。 因为周期为一秒，所以频率是1赫兹。图中电容的充放电时间分别是： t1=R7×C2×ln2≈0.7（R7×C2） t2=(R6+R7)×C2×ln2≈0.7(R6+R7)C2 所以555的3端输出的频率为： f=1/(t1+t2)≈1.43/[(2R6+R7)C2] 我们采用的电阻和电容值分别是：R6=15KΩ，R7=68KΩ，C2=10uf,满足上式，即得到的是秒脉冲。 由以上集成芯片设计的定时电路如图5所示。 图5 定时电路 工作原理：首先主持人根据题的难易程度改变拨码开关DSW1-4的状态，从而改变74LS192的输入端D3