八路,抢答器,设计,定时，计时，报警
二、实验目的
通过本次电工电子课程设计，希望学生能很好的利用自己所
学的理论知识，将理论运用于实践，从实践中了解到自己所学知识的用处，培养学生的实践能力，对实际问题的理解和对设计的跟好认识。同时学会对protel和multisim的运用。
三、设计要求及内容
在许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光或音响等多种手段指示出第一抢答者。
（1）设计制作一个可容纳8组参赛的数字式抢答器，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。
（2）电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人系统发出抢答指令后，若参赛者按抢答开关，则该组指示灯亮并用组别显示电路显示出抢答者的组别，同时指示灯(发光二极管)亮。此时，电路应具备自锁存功能，使别组的抢答开关不起作用。
（3）若超时仍无人抢答，则报警指示灯熄灭。
四、设计及原理
4.1总体方案设计
4.1.1设计原理
①本题的根本目的在于准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可选择使用锁存器实现。在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信号无效。但是，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。
②当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的序号，也可以用发光二极管直接指示出序号。
③在主持人没有按下开始抢答按钮前，参赛者的抢答开关无效；当主持人按下开始抢答按钮后，开始进行30秒倒计时，此时，若有
选手抢答，显示该组别并使抢答指示灯亮表示“已有人抢答”；当计时时间到，仍无选手抢答，则计时指示灯灭表示“时间已到”，主持人清零后开始新一轮抢答。
4.1.2原理框图
4.2单元模块及说明
4.2.1倒计时模块
该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步可逆计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管及相关电路组成。完成的功能是当主持人按下开始抢答按钮后，进行30s倒计时，到0s时倒计时指示灯亮。当有人抢答时，计时停止。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74LS192的预置数控制端实现预置数30s，计数器的时钟脉冲由脉冲电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时宣布此后选手抢答无效。
555构成的是多谐振荡器，为电路提供脉冲信号，保证倒计时电路即有74LS192可逆计数器构成的倒数功能正常显示。
两片可逆计数器74LS192实现30s倒计时功能，同时通过发光二
极管提示时间即将截止时选手应该抓紧时间了。
4.2.2抢答模块
该部分是由开关和优先编码器74LS148和锁存器74LS279以及七段译码器74LS48构成的抢答电路，当主持人按下抢答开关时，前面介绍的倒计时电路开始计计时时，选手在30s时间内可以抢答，若即使时间内没有抢答，则主持人将清零从新开始新的抢答，若有选手抢答，则锁存器将锁着该选手序号，并保证其他选手不能再抢答。
使用优先编码器74LS148和锁存器74LS297来完成。该电路主要完成两个功能：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（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关S置于"清除"端时，RS触发器的R、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＝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，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO=1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR＝1，使74LS148优先编码工作标志端＝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＝1，5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。只要有一组选手先按下抢答器，就会将编码器锁死，不再对其他组进行编码。通过74LS48译码器使抢答组别数字显示0-7。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。
RS触发器（74LS279）：
1.保持状态。当输入端接入S=R=1的电平时，如果基本SR触发器现态Q=1、Q=0，则触发器次态Q=1、Q=0；若基本SR触发器的现态Q=0、Q=1，则触发器次态Q=0、Q=1。即S=R=1时，触发器保持原状态不变。
2.置0状态。当S=1R=0时，如果基本SR触发器现态为Q=1、Q=0，因R=0，会使Q=1，而Q=1与S=1共同作用使Q端翻转为0；如果基本SR触发器现态为Q=0、Q=1，同理会使Q=0，Q=1。只要输入信号S=1R=0，无论基本SR触发器的输出现态如何，均会使输出次态置为0态。
3.置1状态。当S=0、R=1时，如果触发器现态为Q=0、Q=1，因S=0，会使G1的输出端次态翻转为1，而Q=1和R=1共同使G2的输
出端Q=0；同理当Q=1、Q=0，也会使触发器的次态输出为Q=1、Q=0；只要S=0、R=1，无论触发器现态如何，均会将触发器置1。
4.不定状态。当S=R=0时，无论触发器的原状态如何，均会使
Q=1，Q=1。当脉冲去掉后，S
和R同时恢复高电平后，触发器的新
状态要看G1和G2两个门翻转速度快慢，所以称S=R=0是不定状态，在实际电路中要避免此状态出现。
I0~I7是输入信号，Y2~Y0
4LS148的输入端和输出端低电平有效。
为三位二进制编码输出信号，IS＝1时，编码器禁止编码，当IS＝0时，允许编码。YS是技能输出端，只有在IS＝0，而I0~I7均无编码输入信号时为0。YE_为优先编码输出端，在IS＝0而I0~I7的其中之一有信号时，YE_＝0。I0~I7各输入端的优先顺序为：I7级别最高，I0级别最低。如果I7＝0（有信号），则其它输入端即使有输入信号，均不起作用，此时输出只按I7编码，Y2Y1Y0＝000。优先编码被广泛用于计算机控制系统中，当有多个外设申请中断时，优先编码器总是给优先级别高的设备先编码。
表3-174LS148真值表
74LS148的输入端和输出端低电平有效。I0~I7是输入信号，
Y2~Y0为三位二进制编码输出信号，IS＝1时，编码器禁止编码，当IS
＝0时，允许编码。YS是技能输出端，只有在IS＝0，而I0~I7均无编码输入信号时为0。YE_为优先编码输出端，在IS＝0而I0~I7的其中
之一有信号时，YE_＝0。I0~I7各输入端的优先顺序为：I7级别最高，I0级别最低。如果I7＝0（有信号），则其它输入端即使有输入信号，均不起作用，此时输出只按I7编码，Y2Y1Y0＝000。优先编码被广泛用于计算机控制系统中，当有多个外设申请中断时，优先编码器总是给优先级别高的设备先编码。
二进制译码器是将输入的二进制代码的各种状态按特定含义翻译成对应输出信号的电路。也称为变量译码器。若输入端有n位，代码组合就有2n个，当然可译出2n个输出信号。
显示译码器由译码输出和显示器配合使用，最常用的是BCD七段译码器。其输出是驱动七段字形的七个信号，常见产品型号有74LS48、74LS47等。
字符显示器：分段式显示是将字符由分布在同一平面上的若干段发光笔划组成。电子计算器，数字万用表等显示器都是显示分段式数字。而LED数码显示器是最常见的。通常有红、绿、黄等颜色。LED的死区电压较高，工作电压大约1.5~3V，驱动电流为几十毫安。图1-3是七段LED数码管的引线图和显示数字情况。74LS47译码驱动器输出是低电平有效，所以配接的数码管须采用共阳极接法；而74LS48译码驱动器输出是高电平有效，所以，配接的数码管须采用共阴极接法。数码管常用型号有BS201、BS202等。图1-4（a）是共阴式LED数码管的原理图，使用时，公阴极接地，7个阳极a~g由相应的BCD七段译码器来驱动。
五、仿真调试过程中的部分显示
仿真是运用multisim软禁进行的，上述图片中的相关显示也是在
该软件环境下得到的。仿真电路图（未运行）：
倒计时电路显示：
六、实验结果显示
七、设计体验及收获
这次课程设计的电路是比较复杂的。虽然以前在模电中接触过一些电子电路，但在初期还是感到无从下手。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，在方案的选择中，我们仔细分析其原理以及可行的原因，最后还是在仿真多次对电路的改进，终于使整个电路可稳定工作。设计过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。
设计单元电路阶段，这个阶段可以说是考察数电书本知识的阶段。所有的设计方法还有步骤在数电书上都有，而且还有例题。这个阶段遇
到的主要问题就是以前的知识忘记不少，所以做设计的时候要常随手翻阅课本，等于是做了几道数电作业题。这个阶段的难度也不是很大，一般翻课本就可以找到答案并解决问题。
实验阶段可以说是这次设计中最重要的部分，因为以前的只是理论而不是真正的实体。所以说它是最重要的。实验阶段我们遇到的问题有：对软件不熟悉；对实验过程中信号的测量知识学习很少；因为各个模块是分开做而后又组装到一起的，所以兼容性不是很好（也就是不能融合为一个整体，部分工作能行但是接到一起就会出现问题），而且在接连电路板时，还应该仔细考虑，合理安排芯片的位置，这样在接线路时才能方便，接好的电路才美观，符合要求。
制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，电路的焊接要一步一步来，焊点多，走线复杂。这又要我们要灵活处理，一边操作一边构思，在不影响试验的前提下加快进度。
另外就是要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。这是应用课本知识的大好时机。
总之，通过这次练习我有了很多收获。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了动手能力。在改进电路的过程中，同学们共同探讨，最后的电路已经比初期设计有了很大提高。在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。虽然仿真是我们的设想是成功的，但是在接连电路板时未能成功的显示出所需要的结果，不过，我认为此次课程实习还是成功的，让我收获了很多。
八、附录
8.1总原理图
8.2相关芯片管脚图74LS00管脚图
74LS20引脚图
共阴数码管引脚图
555定时器引脚图
74LS148引脚图
74LS48引脚图
74LS192管脚图
74LS279引脚图
8.3元件清单
5V共阴数码管3个
译码器74LS483个
RS触发器74LS2792个
优先编码器74LS1481个
可逆计数器74LS1922个
555定时器1个
2输入与非门74LS003个
4输入与非门74LS201个
10kΩ电阻10个
50kΩ电阻1个
15kΩ电阻1个
电阻500Ω2个
发光二极管2个
触点开关10个
单刀双掷开关1个
0.01μF瓷片电容2个
导线若干
九、参考资料
数字电子技术基础、电工电子实习教材、电工电子实验教材、protel99se学习教材、网络上相关芯片介绍资料...
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