純電路八路數字搶答器設計(原理圖加PCB文件)74LS148+74LS219+555+74LS192

ID:998013 · 發表于 2021-12-28 22:28

搶答器是競賽問答中一種常用的必備裝置智力競賽時一般分為若干組各組對主持人提出的問題進行搶答。搶答時要判定哪組優先并予以指示和鳴叫。其設計包含了組合邏輯電路和時序邏輯電路的部分原理。本次八路數顯數字搶答器課題設計任務要求如下:1)設計一個可同時供8名選手參賽的8路數字顯示搶答器，選手每人1個搶答按鈕的編號與選手的編號2)搶答器具有優先搶答的功能先按按鈕的選手編號能被數字儲存顯示并有聲音提示表示搶答成功。時能排除其它組的干擾信號閉鎖其它各路輸入使其它組再按開關時失去作用3)主持人設置有控制開可以手動清零復位。4)完成電路的初步設計對電路進行仿真調試觀察和測量電路的性能指標并調整部分元件參達到計時功能或參數的各項要求。

要求分析
根據任務要求可以實現的方案很多第一種方案是主用優先編碼器將搶答者選出然后送入鎖存器鎖存君輸出經過譯碼顯示，顯示出搶答者的編號，控制電路斗編碼器置于禁止狀態，不允許其他參賽者搶答。第二種方案是將搶先按下按鈕的編號用鎖存器鎖存，然后主入專用頻道數顯譯碼電路，直接驅動數碼管顯示搶年者編號，系統設計與理論分析

搶答電路的功能有兩個:一是能分辨出選手按鍵的的先后，并鎖存優先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用二是要使其他選手的按鍵操作無效。選用優先編碼74LS148和RS鎖存器74LS219可以完成上述功能。其電路組成如圖所示。其工作原理是:當主持人控制開關處于 u位置時清零， RS 觸發器的 R 端為低電平，輸出端(4Q~1Q)全部為低電平。于是74LS48的Bl=0，顯示器滅燈;74LS148的選通輸入端ST=0774LS148處于工作狀態，此時鎖存電路不工作。當主持人將開關拔到 u 位置時，優先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態，既搶答器處于等待工作狀態，等待輸入端l7、 l 6、l5、l4、l3、l2、l1、l0輸入信號，當有選手將鍵按下時(如按下S5)74 LS 148的輸出 Y 2 Y 1 Y 0=01071YEX =0

圖3.1搶答電路

經RS鎖存器后，CTR=1，BI=1，此時74LS279處于工作狀態，4Q3Q2Q=101，經74LS48譯碼后，顯示器顯示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST端為高電平，74LS148處于禁止工作狀態，封鎖了其它按鍵的輸入。當按下的鍵松開后，74LS148的YEX高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態，其它按鍵的輸入信號仍不會被接受。這就保證了搶答者的優先性以及搶答電路的準確性。當優先搶答者回答完問題后，主持人操作控制開關S2，使搶答電路復位，以便進行下一輪搶答。

2. 定時電路的設計

圖3.2定時電路

74LS48的7，6，2，3引腳接受來自74LS192的輸出信號并把它譯碼顯示在數碼管上。74LS192的9，10，11，15引腳完成時間設定功能，本設計要求定時30秒，所以把左邊的芯片的1，15引腳接高電位，期于的全接低位，使的初始時間設定為30秒。555芯片完成產生秒脈沖的功能。工作過程為：搶答開始前，74LS192的置數端為低電位，處于初始狀態，數碼管顯示為30，5引腳接高電位。搶答開始后，秒脈沖沖推動右邊的芯片開始倒記時，同時右邊芯片產生的信號做為左邊芯片的CP信號推動左邊的芯片倒記時，完成十進制的倒記時功能。當有人搶答后1Q的輸出為1，經過非門后變為0，通過與門屏蔽了秒信號，停止記時，完成顯示搶答時間的功能。當記到了30秒時，左邊的芯片產生的定時到信號輸出為低電位，也屏蔽了秒信號，使得數碼管顯示為00

3.報警電路的設計

其中555構成多諧振蕩器，振蕩頻f0=1/(R1+R2)-Cln2 =1.43/(R1+2R2)-C
其輸出信號經三極管推動揚聲器。PR為控制信號，當PR為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振不再工作。

4.時序電路的設計

時序控制電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下三項功能①主持人將控制開關拔到 u 位置時，揚聲器發聲，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態，②當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發聲，搶答電路和定時電路停止工作。③當設定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發聲時搶答電路和定時電路停止工作。

門U7的作用是控制時鐘信號 P 的放行與禁止，門U7的作用是控制14LS148的輸入使能端 ST 。圖中的工作原理是:主持人控制開關拔到 u 位置時，74LS279的輸出TR=0，經U8反相，A=1，則從555輸出端來的時鐘信號能夠到74LS192的 PD 時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時，在定時時間未到時，圖中的74LS192的借位輸出端B02=1，門U7的輸出ST=0，使74LS148處于正常工作狀態，從而實現功能①的要求;當選手在定時時間內按動搶答鍵時，TR=1，經U8反相，A=0，封鎖 P 信號，定時器處于保持狀態，門U7的輸出ST=1714LS148處于禁止工作狀態，從而實現功能②的要求;當定時時間到時，74LS192的借位輸出端B02=1，門U7的輸出ST=0，使14LS148處于正常工作狀態，從而實現功能①的要求;當選手在定時時間內按動搶答鍵時，TR=17經U8反相，A=0，封鎖P 信號，定時器處于保持狀態，門U7的輸出ST=1774LS148處于禁止工作狀態，從而實現功能②的要求;當定時時間到時，74LS192的借位輸出端B02=0，門U7的輸出ST=1774LS148處于禁止工作狀態，禁止選手進行搶答，門U9同時處于關門狀態，封鎖 P 信號，使定時電路為00狀態，從而實現功能③的要求。

5總電路

經以上單元電路的設計，可以得到定時搶答電路的整機電路。嚴格根據八路智力競賽搶答器的總體方框圖的指引再結合競賽搶答器的搶答電路，定時電路，報警電路，控制電路繪制出總體電路接通電源后，主持人將控制開關拔到開始位置時，led發光，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態。當參賽選手按動搶答鍵時，選擇器分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優先搶答者的編號，供譯碼顯示譯碼電路用并且使其它選手按鍵操作無效。之后揚聲器發聲，搶答電路和定時電路停止工作。

4 系統仿真4.1 仿真原理圖

圖4.1仿真原理圖

4.2 仿真結果圖及說明

按下開始鍵（空格）開始搶答，7號選手搶答成功，指示燈亮起。

圖4.2按下S7

時間到00時報警器報警禁止搶答報警指示燈亮起

圖4.3仿真結果圖

5 PCB設計。5.1 PCB設計過程

首先畫出原理圖，檢查無誤后，新建PCB保存，將原理圖更新到PCB，刪除紅色部分，因為有些原件為貼片封裝形式改正后布局，畫禁止布線層，設置線寬，開始布線，剪裁PCB圖導出3D模型。

圖5.1.原理圖

圖5.2布局

圖5.3線寬

圖5.4布線

圖5.5敷銅

5.2 PCB圖

寬：3000mil 長：5000mil

圖5.6PCB圖（1）

圖5.6 PCB圖（2）

5.3 3D圖

圖5.7

實驗的初期，由于對整個的電路還不能從整體把握，只能從實驗書上的實驗要求出發，結合查找到的資料提出解決方案。通過多次連接他人的電路，不斷地發現問題，解決問題，于是對電路的設計和要求有了自己的想法，并加以了嘗試。這次實驗是數電實驗的一個綜合性實驗，通過這次實驗，使我們將以前我們所學習到的芯片知識綜合應用到這個實驗上，從結構、功能、用法上都有了全面的認識，并基本達到了從構思到設計再到焊接最后到調試的整個過程，雖然其中遇到了很多困難阻力，從開始到整個完成，但還是堅持了下來，所有的努力換回了成功的喜悅