74LS190+74LS192四路計(jì)時(shí)計(jì)分?jǐn)?shù)字搶答器電路設(shè)計(jì)資料

搶答器作為一種工具，已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合。但搶答器的使用頻率校低，且有的要么制作復(fù)雜，要么可靠性低，減少興致。作為一個(gè)單位若專購一臺(tái)搶答器雖然在經(jīng)濟(jì)上可以承受，但每年使用的次數(shù)極少，往往因長期存放使（電子器件的）搶答器損壞，再購置的麻煩和及時(shí)性就會(huì)影響活動(dòng)的開展。目前多數(shù)搶答器存在3個(gè)不足之處：首先，現(xiàn)場(chǎng)線路連接復(fù)雜。因?yàn)槊總�(gè)選手位于搶答現(xiàn)場(chǎng)的不同位置，每個(gè)選手與控制臺(tái)之間要有長長的連接線。選手越多，連接線就越多、越亂，這些連接線不僅影響了現(xiàn)場(chǎng)的美觀，而且降低了搶答器的可靠性，增加了安裝的難度，甚至影響了現(xiàn)場(chǎng)人員的走動(dòng)。其次，電路復(fù)雜。因?yàn)楹?jiǎn)單邏輯電路只完成號(hào)碼處理、計(jì)時(shí)、數(shù)據(jù)運(yùn)算等功能，其它功能如選手號(hào)碼的識(shí)別、譯碼、計(jì)分顯示等仍只能通過數(shù)字集成電路完成。采用簡(jiǎn)單邏輯電路掃描技術(shù)識(shí)別選手搶按號(hào)碼時(shí)，電路的延遲時(shí)間較大，最后導(dǎo)致容易出現(xiàn)選手搶按成功現(xiàn)象。

（1）主持人按"搶答開始"鍵，會(huì)有提示音，并立刻進(jìn)入搶答倒計(jì)時(shí)，如有選手搶答，會(huì)有提示音，并會(huì)顯示其號(hào)數(shù)并立刻進(jìn)入回答倒計(jì)時(shí)，不進(jìn)行搶答查詢，所以只有第一個(gè)按搶答的選手有效。

（2）如倒計(jì)時(shí)期間，主持人想停止倒計(jì)時(shí)可以隨時(shí)按"停止"按鍵，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，等待主持人按"搶答開始"進(jìn)入下次搶答計(jì)時(shí)。

（3）搶答開始后 可以實(shí)現(xiàn)加減分功能

（4）搶答開始后，計(jì)時(shí)功能開啟。

二、電路設(shè)計(jì)原理

如下圖所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)按下即為“清零”狀態(tài)，清零指示燈滅，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈；主持人將開關(guān)斷開即為“開始”狀態(tài)，宣布“開始”，指示燈亮，搶答器工作，當(dāng)有人搶答時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲響并且燈不斷閃爍。選手進(jìn)行搶答時(shí)，搶答器將完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、蜂鳴器鳴叫及燈閃爍的提示等操作。當(dāng)一輪搶答之后，禁止二次搶答。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)。

具體的說明如下：

    1、搶答器按鈕就是改變輸入的電平信號(hào)，從原理圖可以看出這里設(shè)計(jì)的是是低電平有效。

  2、優(yōu)先編碼電路用來把輸入的高低電平信號(hào)編碼，74LS148優(yōu)先編碼器及8—3編碼器，輸出3位2進(jìn)制數(shù)，以代表不同的低電平信號(hào)。

   3、鎖存器用的是D觸發(fā)器，因?yàn)镈觸發(fā)器結(jié)構(gòu)和功能都比較簡(jiǎn)單，方便使用。D觸發(fā)器使用4個(gè)，第四個(gè)除用來輸出2進(jìn)制數(shù)的最高位外，還用于控制信號(hào)的鎖定，即觸發(fā)或鎖定觸發(fā)器的工作狀態(tài)。

   4、數(shù)碼顯示器用帶譯碼功能的數(shù)碼管。使用簡(jiǎn)單、方便 。

    5、主持人控制開關(guān)就是一個(gè)開關(guān)，用來清零和開始工作，設(shè)置了一個(gè)指示燈，當(dāng)指示燈亮表示開始，滅了表示開關(guān)閉合主持人清零。

    6、控制電路，除了第四個(gè)D觸發(fā)器和主持人的開關(guān)外，還需要4個(gè)搶答器按鈕組成的4輸入與非門和第四個(gè)觸發(fā)器用 一個(gè)與門共同組成一個(gè)控制電路來控制信號(hào)的傳輸和鎖定。

    7、報(bào)警顯示電路，用一個(gè)蜂鳴器和一個(gè)燈作為報(bào)警信號(hào)，所以選擇一個(gè)LED燈來表示信號(hào)的鎖定。為了使更明顯一些，給LED燈加了個(gè)連續(xù)脈沖信號(hào)，以使燈能夠按我們需要的頻率一閃一閃。

    8.計(jì)時(shí)電路：采用74LS190D減法計(jì)數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個(gè)7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。完成的功能是當(dāng)主持人按下開始搶答按鈕后，進(jìn)行20s倒計(jì)時(shí)，到0s時(shí)倒計(jì)時(shí)指示燈亮。當(dāng)有人搶答時(shí)，計(jì)時(shí)停止。兩塊74LS192 實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。74LS192的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)30s，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計(jì)數(shù)器開始減法計(jì)數(shù)工作，并將時(shí)間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管上，當(dāng)有人搶答另外，還用到一些其他的與非門和或非門，都是一些實(shí)驗(yàn)室常用的器件。

9.計(jì)分電路

計(jì)分電路共有四組，結(jié)構(gòu)一致，使用74LS192加減計(jì)數(shù)器構(gòu)成記分器。通過兩個(gè)開關(guān)J7和J8控制加分或者減分。

三、器件及單元模塊

1.搶答按鈕的設(shè)計(jì)

選用4個(gè)可彈起按鈕作為搶答按鈕。如下圖所示：

2.優(yōu)先編碼電路設(shè)計(jì)

采用74LS148優(yōu)先編碼器作為編碼電路。74LS148編碼器引腳圖及功能表如下：

74LS148功能表

優(yōu)先編碼器是數(shù)字系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)管理的一個(gè)重要邏輯部件。一般編碼器的輸入端只能有一個(gè)為有效信號(hào)，才能進(jìn)行編碼。優(yōu)先編碼器的各個(gè)輸入不是互斥的，它允許多個(gè)輸入端同時(shí)為有效信號(hào)。優(yōu)先編碼器的每個(gè)輸入具有不同的優(yōu)先級(jí)別，當(dāng)多個(gè)輸入信號(hào)有效時(shí)，它能識(shí)別輸入信號(hào)的優(yōu)先級(jí)別，并對(duì)其中優(yōu)先級(jí)別最高的一個(gè)進(jìn)行編碼，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出代碼。

輸入端：~    輸出端： A0~A2（低電平有效）

使能輸入端：低電平有效

EO使能輸出端：當(dāng)=0時(shí)，EO=1表示有有效信號(hào)輸入

擴(kuò)展輸出端：=0時(shí)，表示編碼器工作，=1時(shí)表示編碼器不工作

3. 鎖存器

此設(shè)計(jì)電路選用D觸發(fā)器作為鎖存器電路。D觸發(fā)器的邏輯功能表如下所示：

D觸發(fā)器的特性表

  D觸發(fā)器具有在時(shí)鐘脈沖上升沿或下降沿觸發(fā)的特點(diǎn)，當(dāng)時(shí)鐘脈沖上升沿或下降沿時(shí)刻，輸入端D的值傳輸?shù)捷敵龆恕?/div>

數(shù)字	4	3	2	1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	0 0 0 0 0 0 0 0 1 1	0 0 0 0 1 1 1 1 0 0	0 0 1 1 0 0 1 1 0 0	0 1 0 1 0 1 0 1 0 1