74LS190+74LS192四路計時計分數字搶答器電路設計資料

ID:801515 · 發表于 2020-7-11 12:17

搶答器作為一種工具，已廣泛應用于各種智力和知識競賽場合。但搶答器的使用頻率校低，且有的要么制作復雜，要么可靠性低，減少興致。作為一個單位若專購一臺搶答器雖然在經濟上可以承受，但每年使用的次數極少，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性就會影響活動的開展。目前多數搶答器存在3個不足之處：首先，現場線路連接復雜。因為每個選手位于搶答現場的不同位置，每個選手與控制臺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場的美觀，而且降低了搶答器的可靠性，增加了安裝的難度，甚至影響了現場人員的走動。其次，電路復雜。因為簡單邏輯電路只完成號碼處理、計時、數據運算等功能，其它功能如選手號碼的識別、譯碼、計分顯示等仍只能通過數字集成電路完成。采用簡單邏輯電路掃描技術識別選手搶按號碼時，電路的延遲時間較大，最后導致容易出現選手搶按成功現象。

（1）主持人按"搶答開始"鍵，會有提示音，并立刻進入搶答倒計時，如有選手搶答，會有提示音，并會顯示其號數并立刻進入回答倒計時，不進行搶答查詢，所以只有第一個按搶答的選手有效。

（2）如倒計時期間，主持人想停止倒計時可以隨時按"停止"按鍵，系統會自動進入準備狀態，等待主持人按"搶答開始"進入下次搶答計時。

（3）搶答開始后可以實現加減分功能

（4）搶答開始后，計時功能開啟。

二、電路設計原理

如下圖所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關按下即為“清零”狀態，清零指示燈滅，搶答器處于禁止狀態，編號顯示器滅燈；主持人將開關斷開即為“開始”狀態，宣布“開始”，指示燈亮，搶答器工作，當有人搶答時，蜂鳴器發出聲響并且燈不斷閃爍。選手進行搶答時，搶答器將完成：優先判斷、編號鎖存、編號顯示、蜂鳴器鳴叫及燈閃爍的提示等操作。當一輪搶答之后，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”狀態開關。

具體的說明如下：

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

2、優先編碼電路用來把輸入的高低電平信號編碼，74LS148優先編碼器及8—3編碼器，輸出3位2進制數，以代表不同的低電平信號。

3、鎖存器用的是D觸發器，因為D觸發器結構和功能都比較簡單，方便使用。D觸發器使用4個，第四個除用來輸出2進制數的最高位外，還用于控制信號的鎖定，即觸發或鎖定觸發器的工作狀態。

4、數碼顯示器用帶譯碼功能的數碼管。使用簡單、方便。

5、主持人控制開關就是一個開關，用來清零和開始工作，設置了一個指示燈，當指示燈亮表示開始，滅了表示開關閉合主持人清零。

6、控制電路，除了第四個D觸發器和主持人的開關外，還需要4個搶答器按鈕組成的4輸入與非門和第四個觸發器用一個與門共同組成一個控制電路來控制信號的傳輸和鎖定。

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

8.計時電路：采用74LS190D減法計數電路、74LS48譯碼電路和2個7段數碼管即相關電路組成。完成的功能是當主持人按下開始搶答按鈕后，進行20s倒計時，到0s時倒計時指示燈亮。當有人搶答時，計時停止。兩塊74LS192 實現減法計數，通過譯碼電路74LS48顯示到數碼管上，其時鐘信號由時鐘產生電路提供。74LS192的預置數控制端實現預置數30s，計數器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數器開始減法計數工作，并將時間顯示在共陰極七段數碼顯示管上，當有人搶答另外，還用到一些其他的與非門和或非門，都是一些實驗室常用的器件。

9.計分電路

計分電路共有四組，結構一致，使用74LS192加減計數器構成記分器。通過兩個開關J7和J8控制加分或者減分。

三、器件及單元模塊

1.搶答按鈕的設計

選用4個可彈起按鈕作為搶答按鈕。如下圖所示：

2.優先編碼電路設計

采用74LS148優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

優先編碼器是數字系統中實現優先權管理的一個重要邏輯部件。一般編碼器的輸入端只能有一個為有效信號，才能進行編碼。優先編碼器的各個輸入不是互斥的，它允許多個輸入端同時為有效信號。優先編碼器的每個輸入具有不同的優先級別，當多個輸入信號有效時，它能識別輸入信號的優先級別，并對其中優先級別最高的一個進行編碼，產生相應的輸出代碼。

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

=0時，EO=1表示有有效信號輸入

擴展輸出端：

=0時，表示編碼器工作，

=1時表示編碼器不工作

3. 鎖存器

此設計電路選用D觸發器作為鎖存器電路。D觸發器的邏輯功能表如下所示：

D觸發器的特性表

CP	D	Qn	Qn+1
X	X	Qn	Qn+1
0→1	0	0	0
0→1	0	1	0
0→1	1	0	1
0→1	1	1	1

D觸發器具有在時鐘脈沖上升沿或下降沿觸發的特點，當時鐘脈沖上升沿或下降沿時刻，輸入端D的值傳輸到輸出端。

4.數碼顯示器

數碼顯示器用帶譯碼功能的4線的七段顯示數碼管：

功能表如下：

數字	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

5.控制電路

控制電路由觸發器和輸入信號一起控制電路的工作。

原理：如上圖所示，4個觸發器的置數端都置為高電平，這樣在開始工作時觸發器的Q非端為1，當輸入信號有高電平信號時，通過與門觸發器開始工作，經過觸發器將信號傳輸到顯示數碼管，而第4個觸發器Q非端變為低電平，返回到與門鎖定觸發器的狀態，這樣將信號鎖住，其他按鈕信號就將不會顯示。

6.報警顯示電路

實驗選擇燈來表示信號的鎖定。

綜上來說，電路可分為三個主要模塊：編碼模塊、信號鎖定模塊和顯示模塊。下面分別對三個模塊進行說明和仿真。

7.倒計時電路

十進制同步加減計數器74LS192減法計數電路、2個7段數碼管即相關電路組成。完成的功能是當主持人按下開始搶答按鈕后，進行20s倒計時，到0s時倒計時指示燈亮。當有人搶答時，計時停止。兩塊74LS192 實現減法計數，通過譯碼電路74LS48顯示到數碼管上，其時鐘信號由時鐘產生電路提供。74LS192的預置數控制端實現預置數20s，計數器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數器開始減法計數工作，并將時間顯示在共陰極七段數碼顯示管上.

8.計分電路

計分電路共有四組，結構一致，使用74LS192加減計數器構成記分器。通過兩個開關J7和J8控制加分或者減分。