六路搶答計時器設(shè)計方案比較

羅莉 楊瀟 鄧浩藍 冷鑫

摘? 要：搶答器在生活中應(yīng)用廣泛，基于數(shù)字技術(shù)的多路搶答器結(jié)合了傳統(tǒng)的數(shù)字電路基礎(chǔ)技術(shù)和模塊化設(shè)計的思路，它設(shè)計簡單且實用，在知識競賽、文體娛樂活動（搶答賽活動）中，能準確、公正、直觀地判斷出搶答者的座位號，更好的促進各個團體的競爭意識。本次課程設(shè)計用簡單的數(shù)字邏輯電路來實現(xiàn)一個六路搶答計時器，即采用六個按鈕搶答和共陰極數(shù)碼管顯示。其設(shè)計思路為整個電路主要分為五個模塊，即電源模塊，優(yōu)先編碼模塊，譯碼顯示模塊，倒計時模塊，控制模塊，另外還附有簡單的報警電路來共同完成六路搶答器的設(shè)計。實現(xiàn)倒計時和搶答鎖存功能。

關(guān)鍵詞：555定時器;優(yōu)先編碼器;譯碼器;鎖存器;方案比較

一、介紹

常用電子系統(tǒng)設(shè)計通常包括：選擇總體方案框圖、單元電路功能模塊的設(shè)計與選擇、電子元器件的選擇、單元電路之間的連接、對電子系統(tǒng)進行電路搭試、對方案及單元電路參數(shù)進行修改、繪制總體電路，最后寫出設(shè)計報告這幾個部分。在《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》與《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程中，通常只介紹單元路的設(shè)計、以及集成芯片的特性、功能等，而一個實用的電子電路系統(tǒng)通常是由多個單元電路組成的。因此，進行電子系統(tǒng)設(shè)計時，既要考慮系統(tǒng)總體電路的設(shè)計，還要考慮系統(tǒng)各部分電路的選擇、設(shè)計及它們之間的相互連接。

搶答器在我們的日常生活中應(yīng)用十分廣泛，基于數(shù)字技術(shù)的多路搶答器結(jié)合了傳統(tǒng)的數(shù)字電路基礎(chǔ)技術(shù)和模塊化設(shè)計的思路，它設(shè)計簡單且方便，能在一些競賽活動、文體娛樂活動等中發(fā)揮作用，應(yīng)用廣泛，在一定程度上也提高了公平、公正性。此多路搶答器的設(shè)計可以進一步增加我們對搶答器工作的了解，感受搶答器給我們生活帶來的方便。

首先我們小組對多路搶答器系統(tǒng)的初步功能模塊以及框架進行設(shè)計，并對一些仿真軟件和硬件系統(tǒng)方案進行了選擇。在此基礎(chǔ)上，又進一步詳細介紹了該控制系統(tǒng)的硬件組成、軟件仿真結(jié)果、控制方法。

在軟件仿真部分中，本文重點講述了使用Multisim對數(shù)字電路進行仿真及仿真結(jié)果。在硬件設(shè)計中，電路設(shè)計的主電路包括電源電路，控制電路，優(yōu)先編碼電路，譯碼顯示電路以及倒計時電路。最后，本文就多路搶答器系統(tǒng)的特點，進行了歸納與總結(jié)。

本設(shè)計要求為采用六個搶答器進行搶答優(yōu)先輸出功能。根據(jù)要求可知要實現(xiàn)本系統(tǒng)，需要設(shè)計時譯碼鎖存顯示循環(huán)控制搶答的輸出顯示。此設(shè)計中還自行設(shè)計了電源部分。首先電源部分的電流將220V交流電通過電感降壓，整流橋整流，電容濾波，最后穩(wěn)壓到5V直流電，為電路提供所需的直流電源。設(shè)計要求搶答開始時有10秒倒計時的限制，因此計時部分采用74LS190D的減計數(shù)器進行計時。由于還需要在倒計時結(jié)束或者電源部分斷開時進行報警，所以設(shè)置一個脈沖產(chǎn)生電路，提供單次秒脈沖進行倒計時和報警。報警部分利用蜂鳴器進行報警。優(yōu)先編碼電路通過優(yōu)先編碼器對第一個搶答者的編號進行編碼，還有一個鎖存器，在編碼了優(yōu)先搶答者的編號之后進行鎖存，使得其他搶答者的搶答無效，最后通過數(shù)碼管顯示出優(yōu)先搶答者的編號，在此基礎(chǔ)上所有模塊通過一個總開關(guān)由主持人進行控制，并通過邏輯門控制顯示器的消隱與譯碼器的工作等來更準確地實現(xiàn)該搶答器的功能。

二、總體方案設(shè)計

根據(jù)設(shè)計要求，先設(shè)計好各個模塊的電路，分別調(diào)試是否達到對應(yīng)的功能，然后將各個模塊連接起來構(gòu)成設(shè)計的總電路，再進行總電路的調(diào)試?？傮w流程圖如下：

（一）方案比較

1、方案一

根據(jù)設(shè)計要求，使用數(shù)字電子基礎(chǔ)和模擬電子技術(shù)，來完成設(shè)計流程如圖2-1所示：

（1）電源使用：穩(wěn)壓電路。

（2）優(yōu)先編碼：使用74LS148D芯片。

（3）倒計時：74LS190D可預(yù)置數(shù)BCD十進制同步可逆計數(shù)器。

（4）譯碼顯示：74LS290D，74LS48D芯片。

2、方案二

根據(jù)設(shè)計要求，我們還可以使用程序匯編技術(shù)來實現(xiàn)其功能：

而該課題的設(shè)計側(cè)重于搶答器于PC機的信息交換，以AT89C51單片機為搶答器核心，使用HD727A芯片同時完成按鍵檢測和LED顯示，檢測搶答情況。PC機負責搶答題目的存儲和顯示，兩者以串行通信相互聯(lián)系。該設(shè)計方案為：該搶答器系統(tǒng)總體由上位機和下位機組成。上位機顯示搶答問題后，通過串口與下位機通信，此時搶答者也開始使用搶答按鍵進行搶答，下位機根據(jù)按鍵檢測電路獲取最先搶答者信息，顯示于數(shù)碼管同時也將信息通過串口回送至上位機并顯示。

（二）方案論證

方案一的優(yōu)點是采用數(shù)字邏輯電路構(gòu)成，使用555定時器、可預(yù)置數(shù)BCD十進制同步可逆計數(shù)器74LS190D和3線-8線譯碼器，優(yōu)先編碼器，電路簡潔明了，調(diào)試簡單，成本低。缺點是實現(xiàn)功能較單一，功能不易擴充;方案二的優(yōu)點是利用匯編知識結(jié)合單片機更簡單的實現(xiàn)了控制，可以實現(xiàn)功能更加復雜的搶答器，并且實現(xiàn)的功能更加豐富，缺點是程序匯編較復雜。本次設(shè)計要求基于數(shù)字電子基礎(chǔ)，對比兩個方案，方案一滿足要求并且線路簡單，成本低，因此最終決定采用方案一。