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设计一个八路数字抢答器,使得该抢答器具有以下要求:
该抢答器除具有基本的抢答功能外,还具有定时、计时和报警多重功能,具体表现如下:
(1)主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间,系统将完成自动倒计时。
(2)若在规定的时间内有人抢答,则计时将自动停止;若在规定的时间内无人抢答,则系统中的蜂鸣器将发响,提示主持人本轮抢答无效。
(3)在实现抢答、定时、计时功能的同时,实现报警功能。
八路数字抢答器由抢答器电路,定时电路,报警电路三部分组成。其工作原理为:接通电源后,主持人将开关拨到“清零”状态,抢答器处于禁止状态,编号显示器灭灯,定时器显示设定时间,主持人将开关置“开始”状态,宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时,扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时,抢答器完成,优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后,定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。
具体工作过程如下:
(1)抢答器同时供 8 名选手或 8 个代表队比赛,分别用 8 个按钮 S0 ~ S7 表示。
(2)设置一个系统清除和抢答控制开关 S,该开关由主持人控制。
(3)抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮,锁存相应的编号,扬声器发出声响提示,并在 DPY_7-SEG 七段数码管上显示选手号码。选手抢答实行优先锁存,优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
(4)抢答器具有定时抢答功能,且一次抢答的时间由主持人设定(如 30 秒)。
当主持人启动“开始”键后,定时器进行减计时。
(5)参赛选手在设定的时间内进行抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示
器上显示选手的编号和抢答的时间,并保持到主持人将系统清除为止。如果定时时间已到,无人抢答,本次抢答无效,系统报警并禁止抢答,定时显示器上显示 00。
1、单元电路设计(或仿真)与分析
(1) 抢答器电路
设计电路如图所示。电路选用优先编码器 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,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,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。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。
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