人智力竞赛抢答器设计

1、 电子与信息工程系学年论文（设计）开题报告姓名专 业班级指导老师题目四人智力抢答器设计1本课题的基本内容1. 优先编码电路立即分辨出抢答选手的编号，并进行编码。2. 锁存电路锁存抢答选手的编号，并封锁其他开关的信号，保证抢答有效。3. 抢答号码显示译码电路将抢答者的编号用数码管给显示出来，以便更直观看到结果。4 .时序控制电路是抢答器的核心，当有选手抢答时，时序控制电路将抢答信号传递给优先编码电路和锁存电路。5. 定时电路对抢答者回答问题时间进行控制的电路，规定60秒，超过60秒则抢答无效。6. 时间显示译码电路将定时时间用数码管给显示出来，如60秒则显示装置是一个二位数字显示的计数系统。2本

2、课题的重点和难点抢答器主要由抢答开关、优先编码电路、锁存电路、抢答号码显示译码电路、控制开关、时序控制电路、警报电路、定时电路、时间显示译码电路等组成，所以重点在于确保每一个单元电路的有效准确，才能在整体的电路中仿真实验。3主要参考文献1刘岚，叶庆云.电路分析基础M.北京：高等教育出版社，20092张丽华，刘勤勤.模拟电子技术基础仿真实验M.西安：电子科技大学出版社，20083谢自美电子线路设计实验测试(第二版)M武昌：华中科技大学出版社，20004姚福安.电子电路设计与实践.济南：山东科学技术出版社，20015高吉祥主编，电子技术基础实验与课程设计，电子工业出版社出版，2008指导教师意见指

3、导教师： 2011年9月1日目录1 引言12 方案论证与比较22.1 方案论证23 系统方案及单元电路33.1、数字抢答器设计整体电路图33.2 单元电路设计43.2.1抢答器电路43.2.2计时电路63.2.3报警电路74.小结8参考文献84人智力竞赛抢答器设计（0）指导教师：【摘要】 数字抢答器由抢答电路,定时电路,报警电路,时序电路组成。优先编码电路,锁存器,译码电路将参赛选手的输入信号在显示器上输，通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能,用控制电路和报警电路实现报警功能。以上几部分组成主体电路，从而构成数字抢答器。【关键词】 抢答电路 定时电路 报警电路 时

4、序电路。Four people quizzes responder（Grade09,Class2,MajorElectronic and Information Engineering，Electronic and Information EngineeringDept.，Ankang University，Ankang ，Shaanxi）Teachers: wang leiAbstract：The digital vies to answer first is composed, timing circuit, vies to answer first circuit, the alarmi

5、ng circuit of sequential circuits. Priority coding circuit, latches, decode circuit will contestants of the input signal is lost on the display, through the timing circuit and decode the circuit will be second pulse a signal on a display output of timing function, use the control circuit and the ala

6、rm circuit implementation alarm function. Above a few parts subject circuit, forming a digital vies to answer first device.Key words： vies to answer first circuit timing circuit alarm circuit。1 引言 当今的社会竞争日益激烈，选拔人才，评选优胜，知识竞赛之类的活动愈加频繁，智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，通过抢答和必答两种答题方式能引起参赛者和观众的极大兴趣。现在的抢答器朝着数字化，智能化的方向发展。而

7、在竞赛中往往分为几组参加，这时针对主持人提出的问题，各组一般要进行必答和抢答，对必答一般有时间限制，到时有声响提示；对于抢答，要判定哪组先按键，为了公正，这就要有一种逻辑电路抢答器作为裁判员。抢答器在竞赛中有很大用处,它能准确、公正、直观地判断出第1抢答者。通过抢答器的指示灯显示、数码显示和警示蜂鸣等手段指示出第1抢答者。2 方案论证与比较抢答器主要由抢答开关、优先编码电路、锁存电路、抢答号码显示译码电路、控制开关、时序控制电路、警报电路、定时电路、时间显示译码电路组成。其构成框图如图（1）：抢答开关优先编码电路存储电路抢答号码显示译码电路控制开关时序控制电路警报电路时间显示译码电路定时电路图

8、（1） 四路抢答器组成框图2.1 方案论证方案一：本方案由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和报警电路实现报警功能，通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成计时电路。可以实现电路的优先级别和自动记时和报警功能。且电路简单成本低，性能可靠，能方便地完成选手抢答的基本功能，稍加扩展就能达到实用化。方案二：本方案由普通的编码和译码电路组成,可以实现多路抢答时.实现某一路的是最先优先级。采用高亮发光二极管来实现指示功能.不具备数码显示功能。方案三：改系统采用MCS-51系列单片机AT89S51作为控制核心，

9、该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。方案论证： 方案一有一下几点优势：1、具有清零装置和抢答控制，可由主持人操纵避免有人在主持人说“开始”前提前抢答违反规则。2、具有定时功能，在30秒内无人抢答表示所有参赛选手参赛队对本题弃权。3、30秒时仍无人抢答其报警电路工作表示抢答时间耗尽禁止抢答。且中小规模集成电路应用技术成熟，性能可靠，能方便地完成选手抢答的基本功能。方案二不具备方案一上面所阐述的各种优势.而且采用的是比较原始的电路和实施方法,不能突出电子专业的特色。方案三中由于用了单片机，使其技术比较成熟，应用起来方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少，便于控制和实现。整个系统

10、具有极其灵活的可编程性，能方便地对系统进行功能的扩张和更改性。但是用单片机控制的抢答器性能不稳定。综合以上分析，故采用方案一来进行电路设计。3 系统方案及单元电路3.1、数字抢答器设计整体电路图图（）数字抢答器设计整体电路图其数字抢答器设计原理： 由图（）原理图可知其工作原理为：接通电源后，主持人宣布开始同时按下按键开关S抢答器工作。74LS175的、输出高电平,可逆加减计数器74LS192的CLR端输入为低电平，因此计数器开始从00做加法计数,记时器计时、指示灯不亮。选手在60秒内抢答，当有人抢答时，74LS192的非输出端为低电平，这个低电平与时钟脉冲经过与非门U2A形成一个上升沿脉冲作为

11、74LS175 CLK的输入脉冲。因为74LS175是下降沿触发的，当CLK输入为上升沿的脉冲时输入被锁定，故按下复位之外的任何的按键都将不会发生电路状态的变化，达到了锁定选手编号的功能目标，同时指示灯X1亮，指示灯亮禁止二次抢答。如果在60秒内无人抢答，计数器74LS192的OB、OC端都为高电平，经过与非门U9A输出为低电平，这个低电平与时钟脉冲经过与门U11A输出为低电平使计时器停止工作，此次抢答无效，指示灯X1亮。 当主持人再次按下S后74LS175 CLK端输入为低电平，由于CLR是清零端，且是低电平有效 ，实现清零功能；经过一个非门U8A，可逆加减计数器74LS192的CLR端输入

12、高电平，由于74LS192的CLR为清零端，且高电平有效，使计数器74LS192处于清零状态，此时数码管的显示为0。 60秒提示：计时器到60时，发光指示灯会闪烁一下，扬声器会发出一次声音，这是因为信号延迟造成的：计时器到30前，计数器的十位显示3，此时输入与非门U9A的信号为01，当计数器到60时，输入与非门U9A的信号为10，因为信号的延迟使输入与非门U9A的信号为11，与非门U9A的输出信号为低电平0，这个低电平0与U1A输出的低电平0经过与非门U6A，与非门U6A输出就为高电平1，从而使指示灯X1发光，扬声器发出声音。3.2 单元电路设计3.2.1抢答器电路该电路完成两个功能：一是分辨

13、出各选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；同时禁止其他选手抢答，抢答无效。其电路图如图（3）。 图（）抢答器电路图 其工作原理如下： 电路接通后，按下清零键S后74LS175 CLK端输入为低电平，由于CLR是清零端，且是低电平有效 ，实现清零功能，数码管上显示为0。再次按下复位按键S，、输出高电平。电路进入准备状态。这时，假设有按键A被按下，4D的输出4Q将由低变成高电平，使4Q输输出为高电平经过或门U3A驱动数码管使数码管上显示为1（选手A的编号），同时使(4Q非)输出为低电平经过与门U4A输出为低电平，这个低电平与时钟脉冲经过与非门U2A形成一个上升沿脉冲作为

14、74LS175 CLK的输入脉冲。因为74LS175是下降沿触发的，当CLK输入为上升沿的脉冲时输入被锁定，故按下除了复位之外的任何的按键都将不会发生电路状态的变化，达到了既定的功能目标。假设有按键B被按下，3D的输出3Q将由低变成高电平，使3Q输输出为高电平经过或门U1A驱动数码管使数码管上显示为2（选手B的编号），同时使(3Q非)输出为低电平经过与门U4A输出为低电平，这个低电平与时钟脉冲经过与非门U2A形成一个上升沿脉冲作为74LS175 CLK的输入脉冲。达到锁存编号2的目的。假设有按键C被按下，2D的输出2Q将由低变成高电平，使2Q输输出为高电平经过或门U1A驱动数码管使数码管上显示

15、3（选手C的编号），同时使(2Q非)输出为低电平经过与门U4A输出为低电平，这个低电平与时钟脉冲经过与非门U2A形成一个上升沿脉冲作为74LS175 CLK的输入脉冲。达到锁存编号3的目的。假设有按键D被按下，1D的输出1Q将由低变成高电平，使1Q输输出为高电平驱动数码管使数码管上显示4（选手D的编号），同时使(1Q非)输出为低电平经过与门U4A输出为低电平，这个低电平与时钟脉冲经过与非门U2A形成一个上升沿脉冲作为74LS175 CLK的输入脉冲。达到锁存编号4的目的。 3.2.2计时电路 该电路完成两个功能：一是进行计时，二是设定计时时间为30秒（脉冲信号的频率为1Hz）。其电路图如图（4

16、）：图（4）计时电路图其工作原理如下：当主持人按下清零按钮S时，经过一个非门U8A，可逆加减计数器74LS192的CLR端输入高电平，由于74LS192的CLR为清零端，且高电平有效，使计数器74LS192处于清零状态，此时数码管上显示为0。当LOAD置1时，时钟脉冲由UP端接入，且DOWN输入高电平时74LS192处于加法计数状态。再次按下复位开关S是，经过一个非门U8A，可逆加减计数器74LS192的CLR端输入为低电平，因此计数器开始从00做加法计数，频率为1秒。CO是进位端与另一个74LS192的时钟脉冲UP端相连，当计数到十时给另一个74LS192的时钟脉冲UP端一个进位脉冲，进行十

17、位上的计数。当十位上的计数达到6即输出端为0110时（规定时间内无人抢答），OB、OC端都为高电平，经过与非门U9A输出为低电平，这个低电平与时钟脉冲经过与门U11A输出为低电平使计时器停止工作，此次抢答无效。 3.2.3报警电路 由555定时器和三极管构成的报警电路如图4所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo143（RI2R2）C，其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。 报警电路图如图（）：图（5）报警电路图其原理分析：接通电源Vcc后，电容C2通过R1,R2进行充电，当电容电压大于等于的电源电压时，555定时器组成的多谐振荡器

18、电路进入一个暂稳态。随着电容C2的放电，电容两端的电压随之下降。当电容电压下降到小于等于的时候电路又返回到前一个暂稳态。因此，电容C2上的电压将在和的电源电压之间来回充电和放电，从而时电路产生了震荡，输出矩形脉冲信号。该脉冲信号经过1千欧的限流电阻（防止电流过大损坏喇叭）通过三极管放大推动扬声器发出声响。R5为发射极电阻，C1是发射极电阻旁路电容器，提供交流信号的通道，减小信号放大过程中的损耗，使交流信号不因R4存在而降低放大功能。4.小结本文主要论述了应用数字电子逻辑原理等来实现优先抢答锁存，显示抢答选手号码，抢答计时，抢答报警，计时器到60秒时有提示功能等。 由于各方面条件的限制，只能通过翻阅大量图书和资料来完成论文和充实自己的知识面，所以本文的设计不是很成熟，还有很多的不足之处。本文对数字电子逻辑原理之做了简单的论述，对其原理其技术应用上远远不够。然而数字逻辑原理在数字技术领域上是非常重要的，所以对此技术还需深入研究。数字技术是当前发展最快的学科之一，相应地，数字逻辑电路的设计方法在不断地演变和发展。所以，还需要我们不断的学习和探索。由于自己水平有限，本文的论述不够全面，存在着很多的问题，但时间有限不能逐一探讨。在今后的学习中，我会抓住每一个与这些问题有关的学习机会，继续深入的研究探讨，拓展自己的视野。参考文献1.刘岚，叶庆云.电路分析基础M.北京：