四路智力竞赛抢答器设计

智力竞赛抢答器的设计摘要：本文设计可供四人抢答的抢答器电路并对其进行仿真。首先本文提出了一种控制以及计时电路的方案，并对其进行了论证。设计方案先利用D触发器及优先编码器74LS148N组成的抢答电路实施抢答电路的运行，然后利用555集成电路构成秒脉冲发生器；然后用其产生的矩形波触发倒计时计数器；运用输出的进位电压控制计时器的停止，并发生警报。然后用Multisim9对电路进行仿真和整体的性能指标测试。经过测验，得到了比较符合要求的仿真结果。关键字：D触发器；优先编码器74LS148；七段显示译码器74LS48；555集成电路；递减计数器；一．概要1．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；2．抢答器具有锁存与显示功能；3．抢答器具有定时抢答功能，定时时间为60秒，当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时；4．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。二．方案设计与论证设计的方案有以下两种：方案一：用CD4511、CD4068各一个电阻，开关，三级管和二级管若干及七段显示器构成抢答电路。本电路的控制方法是利用开关进行输入编码当按键第一次就接下时，输出由1111110变为所接下的键值的BCD编码经40688输入与门和一个三级管控制后输出CD4511第五脚使其从底电平变为高电平，从而锁住CD4511，实现抢答功能。计数器利用两个CD40110和CD4011组合成60秒的加法计数器。此电路原理简单，制作方便，但显示不为倒计时，观看比较不方便。方案二：抢答电路由四个D触发器74LS74N，或非门4002BT，开关若干，优先编码器74LS148及七段显示器等组成。本电路的控制方法是利用开关进行高低电位的输入，当四个开关有一个有优先按下时，D触发器的输出端输出的高电位通过或非门进入其他D触发器的异步复位端从而使其他选手的输入信号锁存成无效。倒计时电路由74LS192,七段显示器，及555定时电路组成。此电路的设计虽然较复杂，但是能很好实现所要求的功能。通过比较二个方案的特点，本电路采用方案二！智力竞赛抢答器的设计方框图如图1所示。包括抢答器电路，秒脉冲发生器电路、计数器电路、译码与显示电路、报警电路和外部控制电路（辅助时序控制电路）等六个部分组成。计时电路递减计时，每隔1秒钟，计时器减1。其中抢答器，计数器和控制电路是系统的主要部分。抢答器电路完成抢答功能，计数器完成60秒计时功能，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数器、暂停/连续计数、译码显示电路的显示功能。当计时器递减计时到零（既定时时间到）时，显示器上显示00，同时警报灯点亮。抢答电路抢答电路显示电路倒计时电路CP报警电路总控制电路显示电路发光二极管 图1智力竞赛抢答器电路原理框图设计思路：利用D触发器上的置位或复位实现抢答电路的信号的优先输入，通过优先编码器和显示译码器把优先抢答的选手号码显示出来；由定时器发出的秒脉冲信号经过递减计数器，译码器，再由数码管显示出来，中间包括控制电路。三、电路设计原理与电路图1、抢答器按键保持与封锁电路图2按键保持与封锁电路该电路可以完成两个功能：一是能够分辨出选手按键的先后顺序，并且能够锁存优先抢答选手的号码，同时译码显示电路显示编号；二是后面的选手按键操作将无效。工作过程：开关J6开启时，则输入为高电位“1”，经过四个或非门后变成低电位“0”。则四个D触发器的异步复位端将触发器置“0”，抢答电路处于系统清零状态；当J6闭合时，抢答电路处于工作状态。当抢答开始，若J1先按键，则Q1端输出高电位“1”通过或非门变成低电位“0”，将其他D触发器置0，则抢答信号输出为“1110”（J4J3J2J1），然后通过输出选手号码显示电路显示对应号码。2、选手号码显示电路图3选手号码显示电路该电路由优先编码器74LS148N和3、秒脉冲发生器电路发的发挥如图所示4、8421BCD码递减计数器电路5、辅助控制电路部分电路四．智能抢答器的测试结果1、智能抢答器的锁存与抢答功能2、定时器的暂停/减数功能3、电路报警功能五．结论、性价比经过设计调整后，该电路基本符合任务书上的性能指标。整个电路都是应用了，在平时做实验中用过的器件，应用到的知识也平时学过的。脉冲的设计，计数器的应用，译码器的利用，与非门的合理连接，最终连成符合任务书上的电路。本电路采用的都是简单且常见的元器件，市面上比较容易买的到，性能基本符合技术要求。实际上这种照明灯在几年前已经上市了，价格不贵。而且产品的原理和材料基本上和我们设计的相似，从此也可以验证，我们的设计还是有一定的合理性。当然若做成产品，还是有些不足之处需要改进。六．课设体会及合理化建议在此次设计中，我将课本理论知识与实际应用联系起来，按照书本上的知识和老师讲授的方法，首先分析研究此次电路设计任务和要求，建立初步的设计思想，选择合适的器件，然后按照分析的结果进行实际连接操作，进行电路仿真检测和校正，再进一步完善电路。在其中遇到一些不解和疑惑的位置，还有一些出现的未知问题，先自己查找资料或者上网寻找信息、和同学之间也认真分析讨论，然后对讨论出的结果进行实际检测校正，对一些疑难问题我也认真向指导老师询问请教，和通过此次电路设计，我加深了对课本知识的认识理解以及应用，对一些器件的具体应用思想也有深刻的理解，以及对电路设计方法和实际电路连接实现特定功能也有了一定的认识。我相信在今后的相关的实际应用中我会充分的利用我这次电路设计过程中所学到的知识和经验。附录Ⅰ：总电路图附录Ⅱ：元器件清单序号编号名称型号数量1U6，U7数码管SEVEN_SEG_DISPLAY22U1，U5七段译码显示器74LS48D23U3，U48421BCD码计数器74LS192D24U2脉冲电路555_VIRTUAL15U13，U14二输入或门集成芯片74LS32N26U11，U12三输入或非门集成芯片74LS27D27U10，U15非门集成芯片74LS04D28U9二输入与非