四路智力竞赛抢答器设计

/吉林建筑大学电气与电子信息工程学院数字电子技术课程设计报告设计题目：四路竞赛抢答电路专业班级:信工131班学生姓名：学号：指导老师：设计时间：教师评语:成绩：评阅老师日期前言关于这次设计的用于多人竞赛抢答的器件，在现实生活中很常见，尤其是在随着各种智益电视节目的不断发展，越来越多的竞赛抢答器被用在了其中，这种抢答器的好处是不仅能够锻炼参赛选手的反应能力,而且能增加节目现场的紧张、活跃气氛，让观众看得更有情趣.可见抢答器在现实生活中确实很实用,运用前景非抢答器的设计与制作智力竞赛是一种生动活泼的教育形式和方法，通过抢答和必答两种方式能引起参赛者和观众的极大兴趣,并且能在极短时间内,使人们增加一些科学知识和生活常识。常广泛.在知识竞赛中,特别是做抢答题时,在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任务.如果在抢答中，只靠人的视觉是很难判断出哪组先答题.这次设计就是用几个触发器以及三极管巧妙的设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。本文主要介绍了抢答器的工作原理及设计，以及它的实际用途。目录ＴOC\ｏ＂1-3"\h\z\uHYＰEＲLINＫ前言 PAGEREF_Tｏc2６552８９16\ｈ2ＨYPERＬINK＼l”_Toc26５５2891７＂一。课程设计目的 ＰAGERＥF_Toc265５28917\h４ＨYPＥRＬINK三．系统设计方案ﻩ７HYPERLIＮK＼l”_Toc2655２８92２"四.电路工作原理ﻩ8HYPERＬINK\l＂＿Tｏｃ265５2892５"五．单元电路设计参数计算及元器件选择 11ＨYPERLINＫ\ｌ"_Tｏc26５5２8９31＂六.完整电路图ﻩ16HYPERＬIＮK\ｌ＂＿Ｔoc２65５2８933”七.需要的元器件清单：ﻩ1７HYPERＬINＫ八.总结与体会ﻩ18HYPＥＲLＩNK九.参考文献 ２0课程设计目的：数字电子技术课程设计是数字电子技术课程的实践性教学环节，是对学生学习数字电子技术的综合性训练，这种训练是通过学生独立进行某一课题的设计、安装和调试来完成的,训练学生综合运用学过的数字电子技术的基本知识，独立设计比较复杂的数字电路的能力。通过数字电路课程设计使学生做到：1、综合运用电子设计课程中所学到的理论知识，独立完成一个设计课题。２、通过查阅手册和文献资料,培养学生独立分析和解决实际问题的能力.3、了解常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用的原则。４、学会电子电路的安装与调试技能,掌握电子电路的测试方法。掌握常用电子仪器的使用方法。5、学会撰写课程设计总结报告.二、课程设计题目与内容四路竞赛抢答电路设计任务：（１）４名选手编号为:1，2，3,4。各有一个抢答按钮用S0--－S4表示。按钮的编号与选手的编号对应.（2）给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯)和抢答的开始控制开关S。（3）抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示,封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答.抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止.课程设计要求:抢答器,使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。本文主要介绍了抢答器的工作原理及设计,以及它的实际用途。该电路的根本任务时准确的判断出第一抢答者的信号并将其锁存.实现这一功能可用触发器和锁存器等.在得到第一信号后应立即将电路的输入封锁，即使其他组再次发出抢答信号也无效。同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别,也可以用发光二级管直接指示组别该电路的根本任务时准确的判断出第一抢答者的信号并将其锁存.实现这一功能可用触发器和锁存器等。在得到第一信号后应立即将电路的输入封锁，即使其他组再次发出抢答信号也无效。同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，也可以用发光二级管直接指示出组别。１.基本功能（1)抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛，分别用4个按钮S０~S3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。用来控制系统清零(编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。（３）抢答器具有锁存与显示功能。即抢答开始后,选手按动按钮，锁存相应的编号，并在编号显示器上显示该编号。同时封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答.优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。2。抢答器的组成框图定时抢答器的总体框图如图1所示,它由主体电路和扩展电路两部分组成.主体电路完成基本的抢答功能,即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能。图１所示的定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间，当节目主持人宣布抢答题目后,说一声“抢答开始"，同时将控制开关拨到“开始”位置,扬声器给出声响提示,抢答器处于工作状态，定时器倒计时。当定时时间到,却没有选手抢答时,系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答.当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作:优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存,然后由译码显示电路显示编号;扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；控制电路要对输入编码电路进行封锁,避免其他选手再次进行抢答；控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间,并保持到主持人将系统清零为止.当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态,以便进行下一轮抢答。三。系统设计方案抢答器主要是由四个三极管、和四个D触发器以及四个或非门构成,其中三极管是与主持人一起配合使用，用来控制是否开始抢答，当主持人将开关接地时，三极管截至,此时三极管可以当作一个二极管使用当有选手抢答时就通过三极管将信号传送给D触发器，Ｄ触发器在将信号传送给或非门并将其他选手锁存,同时将信号送给发光二极管与喇叭.其工作原理是当主持人按下抢答开关时，选手能进行抢答。当有选手抢时,抢答信号就通过三极管传入D触发器,并且最先收到抢答信息D触发器送出一个反馈信号将其余三位选手的信号封锁.当选手回答完毕问题时，主持人启动计分器，并且给该选手加上或减去分数。计分器通过译码器将信号传送给一数码管显示出来。四。电路工作原理1、抢答电路设计数字抢答器：ﻫ

工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到"清除”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？quot;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。ﻫ２．单元电路设计

(1）抢答器电路ﻫ

参考电路如图所示。该电路完成两个功能: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;二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程：开关S置于”清除"端时,ＲS触发器的端均为０,4个触发器输出置０,使７４LＳ１48的＝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，当有选手将键按下时(如按下S5)，７４LＳ148的输出经RS锁存后,Ｑ1=1,=1,74LS４８处于工作状态，Q4Ｑ3Q2=101,经译码显示为”5＂。此外,Q１＝１，使74LS148＝1，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Q1＝1,使=１，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。74LS１4８为8线－3线优先编码器,表１1、１为其功能表。数字抢答电路表1０、１７4LS１４8的功能真值表

(２)定时电路定时电路

由节目主持人根据抢答题的难易程度,设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器7４ＬＳ192进行设计，具体电路如图所示.ﻫ(3）报警电路

由55５定时器和三极管构成的报警电路如图１1、4所示。其中５５5构成多谐振荡器，振荡频率fo=１。４３/[（RＩ＋2R２）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ﻫ（４）时序控制电路ﻫ

时序控制电路是抢答器设计的关键,它要完成以下三项功能：

①主持人将控制开关拨到"开始"位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。

②当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声,抢答电路和定时电路停止工作.ﻫ③当设定的抢答时间到，无人抢答时,扬声不发声。根据上面的功能要求以及图11、２，设计的时序控制。图中，门G１的作用是控制时钟信号ＣＰ的放行与禁止，门G2的作用是控制74ＬＳ148的输人使能端。图１1、4的工作原理是:主持人控制开关从”清除”位置拨到”开始"位置时,来自于图11、2中的74ＬS2７９的输出1Q=0,经G3反相，Ａ＝１,则时钟信号ＣP能够加到74ＬS19２的CＰＤ时钟输入端,定时电路进行递减计时.同时,在定时时间未到时，则＂定时到信号"为1,门Ｇ2的输出=0，使7４LS1４８处于正常工作状态,从而实现功能①的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时,1Q=１,经Ｇ３反相,A＝0,封锁CP信号，定时器处于保持工作状态；同时,门G2的输出=1,74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能②的要求。当定时时间到时,则"定时到信号＂为0,＝１，７4ＬS1４8处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门G1处于关门状态，封锁CＰ信号，使定时电路保持０0状态不变，从而实现功能③的要求。集成单稳触发器７4ＬS121用于控制报警电路及发声的时间,其工作原理请读者自行分析。五.单元电路设计参数计算及元器件选择1.74LS48芯片：是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中,下面我就给大家介绍一下这个元件的一些参数与应用技术等资料。2．74LS2７9中文资料:５４/74279四／R—/S锁存器ﻫ简要说明:

279为四个/R-/S锁存器,共有54／７４279和54/74LS2７９两种线路结构型式，其主要电器特性的典型值如下（不同厂家具体值有差别)：

型号：tPDPDﻫ54２79/7４279１2nｓ90ｍＷﻫ54LＳ27９/74LＳ２79１２ns1９ｍWﻫ四个锁存器中有2个具有2个置位端（/SA，/SB）.

当/S为低电平,／R为高电平时，输出端Q为高电平。当/Ｓ为高电平，/Ｒ

为低电平时,Q为低电平。当／Ｓ和/Ｒ均为高电平时，Q被锁存在已建立的电平。ﻫ当／Ｓ和/Ｒ均为低电平时,Ｑ为不稳定的高电平状态。

对/SＡ和/SB,/Ｓ的低电平表示/SA和/ＳＢ只要有一个为低电平,/Ｓ的高电平表

示/SA和/SB均为高电平。ﻫ引出端符号：

1Ｑ~4Q输出端ﻫ/1S～/４Ｓ置位端(低电平有效)ﻫ/1Ｒ~/4R复位端(低电平有效）3．７4LS１4８在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器时，已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。在同时存在两个或两个以上输入信号时,优先编码器只按优先级高的输入信号编码,优先级低的信号则不起作用.74148是一个八线—三线优先级编码器。如图所示的是八线-三线编码器7４１48的惯用符号及管脚图引脚图。74１48优先编码器为16脚的集成芯片，除电源脚VCC（16)和GＮD（8）外，其余输入、输出脚的作用和脚号如图中所标。其中I0—I7为输入信号,Ａ2,A１，A0为三位二进制编码输出信号,ＩＥ是使能输入端，OE是使能输出端，GＳ为片优先编码输出端。由74148真值表可列输出逻辑方程为：A2＝(I4+Ｉ５＋Ｉ６＋Ｉ７)IEA1＝（I2I4Ｉ5+I３I４I5+Ｉ6+I7)·IＥA0=(I1I2Ｉ4I6+I３I４I６＋I５Ｉ6＋Ｉ7)使能输出端OE的逻辑方程为:OＥ=I0·I１·I2·I3·I4·Ｉ5·6７·IＥ当使能输入ＩE＝１时,禁止编码、输出（反码）：A2，Ａ１,A０为全1。（如表5。1.２第一行所示。）当使能输入IE=０时，允许编码,在I０～Ｉ7输入中,输入I7优先级最高，其余依次为:Ｉ6，I5,I4,Ｉ3,Ｉ2，I0，I0等级排列.OE为使能输出端，它只在允许编码（IＥ=0），而本片又没有编码输入时为0.扩展片优先编码输出端GS的逻辑方程为：GS=（Ｉ0+Ｉ１+Ｉ2＋I3+I4+I5＋I6+I7)·IEGS为片优先编码输出端，它在允许编码（IE=0）,且有编码输入信号时为０（如表５.１。2中第三至第十行)；若允许编码而无编码输入信号时为1(如表5。１。２第二行）;在不允许编码（ＩE=1)时，它也为１（如表5．1．2第一行）.ＧS=0表示“电路工作，而且有编码输入”7414８优先编码器真值表：4。十进制可逆计数器74LS１9２引脚图管脚及功能表74ＬS１92是同步十进制可逆计数器,它具有双时钟输入,并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：图3—474LS192的引脚排列及逻辑符号(ａ）引脚排列（ｂ)逻辑符号图中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端,为非同步借位输出端，Ｐ0、P1、P2、P3为计数器输入端，为清除端，Q0、Q1、Q２、Ｑ3为数据输出端。其功能表如下：输入输出MＲP3Ｐ2Ｐ1Ｐ0Ｑ3Ｑ2Q1Q01×××××××000000××dcｂａdcba011××××加计数0１1××××减计数74LS１9２的功能表5.5５5定时器555定时器，它基本原理是，由于电容C的两端的电压不能突变,定时器的2端电压低触发端为低电平，输出端3为高电平。电源经过R1、R2给电容C充电,当电容的电压充到电源电压的2/3时,5５5内部的MＯS管导通，输出为低电平。接着电容通过Ｒ2和已经导通的MOS管放电,当电容的两端电压下降到低于1/3的电源电压时,ＭOS管截止电容放电停止，此时电源通过R1、Ｒ2再次向电容充电，如此反复，形成震荡,从而在3端得到时钟脉冲源输出，根据公式：周期Ｔ=（Ｒ1+２Ｒ2）×C×ln２=０.7（R1+2R2)Ｃ。它由３个阻值为５k的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RＳ触发器、放电BJT以及缓冲器G组成。定时器的主要功能取决于比较器的输出控制ＲS触发器和放电ＢJＴT的状态。图中Rd为复位输入端,当Rｄ为低电平时,不管其他输入端的状态如何,输出Vo为低电平。因此在正常工作时,应将其接高电平。图4．4５55结构原理图由图可知，当5脚悬空时，比较器C１和C２的比较电压分别为2/３Vｃc和1／3Vｃｃ。当VI1>2/3Vcｃ，VI2＞1/3Vcc时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器被置０，放电三极管T导通，输出端Vｏ为低电平.当ＶI１＜2/3Vcc，VI２＜１／３Ｖcc时，比较器C1输出高电平,比较器C2输出输出低电平，基本ＲS触发器被置１，放电三极管截止，输出端Ｖo为高电平。当VI1＜2/３Ｖcｃ，VI2〉1/3Vcc时,基本ＲＳ触发器R=1、S=1,触发器状态不变,电路以保持原状态不变.表４.2５５5功能表输入输出阀值输入（VI１）R出发输入（ＶＩ２)S复位(Rd)输出（Vo)放电管T××00导通〈2/3Ｖｃc1＜1/3Vcc0１1截止〉２/3Ｖcc０>１/3Ｖcc110导通〈2／3Ｖｃc１>1/3Vｃc１１不变不变六、完整电路图七．需要的元器件清单：集成电路７４LＳ1481片,74LＳ２791片,74LＳ48３片,74LS1９２2片，NE555２片，74LS0０1片，７4ＬＳ1211片。ﻫ2。电阻510Ω2只，１ＫΩ9只，4．7ｋΩl只，５．1kΩl只,１00kΩｌ只，10kΩ1只，15ｋΩ1只，6８kΩl只。

３.电容0.1ｕＦ1只,１0uf1只。ﻫ４。三极管３DG1２1只。

5。其它：发光二极管2只,共阴极显示器1只。八.总结与体会通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和PCB连接图，和芯片上的选择。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。

我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多,平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能,而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能,并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计,那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能,平时看课本，这次看了,下次就忘了,通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的,实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。

经过两个星期的实习,过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过,也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情,点点滴滴无不令我回味无长。ﻫ生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获.劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义,我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出.我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以,而且设计也是一个团队的任务,一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助,配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我