多路智能竞赛抢答器设计

课程设计任务书

学生姓名：专业班级：

指导教师：工作单位：

题目: 多路智能竞赛抢答器设计

初始条件：74LS48 3片，74LS279 1片，74LS1481片,74LS192 2片,74LS90 2片，LM555 1片，74LS121 1片，74LS00 1片，74LS32 1片,74LS08 1片，电阻若干，电容3个，开关11个，蜂鸣器1个，LED 2个，三极管2N3096 1个，导线若干。

要求完成的主要任务:

1.基本功能

①设计一个智力竞赛抢答器，可以同时供8名选手或8个代表队参加

比赛，他们的编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，

按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S

0、S

1

、S

2

、S

3

、S

4

、S

5

、S

6

、S

7

。

②给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。

③抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开始，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外要封存输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到系统清零为止。

2.扩展功能

①抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定，档节目主持人按下“开始”按钮后，要求定时器立即倒计时，并在显示器上显示，同时扬声器发出短暂声响，声响持续0.5S左右。

②参赛选手在设定的时间内抢答，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时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。

③如果定时抢答时间已到，去没有选手抢答，则本次抢答无效，系统短暂报警，并封存输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。

时间安排：

第19周理论设计、实验室安装调试，地点：鉴主17楼九号实验室指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日

多路智能竞赛抢答器设计

摘要 (5)

1. 多路智能竞赛抢答器原理电路 (7)

1.1总体方案 (7)

1.2单元电路设计及元件选择 (7)

1.2.1 抢答电路设计 (7)

1.2.2定时电路设计 (11)

1.2.1 报警电路设计 (16)

1.3元件参数计算 (17)

2. 仿真结果及分析 (18)

2.1抢答电路 (18)

2.2定时电路 (18)

2.3报警电路 (19)

2.4仿真结果分析 (19)

3. 小结，建议与体会 (20)

4. 元件清单 (21)

5. 参考文献 (22)

6. 实物图 (23)

.

摘要

抢答器常用于知识竞赛、文体娱乐活动（抢答活动）中，通过抢答者所处位置的数字显示能准确、公正、直观地判断出第一抢答成功者。

本次课设通过数电课上所学知识，用一些较为简单的元件，实现智能竞赛抢答器的设计。做到集抢答器和数显倒计时器于一体。并通过七段数码管显示倒数计时与成功抢答者，并在倒计时到时蜂鸣器报警。通过本次课设，积累一定的实践经验，掌握一般设计方法与实验步骤，为将来进入更为复杂的应用领域奠定基础。

Abstract

Vies to answer first device often used in knowledge contest, style entertainment (vies to answer first activities), through the vies to answer first the location of the digital display accurate, fair and straightforward to determine first vies to answer first winners.

This course set by several electric knowledge they learned in class, with some of the more simple components, intelligent vies to answer first device design competition. Do integrating responder and digital display timer. And through seven segment digital tube display vies to answer first countdown and success, and in the countdown to when the buzzer alarm. Through this class set, accumulated certain experience, grasp the general design method and the experimental steps, into more sophisticated applications to lay the foundation for the future

1 多路智能竞赛抢答器原理电路

1.1 总体方案

图1 总体框图

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，当选手按动抢答按钮时，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。

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。

1.2 单元电路设计及元件选择

1.2.1 抢答电路设计

电路抢答部分选用优先编码器 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“断开”时，RS触发器的 R 端均置0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端引脚5电平为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（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，2Q2=1，BI/RBO =1，七段显示电路74LS48处于工作状态，DCBA=0101，经译码显示为“5”。此外，2Q2＝1，使74LS148 优先编码引脚5工作标志端EI＝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2Q2＝1，使优先编码工作标志端引脚5电平为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。下图2为设计电路。

图2 抢答电路

74LS148的引脚图如下图3所示

图3 74LS148的引脚图

74LS148为8 线－3 线优先编码器，将8 条数据线（0－7）进行3 线(4-2-1)二进制（八进制）优先编码，即对最高位数据线进行译码。

利用选通端（EI）和输出选通端（EO）可进行八进制扩展。

引出端符号：

0－7 编码输入端(低电平有效)

EI 选通输入端(低电平有效)

A0、A1、A2 编码输出端(低电平有效)

GS 宽展端(低电平有效)

EO 选通输出端

其功能表如下表1所示

表1 74LS148功能表

74LS279引脚图如下图4所示

图4 74LS279引脚图

74LS279为四个R-S 锁存器，锁存器是保证该电路中多个开关先后出发而不产生紊乱的重要部分，下表2为用与非门组成的SR锁存器功能表

表2 74LS279功能表

74LS48的引脚图如下图5所示

图5 74LS48的引脚图

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，其功能表如下表3所示

表3 74LS48功能表

1.2.2 定时电路设计

该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图3所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。原理及设计：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、７４ＬＳ９０预置数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管及相关电路组成。74192的预置数由两个74LS90构成的计数器实现预置数，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，两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。下图6为设计电路

图6 定时电路

74LS192的引脚图下图7所示

图7 74LS192的引脚图

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。

图中：PL为置数端，

CPU为加计数端，

CPD为减计数端，T

CU为非同步进位输出端，

TCD为非同步借位输出端，

MR为清除端。

其功能表如下表4所示

表4 74LS192功能表

74LS90引脚图如下图8所示

图8 74LS90引脚图

74LS90由四个主从JK触发器和一些附加门电路组成，整个电路可分两部分，其中FA触发器构成一位二进制计数器；FD、FC、FB构成异步五进制计数器，在74LS90计数器电路中，设有专用置“0”端R1、R2和置位（置“9”）端S1、S2。

其功能表如下表5所示

表5 74LS90功能表

定时芯片LM555引脚图如下图9所示

图9 LM555引脚图

TR为触发，RES为复位，CV为控制电压，TH为阀值，DIS为放电。

由LM555构成多谐振荡器作为秒脉冲电路，其电路图如下图十所示

图10 脉冲电路

周期1S的时钟脉冲经右图的U12A（74LS00）和U12D(74LS00)送到74LS192的4引脚（DOWN），使74LS192减计数，达到倒计时的效果。U12A（74LS00）或非门的另一个输入端接秒十位74LS192的13引脚（BO）。

如果定时抢答时间已到而没有选手抢答，13引脚（BO）输出低电平，LM555的时钟脉冲不能通过U12A（74LS00），74LS192由于没有时钟脉冲输入，停止减计数，时间显示静止不动。

如果中途有选手抢答，U2B（74LS279）的13引脚（2Q2）输出高电平，经U12C(74LS00)反向成低电平0输入U12D(74LS00)的其中一端，使时钟脉冲不能通过U12D(74LS00)，74LS192由于没有时钟脉冲输入，停止减计数，时间显示静止不动。

或门芯片74LS32引脚图如下图11所示

图11 74LS32引脚图

与非门芯片74LS00引脚图如下图12所示

图12 74LS00引脚图

1.2.3 报警电路设计

报警电路由单稳态触发器SN74121和蜂鸣器组成。SN74121的5引脚（B）接S1的一端，当S1拨向开始后，5引脚（B）电平变高电平，有一个上升沿，触发器触发，蜂鸣器发出声响。

U18A(74LS08)输出端接SN74121的3引脚（A1），输入端接U3(74LS148)的14引脚（GS），抢答开始后，SN74121的5引脚（B），4引脚（A2）为高电平，当有选手按下按钮后，U3(74LS148)的14引脚（GS）输出一个负脉冲，触发器触发，蜂鸣器发出声响。与门U18A(74LS08)起到时延的作用，保证电路的时序的正确性，使电路能正常工作。

SN74121的4引脚（A2）接秒十位的74LS192的13引脚（BO），没有选手抢答时，当定时抢答时间到时， SN74121的5引脚（B），3引脚（A1）为高电平，秒十位的74LS192的13引脚（BO）输出低电平，使SN74121的4引脚（A2）有一个下降沿，触发器触发，蜂鸣器发出声响。报警电路设计电路如下图13所示

图13 报警电路

1.3 元件参数计算

脉冲频率计算：

R15=10k ，R16=68k ，C1=10uF ，

f=1/0.7×（10k+2×68k ）×10×10-6≈1S 。故取R15=10k,R16=68k 。

1.4 总电路图

总电路图如下图14所示

图14 总电路图

()1

161527.0C R R T +=

二仿真结果及分析

2.1 抢答电路

主持人开关J2置于开始位后，先按下其中一个抢答按钮J1，随后按下另外任一抢答按钮。抢答结果如下图15所示：

图15 抢答仿真结果

2.2 定时电路

当开关J2置于停止位时，可以设置定时时间的长短，按下其中J4，设定时间加1，按J4 15次后，如下图16所示。

图16 定时仿真结果

一段时间没有人抢答，则定时器开始倒计时，下图17为倒计时到8秒时的结果

图17 倒计时仿真结果

2.3 报警电路

当倒计时结束时没人抢答，蜂鸣器响，其效果如图18所示

图18 报警仿真结果

2.4 仿真结果分析

综上所述，该多路智能竞赛抢答器可实现以下功能

1 可供八位选手进行抢答，主持人按下抢答按钮后，只会记录第一个抢答人员的编号。

2 可进行倒计时，时间可由主持人调节。

3 在倒计时结束时还未有人抢答，会触发报警。

因此，该多路智能竞赛抢答器可实现课程设计所要求的所有功能。

三小结，建议及体会

通过课程设计，发现自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。

从拿到题目到具体设计，从理论到实践，使我的理论知识掌握得更扎实，动手能力明显提高。同时，通过网上搜索等多方面的查询资料，也使我学到许多在书本上没有的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

数电课设不仅是脑力上的活动，也是一件细致活。复杂的连线使我们更为小心谨慎，也为电路的调试带来很大困难。本次课设让我受益匪浅。

四元件清单

规格个数74LS47 3

74LS279 1

74LS148 1

74LS192 2

74LS90 2

74LS121 1

LM555 1

74LS00 1

74LS32 1

74LS08 1

三极管2N3906 1

蜂鸣器 1

万用板 1

电阻10KΩ13

电阻510Ω 2

电阻100Ω 1

电阻100KΩ 1

电解电容10uF 2

瓷片电容0.1uF 15

发光LED 2