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课程设计题目： 多路智力竞赛抢答器的设计

设计目的: 随着各种智力竞赛越来越多，在答题的过程中一般要分为必答和

抢答两种。必答有时间的限制，到时间要警告。而抢答则要求参赛者做好充分的准备，等主持人说完题目，参赛者开始抢答，谁先按钮，就由这个参赛者答题，但是很难确认谁先按的，因此使用抢答器来完成这一功能是很有必要的。

本设计是一个可供八个人抢答的多路抢答器。可以显示优先抢者的序号，幷同时有音响提示。幷具有倒计时功能。当锁定时间到了的时候会有音响提示。当一次抢答完毕，可由主持人按复位键重新开始下一次抢答。

设计要求:掌握抢答器的工作原理及其设计方法。

1.基本功能

（1）设计一个智力竞赛抢答器，可同时供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，按钮的编号和选手的编号相对应，分别是S 0-S 7。

（2）给节目主持人设计一个开关，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的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED 数码管行显示出选手的编号，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致保持到主持人将系统清零为止。

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（如30S ）。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间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）如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。

设计原理及其框图：

数字抢答器工作原理为：主持人将开关置“开始”状态，抢答器工作，定时器开始倒计时，并且报警器工作（时间为一秒）。若选手在定时时间内抢答，则通过优先编码器（74ls148）记录下选手的编号并送入锁存器（74ls279）锁存记录，然后通过译码器（74ls48）进行译码，驱动八段数码显示器工作，显示选手编号，计时器显示剩余时间。与此同时时通过锁存器的输出信号让计优先编码器停止工作保证其他选手再进行选择无效；如果在定时时间内没有选手抢答则通过计时端

的译码器的借位输出端的输出信号来控制优先编码器，使其停止工作。当一轮抢

答之后，主持人将开关放到“清除”挡，使得编码器（74ls48）停止工作，显示选手编号的显示器也停止工作。同时连接一个异步清零端用来清除计时器显示的时间使之为00，555计时器由于RST端为低电平也停止工作，导致报警器和计时

电路也停止工作。

总体框图如下：

各部分电路的分析：

1.抢答电路

此部分电路主要的功能是：（1）.实现8路选手抢答并锁存优先抢答的选手的编号，同时通过数码显示选手的编号（2）.在有选手抢答或者是规定时间内没有抢答选手情况下使选手的抢答无效。

主要使用的芯片是优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS279 还有七段数码显示器。该电路的工作过程是：开关S 置于"清除"端时，RS 触发器的 R端均为0，4 个触发器输出置0，使74LS148 的优先编码始能端EI＝ 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，如果有选手将抢答按键按下时（如按下S5），经过优先编码器（74LS148 ）编码记录下选手编号然后送入锁存器（74ls279）锁存，此时GS=1，使得74ls279的第四套S端有效，输出为1，所以BI/RBO =1, 译码器74LS48 处于工作状态，最后通过七段数码显示器显示选手编号（经译码显示为“5”）。此外，优先编码器（74ls148）的EI＝1使其停止工作，其他选手再进行抢答无效。显示器显示的为抢答成功的选

手的编号，保证了抢答者的优先性。若在规定时间内没有选手进行抢答则计数部

分高位片产生借位信号，借位信号使得优先编码器（74ls148）的始能端EI=1，时期停止工作，即使有选手按键也为无效，保证了选手只能在规定的时间内进行抢答。第一轮抢答结束后，主持人将开关置“清零”端，使得锁存器R端均为零，则第四套锁存器输出为0，使得BI/RBO=0，译码器（74ls48）不工作，显示器熄

灭，最后进行下一轮的抢答。

抢答电路图如下：

2.倒计时电路

该部分电路主要实现倒计时的功能，并能够在选手抢答之后停止倒计时，在规定时间内无人抢答后保持00状态。

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、74LS48D 译码电路和 2 个 7 段数码管即相关电路组成。其工作过程是：当主持人按下开始抢答按钮后，开始工作，并置入预置的时间，即进行30s 倒计时。当有人抢答或者是30秒倒计时完成时，计时停止。两块74LS192 实现减法计数，通过译码电74LS48D 显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74LS192 的预置数控制端实现预置数30s，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。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。

倒计时电路图:

74LS11D 秒脉冲产生电路设计

为了准确地计时，设计中不能缺少秒脉冲产生电路，即能产生周期为一秒的脉冲的电路,用555设计的秒脉冲产生电路。

因为周期为一秒，所以频率是1赫兹。图中电容的充放电时间分别是：

t1=R2×C1×ln2≈0.7R2×C.t2=(R1+R2)×C ×ln2≈0.7(R1+R2)C. 所以555的3端输出的频率为：

f=1/(t1+t2)≈1.43/[(2R1+R2)C]

我们采用的电阻和电容值分别是:

R1=15K Ω，R2=64K Ω，C1=10uf,满足上式，即得到的是秒脉冲 3.报警电路

此部分电路主要功能是实现报警功能，当主持人按下开始键或者有选手抢答或者在规定的时间内无人抢答，则信号灯亮以示警报。

这部分通过控制555多谐振荡器的工作与否得到输出信号的电平高低来控制信

号灯的亮灭。首先，当主持人按下开关后74ls00D 输出为高电平，振荡器工作，三极管导通，信号灯亮；同时利用两片74ls160芯片构成计数器，当计数满三十秒后使得三极管导通，即三十秒内没有选手抢答信号灯亮；当有选手抢答时，三极管导通，信号灯亮。 电路图如下：

图 附2-6 共阴数码管引图 附2-7 555定时器引脚图

总体电路设计

抢答器的使用原理。

首先是各个选手分别对应的按钮编号是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7，抢答后显示器上显示的分别是0、1、2、3、4、5、6、7。

然后是主持人对整个电路系统清零，将开关置于“清零”的位置，输出低电平，分为两路：一路与74LS279的R端相连,抢答部分显示器灭灯无显示，实现了清零；另一路低电平输出到计数器74LS192的LD端，而CR端也是低电平，所以使得对应显示器输出预置的数据。

接下来主持人根据题目的难易程度设置抢答时间，此设定可以通过调节输入两片74LS192的四个输入端D、C、B、A的高低电平来进行（例如要设定时间为30秒,就将十位的74192的D、C、B、A分别置位为0、0、1、1，而将各位的74LS192的D、C、B、A都置于0）。当主持人宣读完题目说“开始”并将开关置于“开始”位置后，输出为高电平，此高电平有两路方向：一路输出到74LS192的LD端，使其处于高电平而开始减计数；一路输出到74LS192的R端。

当任意一个选手抢答时，例如7号抢答时，八位优先编码器74LS148编码输出的A2～A0成为与输入信号相对应的三位二进制码000，作用于RS触发器