四人智力竞赛抢答器

课题名称：四人智力竞赛抢答器学院：城市轨道交通学院班级：

姓名：

学号：

日期：2013.4.24~2013.5.15

四人智力竞赛抢答器

一设计题目

四人智力竞赛抢答器

二设计任务和要求

1、设计任务

设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。用数字显示抢答倒计时间，由“9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器连续响1秒。选手抢答时，数码显示选手组号，同时蜂鸣器响1秒，倒计时停止。

2、设计要求

(1) 4名选手编号为：1，2，3，4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。

(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。

(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。

(4) 抢答器具有定时（9秒）抢答的功能。当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响，音响持续1秒。参赛选手在设定时间（9秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，音响持续2秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。

(5) 如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器报警（音响持续2秒），并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。

(6)可用石英晶体振荡器或者555定时器产生频率为1Hz的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。

三选用器材

直流稳压电源

1.小规模集成电路

2.数码管

3.阻、容元件

4.蜂鸣器、微动开关

四电路原理

1、方案

电路主要由脉冲产生电路、锁存电路、编码及译码显示电路、倒计时电路和音响产生电路组成。当有选手抢答时，首先锁存，阻止其他选手抢答，然后编码，再经7段译码器将数字显示在数码管上同时驱动蜂鸣器。主持人宣布开始抢答时，倒计时电路启动由9计到0，如有选手抢答，倒计时停止。

电路系统结构如图1所示：

图1-1 倒计时模块

图1-2 抢答模块

2、整体电路（如图2所示）

图2 整体电路图

3、单元电路设计

1）以锁存器为中心的编码显示电路

抢答信号的判断和锁存可采用触发器或锁存器。若以四D触发器74LS175为中心构成编码锁存系统，编码的作用是把锁存器的输出转化成8421BCD码，进而送给7段显示译码器。

图3-1 选手抢答显示模块

编码显示电路工作原理：

四D触发器74LS175的输出Q非控制显示模块显示组号。当无人抢答时，4个D 触发器的输出Q非相与，为“1”时，脉冲能够进入触发器，有一人抢答时，与门中有一个变为“0”，使脉冲不能进入触发器，从而防止其他人抢答。并停止计时。将与非后的信号用于控制声音模块报警。

当主持人按下键J5时，74LS175的CLR端输入由高电平瞬间变为低电平再回到高电平，如图3-2。开始倒计时。在倒计时过程中，只要有一位选手抢答，该选手所对应的输入端，例如1号选手抢答，则按下J1键，D1端输入由低电平瞬间变为高电平再回到低电平，当J1被按下去后，Q1为高电平，~Q1为低电平，输出经过四输入的与非门，非门和与门后，CLK变为低电平，没有脉冲，其他选手无法进行抢答。选手抢答时对应的波形如图3-3所示。

图3-2 主持人按键对应的CLR波形图3-3 选手抢答时对应的D i波形

抢答电路测试结果，如图3-4~3-7所示：

图3-4 图3-5

图3-6 图3-7 2）脉冲产生电路

图4-1 脉冲产生电路（10HZ和1HZ）

脉冲产生电路工作原理：

该模块为由555定时器构成的多谐振荡器，并以74LS160做10分频,产生10Hz 和1Hz的脉冲信号。

555定时器：555定时器产生的方波的频率f=，占空比q=,电路中采用的R6和R7均为10K的电位器，结合调节两者，可以得到频率近似为10HZ的，占空比近似为50%的方波，实验结果f=10.02HZ（如图4-2所示）

10分频器：74LS160是同步十进制加法计数器，可以用来10分频。

其分频结果如图4-3所示：

图4-2 555定时器产生的10HZ方波图4-3 10分频后的1HZ方波

3）倒计时显示电路

该电路可采用十进制同步减计数器74LS190，主持人宣布开始时，按下按钮，同时使计数器置数为“9”，并在脉冲作用下开始倒计时并在显示器上显示，到零时停止。

图5 倒计时显示电路

倒计时显示电路工作原理：

如图5所示，由74LS190十进制计数器计数，其输出端驱动BCD数码器。160的进位输出反相信号进位信号和抢答信号控制1HzCP信号的输入，即计数到0时不会倒回9再计时，也控制计数到时抢答模块不许再抢答同时声音模块块报警。190的MR接收抢答模块的信号，当抢答模块复位时190也复位。

实验所测结果如图6-1~6-10所示:

图6-1 倒计时开始图6-2 倒计时显示8s

图6-3 倒计时显示7s 图6-4 倒计时显示6s

图6-5 倒计时显示5s 图6-6 倒计时显示4s

图6-7 倒计时显示3s 图6-8 倒计时显示2s

图6-9 倒计时显示1s 图6-10 倒计时结束

4）蜂鸣器电路

由主持人、选手、倒计时共同控制它的输入，使其在主持人开始、选手抢答、倒计时到零时都能鸣叫。

（

五、电路安装调试

1、先将抢答模块接好先，这时的脉冲信号可以先接到实验装置上的10Hz信号，接好线，测试可否正常抢答，1-4抢答开关断开时对应的LED是否显示正常，抢答后其他人能否抢答和复位是否正常。

2、接上显示模块，测试可否显示对应组号，未抢答时和复位有无显示。

3、接好脉冲信号模块，代替接到实验装置上的信号，测试是否有产生脉冲信号，是否可以使抢答模块正常工作。

4、接上倒计时模块，将控制信号线连接好，测试能否计时，计时到时是否不会继续计时。

5、抢答模块是否还能抢答，抢答后是否还计时及复位后计时是否重新计时。

6、接上声音模块，测试抢答后及计时到时后是否有报警声。

7、对整个电路的功能测试一遍。

六总结

在这次四人智力竞赛抢答器的实验中，从对电路方案的设计与琢磨到电路的焊接调试，直至最后的成功，其中付出的汗水也是很多。总结下来，有一下几点需要注意:

(1)由于本电路和时间有关，时钟千万不能有问题，实验要求555定时器产生的频率不能过高，否则会倒是数码管显示过快。

(2)电路板的焊接很重要，焊接时一定要谨慎，不得虚焊，更不能将毗邻但电路中不相连的两点焊接得相连。

(3)电路元件的排布和线路的连接很重要，不仅要美观，更要利于电路的焊接与最后的调试。

此外,在这次由小组成员共同完成的实验过程中,我们进一步加深和巩固了对理论知识的理解，熟练了对Multisim等一系列仿真软件的操作，更锻炼和提高了我们的动手能力。在实际的调试中，我们遇到了许多困难，通查阅资料与反复琢磨都无法解决的时候，竟在组长参加各种电子竞赛经验的帮助下得以解决，这使得我们不仅在学术上得到了提高，更让我们看到了多动手实践的重要性，以后我们要更多地进行此类课题的实践，以提高自我。

七参考文献

[1] 阎石.数字电子技术基础（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.5

[2] 张明照等.应用MATLAB实现信号分析和处理.北京：科学出版社，2006.