电子电路课程设计报告(竞赛抢答器)

电子电路课程设计报告
(软件设计部分)
课题名称竞赛抢答器
课题编号设计题 10
学院（系）
专业
学生姓名学号
指导老师
年月日
一、设计目标
在知识竞赛、文体娱乐活动（抢答赛活动）中，抢答器能准确、公正、直观地判断出抢答者的座位号。

1.结合实际需要设计一个四个选手参赛的抢答器，主持人宣布开始抢答时，10秒倒计时电路启动，如有选手抢答，倒计时停止，阻止其他选手抢答。

2.准确分辨、记录第一个有效按下抢答键者，并用显示器和扬声器进行指示。

3.结合实际需要完善以上功能。

二、设计方案
主要设计方案由多路开关经过锁存器控制，以及计数器构成的倒计时电路，再经过编码器、译码器和显示电路、音频电路，实现抢答器功能。

其原理框图如下：
多路开关按下之后，锁存器能记下第一个按下开关的数字，此时其他开关按下无效。

当按下重置按钮后倒计时重新开始，开始另一轮抢答。

计数器在时钟脉冲的作用下，具有倒计时功能。

编码器、译码器、显示电路把锁存器输出的状态和倒计时剩余的时间显示到7段数码管上，在显示抢答成功的选手的同时蜂鸣器开始报警，这位选手对应的LED灯也亮。

按下重置按钮后，LED灯熄灭，蜂鸣器停止报警。

三、仿真电路
1.抢答部分的实现
电路的主要器件是74LS175型四上升沿D 触发器，其引脚排列及真值表如图所示。

它的清零端D R 和时钟脉冲CP 是四个D 触发器共用的。

抢答前，1Q ~4Q 均为低，相应的LED 都不亮，1Q ~4Q 均为高。

与非门U5A 输出为低，蜂鸣器不响。

同时U9B 输出为高，将U9A 开通，时钟脉冲可以经过U9A 进入D 触发器的CP 端。

此时由于各开关均未按下，1D ~4D 均为低，所以触发器状态不变。

抢答开始后，若5S 先按下，1D 和1Q 均变成高，相应的LED1亮。

1Q 变成低，与非门U5A 输出为高，扬声器响。

同时U9B 输出为低，将U9A 关断，时钟脉冲不能经过U9A 进入D 触发器的CP 端，其他按钮也就没有作用了。

此时按下清零按钮，清零，LED 灭，准备下一轮抢答。

2.显示抢到选手的编号的实现
电路的主要器件是74LS148型8线-3线优先编码器，其引脚排列及真值表如图所示。

抢答前无人按下按钮，D 触发器74LS175的输出1Q ~4Q 均为高，1Q ~4Q 均为低。

或门U10A 、U16A 、U12A 一起组成四输入或门，此时U12A 输出端为低，经过与门U13A 输出为低，编码器输出000，经过译码器后数码管显示数字“0”。

抢答开始后，若5S 先按下，1D 和1Q 均变成高，1Q 变成低，四输入或门输出高，经过与门U13A 输出也是高。

此时编码器输出001，经过译码器后数码管显
示数字“1”。

此时按下清零按钮，清零，数码管显示“0”，准备下一轮抢答。

3.倒计时部分的实现
电路的主要器件是74LS192型同步十进制可逆计数器，其引脚排列及真值表如图所示。

两片74LS192共同组成了百进制减法计数器，初始时它们的输出都为0000，数码管显示“00”。

十位的借位输出端输出为低，将与门U18A关闭，时钟脉冲
不能经过U18A 进入个位的-CP 输入，计时器不工作。

当按下复位按钮时，两片74LS192同时开始工作。

此时他们的输出为1000和0000，数码管显示“10”。

十位的借位输出端输出为高，将与门U18A 打开，时钟脉冲可以经过U18A 进入个位的-CP 输入，个位每经过1s 显示秒数减少1。

当个位的借位输出端输出为高，十位的-CP 输入进入一个脉冲，此时十位显示减少1，两片数码管共同组成了10秒的倒计时器。

4.当有人按下抢答按钮时，实现倒计时的停止
这一部分电路主要用到了四输入或门，由于没有现成的四输入或门符号，因此用3片两输入或门组合而成。

没有人按下抢答按钮时，74LS175的输出端1Q ~4Q 均为低，或门输出为低，与门U13A 输出为低，使数码管显示数字“0”。

若1号选手按下抢答按钮，74LS175的输出端1Q ~4Q 为1000，或门输出为高，与门U13A 输出为高，使数码管显示数字“1”。

此时非门U17A 输出为低，将U18A 关闭，时钟脉冲不能经过U18A 进入个位的-CP 输入，计时器停止计时。

完整的仿真电路图在最后一页。

四、存在问题及改进方法
问题：抢答倒计时10秒不能修改。

改进方法：改变74LS192型计数器输入端ABCD 的接法如图。

接入端使用两组拨码开关，当这两组开关拨到图示位置时，表示十位和个位输入ABCD分别是0100和0000，对应十进制数“20”，此时倒计时器将会从20s开始倒数，直到“00”停止运行。

五、参考资料及网站
[1] 秦曽煌《电工学·电子技术（第七版）》高等教育出版社
[2] 何国栋《Multisim基础与应用》中国水利水电出版社
[3] 任为民《数字电子电路学习和实验指导》广播电视大学出版社
[4] 黎小桃,余秋香《数字电子电路分析与应用》北京理工大学出版社
[5] 74ls175引脚图与管脚功能表及抢答器电路原理图
/chip/349.html
[6] 四D触发器74LS175集成块
/embed/embed_77551.html
[7] 十进制可逆计数器74LS192引脚图管脚及功能表
/yuanqijian/jiekou/200711225976.html
[8] 74LS148 - 10-LINE TO 4-LINE AND 8-LINE TO 3-LINE
/TI/74LS148.html。