竞赛抢答器设计报告

一、设计内容：

为了保证抢答竞赛的公正性、准确性、提高竞赛得分的透明性并能产生激烈的竞赛气氛，要求由电子电路实现一个多人参赛,具备限时开始抢答, 限时结束抢答, 抢答结束后有声、光指示并能加/减计分的“竞赛抢答器”。

二、主要要求及指标：

1. 设一个主持人按键, 供主持人宣布抢答开始. 抢答开始后, 四个抢答

按键才有效, 同时启动限时定时器。

2. 设四个抢答按键供四人抢答使用，第一个抢答键按下后要锁住抢答器，

并用声、光指示，要显示是几号按键抢到。后按的抢答键不起作用。

3. 安排倒计数定时器。开始后若预定时间内无人抢答，自动给出信号停止

抢答。倒计数定时器的时间可以随意预置。倒计数计数脉冲要准确。

4．设两个计分按键，加/减由主持人控制。

5．每组安排一个三位加/减可逆计数器实现计分，从预置的１００分开始，答对者加１０分，答错则扣１０分。

三、设计思路及电路工作原理：

设计思路及原理

根据要求可以将电路分为三大部分，控制抢答结果的抢答电路；负责倒计时的倒计时电路；完成分数加减的计分电路。其中抢答电路最为重要，倒计时电路与计分电路都由抢答电路控制，倒计时电路与计分电路有很多相似的地方所用的芯片应该相似，关键在于如何将三个电路联系在一起。

抢答电路要实现的功能是在主持人开关控制下能够让四个选手抢答，并且在第一个人抢答之后其他人不能抢答。这就要求电路能够进行优先编码并且能够锁存优先编码。编码器使用74LS148能够实现四位的抢答，要实现锁存只需要将该芯片的使能端EI变成高电平。能够让主持人控制编码器可以通过基本RS触发器或者与非门实现，但是后者显然逻辑会比较复杂所以放弃。

倒计时电路，可以通过秒脉冲触发计数器的使其实现倒计时，同时要在有选手抢答后停止倒计时，就需要计数器有一个类似使能端的端口。使用74LS192芯片可以将秒脉冲接入DOWN端UP端接高电平能够实现单一的倒计时。需要倒计时停止的时候，可以给CLR端输入高电平，此时计时器清零。同时也可以使用

74LS190实现相同的功能，与前者不同的是190在有人抢答后可以显示剩余时间，而且其接线要比192简单，只需将U/D 端接高电平即可倒计时。需要停止倒计时将CTEN 端接高电平就可以。

计分电路，要实现两个开关控制四个人的分数就必须要有数据分配器，使用74LS138可以将译码器转译出的二进制数分配到各个选手的计分电路中。各个选手的计分电路由74LS190为主要芯片，当数据分配器的信号输出后只有相应的计分电路被导通，在数据分配器的信号输入端输入脉冲信号，给出脉冲后只有相应的选手的分数会变动。

竞赛抢答器的结构框图如下：

四、设计方案的比较选择

抢答电路：

1、用与非门等 逻辑门电路拼凑出所需的逻辑结果。弃用原因：涉及的门电路过多，在实际连接中容易出错。

2、用基本RS 触发器。无需时间脉冲就能触发，容易实现清零与置数功能。弃用原因：实验室没有提供基本RS 触发器。

3、用74LS76 JK 触发器，功能基本能够代替基本RS 触发器。 加减分电路：

1、用JK 触发器实现可逆二进制计数器。弃用原因：需要五位二进制，多位二进制转化为十进制难实现并且使用芯片过多。

2、用74LS192可预置加减法器。弃用原因：要方便的实现加减转换比较主持人控制开关 译码电路 抢答电路 定时电路

选择器 加减分电路 译码显示

困难。

3、用74LS190实现加减法功能。使用原因：能够实现两位十进制加减法，且加减转换方便，可预置分数。

计时电路：

1、用74LS192可预置加减法器。弃用原因，可以实现所需要求，考虑到加减分电路中使用的是74LS190芯片，为简化电路放弃使用。

2、用74LS190芯片。与加减电路中使用相同的芯片，简化连接和准备的过程。

四、单元电路设计：（电路结构的选择及主要特点，工作原理，要完成的任务；画出必要的功能表格、时序图、状态表或要实现的指标、逻辑流程、波形图、时序图或真值表等；画出电路图；元器件的选择、计算、具体参数值、元器件型号；逻辑推理过程、状态转换表、卡诺图；关键元件的资料说明）。

1、抢答电路：

抢答电路要实现当主持人开关在“清零”端时，任何选手抢答均无效。当主持人开关“开始”时，触发倒计时电路开始计时，并且允许抢答。当有选手抢答时显示管显示抢答者编号，反馈至倒计时电路使其停止计时，并且其它选手抢答无效。

对于74LS148芯片，其真值表及管脚图如图

Inputs | Outputs

EI | 0 1 2 3 4 5 6 7 | A2 A1 A0 | GS EO

---|-----------------|----------|-------

1 | X X X X X X X X | 1 1 1 | 1 1

0 | 1 1 1 1 1 1 1 1 | 1 1 1 | 1 0

0 | X X X X X X X 0 | 0 0 0 | 0 1

0 | X X X X X X 0 1 | 0 0 1 | 0 1

0 | X X X X X 0 1 1 | 0 1 0 | 0 1

0 | X X X X 0 1 1 1 | 0 1 1 | 0 1

0 | X X X 0 1 1 1 1 | 1 0 0 | 0 1

0 | X X 0 1 1 1 1 1 | 1 0 1 | 0 1

0 | X 0 1 1 1 1 1 1 | 1 1 0 | 0 1

0 | 0 1 1 1 1 1 1 1 | 1 1 1 | 0 1

输入端1、2、3、4分别代表四位选手的抢答按钮，输入为低电平时为抢答状态，高电平为非作答状态。

EI为输入使能端，当EI=0时芯片处于工作状态，EI=1时输入无效。

当无输入即无人抢答时GS=1，一旦有人抢答，GS输出变为0。

对于74LS76芯片，其真值表及管脚图如图

___ ___ _

PRE CLR CLK J K | Q Q

----------------------------

0 1 X X X | 1 0

1 0 X X X | 0 1

0 0 X X X | 1 1

1 1 P 0 0 | Hold

1 1 P 1 0 | 1 0

1 1 P 0 1 | 0 1

1 1 P 1 1 | Toggle

抢答电路图如下：