电子技术课程设计 8路智力竞赛抢答器

1.基本设计原理

8路智力竞赛抢答器，当有人按下按钮后，代表他这一组的发光二极管就亮了，同时，别组成员按下按钮时，则不会使自己这一组的灯亮。要想实现这个目的，我们可以用锁存器或者触发器来实现，因为它们都能存储一位二进制数字。主持人有一个开始键，当这个键按下时，才会使抢答器正常工作；当这个键弹起时，无论8个选手如何按按钮，他们各自所对的发光二极管都不会亮。这个开关我们可以用芯片上的清零端或者使能端来实现。当然，既然是抢答器，就会有时间限制，我们需要一个倒计时器，并且需要将时间显示，我们可以用相关的芯片实现这一功能，具体设计在下面的设计中会有详细的叙述。每次抢答完后，主持人都会将时间重新置数，这一功能也可以通过芯片上的相应端口来实现。

2.总体设计框图

下图为总体设计框图。

图1. 总体设计框图

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，

当选手按动抢答键时，能使代表该选手的发光二极管发光，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以及将时间显示出来。

3.具体设计

智力抢答器包括抢答电路，发光二极管显示电路，主持人控制开关电路，控制电路，秒脉冲产生电路，定时、译码、显示电路。下面对各部分进行详细叙述。

3.1抢答电路

抢答电路包括集成D触发器74LS374和8个开关。我们先对74LS374芯片进行简要介绍。下图是它的管脚图和真值表。

图2 74LS374管脚图图3. 74LS374功能表374为具有三态输出的八D 边沿触发器，且是上跳沿触发的。当一个脉冲的上升沿到来时，输出Q端的值为相应D端的值。OC端为使能端，低电平有效，当OC接高电平时，处于高阻状态，OC端接低电平时，芯片能够正常工作。8个D端接8个开关，开关另一端接高电平。CLK端接脉冲信号。下图即是抢答电路电路图。

图4 抢答电路电路图

3.2 发光二极管显示电路

发光二极管显示电路是由8个发光二极管组成，由于在仿真时要观察灯的亮与熄灭，所以用灯来代替一下。8个灯的一端分别接在74LS374的8个Q端，另一端分别接地。当Q端输出为高电平时，灯就会被点亮，否则就会熄灭。下图即为发光二极管显示电路。

图5 发光二极管显示电路

3.3 主持人控制开关电路

主持人控制开关有很多作用，当这个开关弹起时，74LS374将不工作，并且可以控制译码显示电路的清零和置数功能。我们先来介绍一下计数器74LS192的功能。下图为74LS192的管脚图和功能表。

图6 74LS192的管脚图

图7 74LS192的功能表

从以上两个图可知，CR端为清零端，当CR端为高电平时，输出为低电平；CR端为低电平时，芯片可以进行别的功能。在CR端为低电平的情况下，LD端为低电平时，输出为4个D端上的值，这就是我们所说的置数功能。在CR为低电平，LD为高电平的情况下，CPU接脉冲信号，CPD接高电平，此时芯片处于加计数状态；CPU接高电平，CPD 接脉冲信号，此时芯片处于减计数状态；CPU和CPD均接高电平，芯片处于保持的状态。基于对74LS192的了解，我们可以将清零端和置数端作为主持人控制开关电路的一部分。我们将CR端和LD端分别接两个单刀双掷开关，开关一端接高电平，一端接低电平。下图即为主持人控制开关电路。

a

b

图8 主持人控制开关电路

3.4 控制电路和秒脉冲产生电路

控制电路是由8个或门组成的。74LS374的8个输出端分别接在4个两输入或门的输入端上，每两组的输出有分别接在另一个或门的输出端，最后输出端和脉冲信号接在一个或门的输入端，输出端接在74LS374的脉冲输入端和74LS192的CPD端。当有一人按下了抢答开关后，所对应的Q端输出为高电平，经过几个或门后，最后输入74LS374和74LS192的脉冲输入端的信号固定为高电平，则我们将脉冲信号锁住了，无论别的抢答开关按下与否，都不会影响结果。这就起到了控制电路的作用。

秒脉冲信号产生电路可以通过555定时器得以实现，但在此次设计中，我们为了简便，直接用方波电源来实现，将其周期改为1秒即可。下图为控制电路和秒脉冲产生电路电路图。

图9 控制电路和秒脉冲产生电路电路图

3.5 定时、译码、显示电路

定时、译码、显示电路是由74LS48译码器，74LS192计数器和七段数码管构成的。在仿真时我们用的是将译码器和七段数码管集成之后的一个数码管，这样可以使我们在仿真时稍微简单一些。我们将74LS192的四个输入端DCBA端分别接上高电平，低电平，低电平，高电平，则通过译码器在七段数码管上显示9，然后通过减计数，依次减一，当抢答按钮按下时，控制电路将会锁住脉冲信号，因此数码管应该显示当前数字不变。直至下一次抢答时，主持人通过置数重新将其置为9。下图为定时、译码、显示电路。

图10 定时、译码、显示电路电路图3.6 全图

下图为多路智力竞赛抢答器的完整电路图。

图11 多路智力竞赛抢答器全图

4.仿真

本次设计我们用EWB软件进行仿真。

当主持人开关电路的按钮弹起时，即使别的抢答按钮按下时，发光二极管也不会亮。下图是这种情况的仿真结果。

图12 仿真情况1

由上图可知，J15弹起时，虽然J1，J13，J14闭合，但是发光二极管任然是熄灭的，这也证明了上文的结论。

当主持人控制开关闭合时，如果有一组已经先将抢答开关按下后，其余的组再将抢答开关按下时，他们所对应的发光二极管也不会亮。

图13 仿真情况2

在J2先按下的情况下，虽然后面的J1，J10，J12，J13也按下了，但是也只有由J2控制的灯X2亮，而别的灯都没有亮。这也就证明前文结论的正确。

当开始正常抢答后，计数器开始倒计时，当有人抢答后，数码管上应该显示当前的数字不变，直到主持人在下一个问题时将其重新置数。

图14. 仿真情况3

J12按下了，他所对应的灯X6也亮了，而此时数码管显示为5，并且不再变化了，这也证明了前文结论的正确。