四人抢答器 课程设计

目录

第一章绪论

1．1 课题研究背景 (2)

1．2 课题方案讨论 (2)

1．3 课题研究内容 (6)

第二章抢答器的系统概述

2．1 抢答器的主要功能简介 (6)

2．1 抢答器的工作原理简介 (6)

2．3 抢答器的系统需求分析 (7)

2．4 抢答器的工作流程 (7)

第三章选定设计方案的单元电路相关分析

3．1 74LS175集成芯片的电路分析 (9)

3．2 74LS20集成芯片的电路分析 (11)

3．3 74LS00集成芯片的电路分析 (12)

3．4 555集成芯片的电路分析 (13)

3．5 元件清单 (14)

第四章抢答器的电路设计图

4．1 工作原理图 (17)

4．2 面包板接线图 (17)

4．3 电路成品图书馆 (17)

第五章心得体会 (18)

一、绪论

1.课题研究背景

随着我国经济和文化事业的发展，在这个竞争激烈的社会中，知识竞赛、评选优胜，选拔人才之类的活动愈加频繁。在很多竞争场要求有快速公正的竞争裁决，例如：证劵、股票交易及各种智力竞赛等。在现代社会生活中，智力竞赛更是作为一种生动活泼的教育形式和方法能够引起观众极大的兴趣。但是、在竞赛中往往是多个选手一起，分为几个小组参加比赛，针对主持人提出的问题各竞赛小组进行抢答，而抢答环节就要有一种逻辑电路抢答器作为裁判员功能、实现其比赛公平、公正的规则。

智能抢答器是一种应用十分广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它都能客观、迅速地判别出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只是由几个三极管、可控硅、发光管等器件组成的，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数智能抢答器都由单片机或数字集成电路构成的，并且新增了许多功能，如选手号码显示，抢按前或抢按后的计时，选手得分显示等功能。

随着科技的发展，现在的抢答器向着数字化、智能化的方向发展，这就必然提高了智能抢答器的制造成本。鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答器肯定很有市场。

.课题方案讨论

四路数字抢答器电路包括抢答，编码，优先，锁存，数显，复位及报警电路。根据本次设计要求，我们先后设计出七种方案。

方案一：继电器抢答器。继电器实现四人抢答器设计，其电路要求相关方面知识过于简单、方案简而易行，方案电路中存在许多不足，而且成本相对于TTL与COMS相比成本较高，总体体积较大。

方案二：模电抢答器。模电实现四人抢答器设计，成本过高，控制起来与精确度不高，电路存在操作上的弊端。（如图1-1 所示）

图1-1 模拟电路抢答器

方案三：CMOS抢答器。CMOS是金属-氧化物-半导体结构的晶体管简称MOS晶体管，有P型MOS管和N型MOS管之分。由 MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路，而由PMOS管和NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为 CMOS-IC。CMOS电路由于输入太大的电流，

内部的电流急剧增大，除非切断电源，电流一直在增大。这种效应就是锁定效应。当产生锁定效应时，CMOS的内部电流能达到40mA以上，很容易烧毁芯片。

CMOS 器件不用的输入端必须连到高电平或低电平, 这是因为CMOS 是高输入阻抗器件, 理想状态是没有输入电流的. 如果不用的输入引脚悬空, 很容易感应到干扰信号, 影响芯片的逻辑运行, 甚

至静电积累永久性的击穿这个输入端, 造成芯片失效.(如图1-1所示)

图1-1 CMOS 抢答器电路图

方案四：TTL与非门抢答器。TTL电路是晶体管-晶体管逻辑电路的英文缩写（Transister-Transister-Logic ），是数字集成电路的一大门类。它采用双极型工艺制造，、具有高速度低功耗和品种多等特点。TTL电路是电流控制器件，而CMOS电路是电压控制器件。TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。CMOS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。TTL数字电路实现四人抢答器设计针对性强、兼顾实用、可靠性高，经济成本合理；可以发挥个人设计思路、检验我们数字电路所学知识的掌握能力，锻炼、提高我们的设计动手能力，但是相比方案七实现四人抢答器设计在操作、实施、成本方面都略为逊色。

图1-2 TTL 抢答器电路图

方案五：PLC抢答器。PLC可以实现四人抢答器设计，容易操作、稳定性高、编程简单，而且我们也学习过相关方面的PLC知识、但是PLC费用较高。

方案六：单片机抢答。单片机也可以实现四人抢答器设计，但是单片机相关方面知识我们并未学习、编程难度较大，而且单片机费用也较高。

方案七：本次设计选定方案。

综上所述：采用数字电路实现四人抢答器，针对性强、兼顾实用、可靠性高，经济成本合理；可以发挥个人设计思路、检验我们数字电路所学知识的掌握能力，锻炼、提高我们的设计动手能力，故舍去其他方案、选用方案七。

3．课题研究内容

四路智能抢答器是采用了集成芯片来实现功能要求的，在抢答过程中，每个选手都有一个抢答按钮。在主持人按下复位键宣布抢答开始的时候，选手就开始进行抢答，在指定时间内选手进行抢答，数码显示屏上会显示最先抢答选手的编号。如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的编号，扬声器持续发生。主持人可按复位键，新一轮抢答开始。

二、抢答器的系统概述

1．抢答器的主要功能简介

四路智能抢答器的主要功能有如下三点：

1. 可同时供4名选手参加比赛，其相应的编码分别是1、2、3、4各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应。

2.给主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（实现光显清零）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，选手对应二极管点亮，同时扬声器给出音响提示。

2．抢答器的工作原理简介

如图1-4所示为抢答器的结构框图。电路完成了基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封