广工数电课程设计(四人抢答器)

目录

一、设计目的 (2)

二、设计任务与要求 (2)

1、设计任务 (2)

2、设计要求 (2)

三、四人智力竞赛抢答器电路原理及设计 (3)

1、设计方案 (3)

2、系统框图 (3)

3、方案比较 (4)

方案1 (4)

方案2: (4)

方案3： (4)

4、单元电路设计及元器件选择 (4)

（1）抢答电路 (4)

（2）定时电路 (7)

（3）报警电路 (9)

（4）时序控制电路 (10)

（5）元器件列表 (12)

5、四路抢答器总电路图 (13)

四、设计过程中的问题和解决办法 (13)

五、设计成品的优点与不足 (14)

六、心得体会 (14)

七、实物图 (15)

1、正面 (15)

2、反面 (16)

四人智力竞赛抢答器

一、设计目的

1.掌握四人智力竞赛抢答器电路的设计、组装与调试方法。

2.熟悉数字集成电路的设计和使用方法。

二、设计任务与要求

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1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1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1H z的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。

三、四人智力竞赛抢答器电路原理及设计

1、设计方案

抢答器具有锁存、定时、显示和报警功能。即当抢答开始后，选手抢答，按动按钮，锁存器锁存相应的选手编码，同时用LED 数码管把选手的编码显示出来，并且暂停抢答时间的倒计时，同时用LED 数码管把选手的所剩抢答时间显示出来。

在选手按键抢答成功后或者抢答时间倒计时为零的时候都有1秒钟的报警以提醒主持人和选手。抢答的有效时间设定9秒，报警响声持续1秒。

接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器显示“0”，定时器显示设定时间“9”；主持人将开关置“开始”状态，宣布“开始”，抢答器工作，定时器倒计时。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成该功能：优先判断、编号锁存、编号显示、倒计时锁定、扬声器提示。倒计时电路的数码管显示剩余时间，另一个数码管显示选手编号。

如果在抢答时间内没有选手抢答，则倒计时电路数码管显示数字“0”，另一数码管也显示“0”，即1至4号选手都没有抢答。同时音响电路给出1秒音响提示。

当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。

2、系统框图

当主持人宣布开始，定时电路开始秒脉冲电路的作用而进行倒记时，并通过译码器在显示器中显示。

当选手首先按某一开关键时，可通过触发锁存电路被触发并锁存，在输出端产生相应的开关电平信息，同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱，最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。然后在译码器中译码，将触发器输出的数据转换为数码管需要的逻辑状态。最后在显示电路中显示出所按键选手的号码。

若有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，结果可能是它们中的任一个产生有效输出。 如图1：

主持人

选手

图1系统框图

3、方案比较

方案1：采用CD4511芯片作为抢答信号的触发、锁存和译码输出，用74ls190完成倒计时电路，用一个555产生时钟信号提供给抢答电路，再接一个分频器，把分频后的时钟信号接给倒计时电路。

分析：用CD4511虽然比较简便，但实际在实现锁存功能时比较繁琐难实现。

方案2:采用4D触发器74ls175和译码器来完成抢答部分.用74ls190完成倒计时电路的功能，用晶振产生脉冲，经分频电路，接到抢答电路和倒计时电路。

分析：74ls190为单时钟计数器，而且没有异步清零端。用晶振产生的脉冲更加精确，但是本设计不需要很精确的时钟秒冲信号，而且用到晶振要经过两次不同的分频，需要额外的两块芯片进行分频，增加成本。

方案3：采用4D触发器74ls175和译码器来完成抢答部分.用74ls192完成倒计时电路的功能，用两个555产生脉冲。

分析：用两个555产生时钟信号，可以单独设置每个时钟的频率，而且可以避免由一个时钟分频到抢答电路和倒计时电路时产生的跳线问题。所用元件也不是很多，而且可以完美实现题目的功能要求。

经过对比3个方案的优缺点，决定采用成本较低、跳线少、功能易实现的方案3。然后利用软件multism来进行仿真调试，再进行逐步改进。

4、单元电路设计及元器件选择

（1）抢答电路

电路如图2所示。

该电路完成两个功能：一、是分辨出选手按键的先后，并锁定。74LS175的四个输出端Q1、Q2、Q3、Q4分别表示选手1、2、3、4的编号，经过74LS32或门后连接到74LS47的A、B、C输入端，完成编码过程，同时译码显示电路74LS47让数码管显示选手编号；二、是要通过先抢答的选手的输出电平信号使其他选手随后的按键操作无效。