四人智力竞赛抢答器课程设计

课程设计

课程名称_数字电子技术课程设计

题目名称四人智力竞赛抢答器

学生学院

专业班级

学号

学生__ _________

指导教师

四人智力竞赛抢答器课程设计报告

一、设计题目

题目：四人智力竞赛抢答器

二、设计任务和要求

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）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、原理电路和程序设计

1．数字抢答器总体方框图

如下图所示为总体方框图。电路主要由脉冲产生电路、锁存电路、编码及显示电路、倒计时电路和音响产生电路组成。当有选手抢答时，优先判断，编号锁存，阻止其他选手抢答，然后编码，再将数字显示在显示器上同时产生音响。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，而当主持人将开关置“开始”状态，即当主持人宣布开始抢答时，倒计时电路启动由9计到0，选手在定时时间抢答，如有选手抢答，倒计时停止。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示零。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。

主持人

2．方案选择

方案一：电路大致可以由四个功能模块组成：以锁存器为中心的编码显示

电路部分，脉冲产生电路部分，倒计时显示电路部分，音响电路部分。在锁存器为中心的编码显示电路部分中，由锁存器74LS373，编码器74LS148，显示器和门电路组成。使用74LS373作为锁存电路，当有人抢答时，利用锁存器的输出信号号将时钟脉冲置零，74LS373立即被锁存，同时蜂鸣器鸣叫1s，这时抢答无效，使用74LS148作为编码器，对输入的型号进行编码，输出4位的BCD码，再将这四位的BCD码输入数码管里显示出抢答者的编号；在脉冲产生电路部分中，用555定时器予以实现，通过调节电阻的阻值最后得到符合要求的脉冲，因为可以通过改变电阻电容微调频率，取代了用分频器对高频信号进行分频，从而使电路简单了；在倒计时显示电路部分中，由计数器74LS190，显示器组成。利用74LS190计数器作为倒计时的芯片，当主持人按下抢答按钮时，74LS190被置九，同时将显示上次抢到题目的选手编号的数码管清零，并开始倒计时，，并通过74LS148编码器将即时时间进行编码，并送到数码管，显示此时的时间。假如在9秒有人抢答，则计数器停止倒计时，将锁存器锁存，禁止选手抢答，蜂鸣器鸣叫一秒，停止倒计时。在音响电路部分中，由555定时器和电阻电容接合成多谐振荡器，产生所需要的脉冲，然后接入蜂鸣器构成。

方案二：电路大致可以由四个功能模块组成：以锁存器为中心的编码显示

电路部分，脉冲产生电路部分，倒计时显示电路部分，音响电路部分。在锁存器为中心的编码显示电路部分中，由锁存器74LS373，编码器74LS148，显示器和门电路组成。使用74LS373作为锁存电路，当有人抢答时，利用锁存器的输出信号号将时钟脉冲置零，74LS373立即被锁存，同时蜂鸣器鸣叫1s，这时抢答无效，使用74LS148作为编码器，对输入的型号进行编码，输出4位的BCD码，再将这四位的BCD码输入数码管里显示出抢答者的编号；在脉冲产生电路部分中，用石英晶体振荡器予以实现，由于石英晶体的稳定性和精确性比较高，所以用其产生的脉冲信号更加稳定，同时在显示更能接近预定的值，受外界环境的干扰较少；在倒计时显示电路部分中，由计数器74LS190，显示器组成。利用74LS190计数器作为倒计时的芯片，当主持人按下抢答按钮时，74LS190被置九，同时将显示上次抢到题目的选手编号的数码管清零，并开始倒计时，，并通过74LS148编码器将即时时间进行编码，并送到数码管，显示此时的时间。假如在9秒有人抢答，则计数器停止倒计时，将锁存器锁存，禁止选手抢答，蜂鸣器鸣叫一秒，停止倒计时。在音响电路部分中，由555定时器和电阻电容接合成多谐振荡器，产生所需要的脉冲，然后接入蜂鸣器构成。

选择结果：方案一。原因：虽然用555定时器构成的多谐振荡器的稳

定性和精确性没有石英晶体振荡器高，但由于前者设计方便，操作简单，成为了设计时的首选。

3．单元电路设计

1）以锁存器为中心的编码显示电路

该单元电路可以分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时显示器显示相应的编号，并且可以禁止其他选手抢答。电路原理：首先使锁存器74LS373的三态允许控制端OC为低电平, 即使其处于正常逻辑状态；当锁存允许端ENG为高电平时，Q随数据D而变，当ENG为低电平时Q被锁存在已建立的数据电平。当单刀双置开关置于“开始”端时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（假如四号手），即把单刀双置开关置于“清除”端时，触发器74LS373的数据输入端4D输入低电平，相应地，触发器的数据输出端4Q置０。锁存器锁存四号选手的输入的信号，并且阻止其他选手信号的输入。同时使８线－３线优先编码器74LS148的EI处于低电平，使之处于工作状态。低电平信号经由编码器74LS148编码成相对应的二制数，然后在显示器显示“4”，该抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。当74LS148的输入端EI =1时，使74LS148处于禁止状态，确保不会出现二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将开关重新置“清除”端后方可进行下一轮抢答。

锁存器74LS373的真值表如下：

L--低电平；H--高电平；X--不定态；Q0--建立稳态前Q的电平；

OE--使能端，接地。

当G=“1”时，74LS373输出端1Q-8Q与输入端1D-8D相同；

当G为下降沿时，将输入数据锁存。

８线－３线优先编码器74LS148的真值表如下：