智能抢答器设计与制作

：题目：智能抢答器设计与制作

目录

第1章课程设计目的 (1)

抢答器的特点及应用 (1)

设计任务 (1)

1.2.1 设计任务及目标 (1)

1.2.2 主要参考器件 (2)

第2章系统设计原理和方案分析 (3)

电路组成原理 (3)

设计思路 (3)

设计方案 (4)

第3章硬件电路设计和仿真 (5)

倒计时模块 (5)

3.1.1 计时器的基本原理 (5)

74LS192减法计数器 (6)

3.1.3 秒脉冲发生器 (8)

抢答器模块 (8)

74LS148优先编码器 (8)

3.2.2 锁存器的工作原理 (8)

3.2.3 数码管驱动及显示电路 (10)

总电路图仿真 (11)

第4章硬件调试过程及解决方法 (12)

第5章总结 (13)

资料来源 (13)

第1章课程设计目的

抢答器的特点及应用

当今的社会竞争日益激烈，选拔人才，评选优胜，知识竞赛之类的活动愈加频繁，那么也就必然离不开抢答器。而现在的抢答器有着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。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必将大有市场。本抢答器与其他抢答器电路相比较有分辨时间极短、结构清晰，成本低、制作方便等优点，并且还有防作弊功能。

因此，我们制作了这款简易四路抢答器屏弃了成本高，体积大，而且操作复杂。我们采用了数字显示器直接指示，自动锁存显示结果，因而本抢答器具有显示直观，不需要人干预的特点。而且在显示时抢答器会发出叮咚声使效果更为生动。工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛, 抢答记分器是必要设备。本次设计主要利用常见的74LS系列集成电路芯片和555芯片，并通过划分功能模块进行各个部分的设计，最后完成了八路智力竞赛抢答器的设计。

设计任务

1.2.1 设计任务及目标

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。由主持人控制，抢答前锁定抢答器，抢答时开启电路；用发光二极管LED显示哪个选手抢到。

2、设计目标

(1)4名选手编号为：4，5，6，7。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4，5，6，7。

(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。参赛选手在设定时间（9秒）内抢答有效，抢答成功，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，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)用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。

第2章系统设计原理和方案分析

电路组成原理

基于这个设计的上述要求，根据功能要求，须设计有抢答电路、译码显示电路、主持人控制电路、定时电路，各个电路都有其自己的功能。通过复位按键S，电路进入就绪状态，等待抢答。

首先由主持人发布抢答命令（按下S按键）同时发光二极管随即变亮，当看到二极管亮，进入倒计时状态和抢答状态。在电路中“S4-S7”为4路抢答器的4个按键，如果有人按下按键，程序就会判断是谁先按下的，然后从P2口输出抢答者号码的七段码值，经GAL16V8驱动，送到码管显示，并封锁键盘，保持刚才按键按下时刻的时间，禁止其他人按键的输入，从而实现了抢答的功能。如果在设定的时间中没有一个人按下按键，一到时

间，不可以抢答。当要进行下一次的抢答时，由主持人先按一下复位按键S，电路复位，进入下一次抢答的就绪状态。

设计思路

1.电路设计

电路由选手开关电路、主持人开关电路、触发锁存电路、时间脉冲电路、抢答鉴别电路和显示电路组成。

图1 设计思路图

2.单元电路分析

（1）选手开关

此电路由4个开关组成，四位抢答者通过开断各自的开关开关实现抢答，给编码器输入高低电平，其中低电平为有效抢答信号。

（2）主持人开关

此电路由1个开关和一个1kΩ的电阻组成，主持人通过开断开关控制整个电路开合。

（3）触发锁存电路

此电路由4D触发器74LS175组成。它具有以下功能：1.清零功能(用集成触发器清除端实现，由主持人输入手动负脉冲控制)。2.四个抢答键控制功能(有按键实现)。

3．显示功能(用数字逻辑实验箱中的发光二极管实现。

4.脉冲信号控制功能(由主持人输入手动正脉冲控制)。

设计方案

本设计分成抢答器和倒计时两个部分。抢答器具有锁存、定时和显示功能。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，同时用数码管显示器把选手的编码显示出来，并且开始抢答时间的倒计时，同时用数码管把选手的所剩抢答时间显示出来。抢答时间设定9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，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；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：优先判断、编号锁存、编号显示。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。

第3章硬件电路设计和仿真

倒计时模块

3.1.1 计时器的基本原理

该计时器主要是由三个部分组成，一个是555定时器用来提供脉冲，一个是由3个JK 触发器构成的减法计数器，最后一个组成部分是由译码器和数码管连接成的，用于显示时间。

74LS48的7，6，2，3引脚接受来自74LS192的输出信号并把它译码显示在数码管上。74LS192的9，10，11，15引脚完成时间设定功能，本设计要求定时9秒，所以把左边的芯片的1，15引脚接高电位，期于的全接低位，使的初始时间设定为9秒。555芯片完成产生秒脉冲的功能。工作过程为：抢答开始前，74LS192的置数端为低电位，处于初始状态，数码管显示为9，5引脚接高电位。抢答开始后，秒脉冲冲推动右边的芯片开始倒记