六人智力竞赛抢答器

广西科技大学（筹）

课程设计说明书

课程名称数字逻辑设计课程设计

题目名称六人智力竞赛抢答器

学生学院职业技术教育学院

专业班级电子Z102班

学号201002203053

学生姓名孙思琪

2012年6月8号

摘要

抢答器是机关学校开展智力竞赛活动必不可少的设备。智力竞赛是一种生动活泼的教育形式和方法，通过抢答的方式引起参赛者和观众的兴趣。它发展较快，从开始的仅具有抢答锁定功能的一个电路，到现在具有倒计时，报警，定时等功能。本设计是一个可提供六人或六组参赛的抢答器，具有倒计时以及有人抢答和倒计结束时扬声器响，锁存等功能。

设计过程采用系统设计的方法，先分析任务，得到系统要求，然后进行总体设计，划分子系统，然后进行详细设计，决定各个功能子系统中的内部电路，最后进行测试。

本文针对智力竞赛抢答器的设计要求，提出了两种整体设计方案，在比较两个方案的优缺点后，选择了其中较优的一个方案，进行先分模块后整合的设计，先定义和规定各个模块的结构，再对模块内部进行详细设计。详细设计的时候又根据可采用的芯片，分析各芯片是否适合本次设计，选择较合适的芯片进行设计，最后将设计好的模块组合调试，并最终在Quartus下仿真通过。

关键字：智力竞赛抢答器六路锁存倒计时扬声器响

由于现代社会的数字电子技术高速发展，抢答器应运而生，又由于电子技术的不断改进，采用中规模的逻辑器件可以使抢答器的体积变得很小，实用更加方便，应用更加广泛。

作为电子信息工程专业的学生，我们都应该能够运用学到的数电和模电知识，去解决和分析一些逻辑电路的问题，继而学会设计具有一定逻辑功能的逻辑器件，这次课程设计给我们一个能力全面提升的契机。

我们设计的抢答器，严格按照设计要求，具有倒计时，扬声器响，锁存的功能，而且增加了停止计时，停止蜂鸣，只能出现有一个参赛者抢答成功等功能。特别是，我们的电路能防止多人同时抢答成功的情况发生等，这些都是我们组，区别于其他组的地方。

参考文献：《数字逻辑设计》网上查询

一、设计题目

二、设计任务和要求

1）设计任务

2）设计要求

三、设计过程

1、设计方框图

2、方案选择

3、单元电路设计

1)以触发器为中心的的显示电路

2)倒计时模块

3)扬声器部分电路

4、完整电路图

5、仿真波形图

6、总的工作原理

四、总结

1、优点

2、缺点

3、心得体会

六人智力竞赛智力抢答器设计报告

一、设计题目：六人智力竞赛抢答器

二、设计任务和要求

1）设计任务

六人参赛每人一个按钮，主持人一个按钮，按下就开始；

每人一个发光二极管，强中者灯亮；

有人抢答时，喇叭响两秒；

答题时限为10秒，从有人抢答开始，用数码管倒计时间，0、9、8···1、0；倒计时到0的时候，喇叭发出两秒的。声响。

2）设计要求

（1）六名选手编号为1,2,3,4,5,6，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1,2,3,4,5,6,。

（2）给主持人设计一个控制按钮，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，该选手编号立即被锁存，并用二极管灯亮显示该编号，同时扬声器响两秒，同时也要封锁输入编码电路，阻止其他选手抢答时出现多人抢答成功的情况。抢中者的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

(4) 抢答器具有答题限时10秒的功能。从有人抢答开始，用数码管倒计时间，从9 到0，倒计到0 时，喇叭响两秒。

三、设计过程

1、设计总体方框图

电路主要由锁存编码及LED灯显示电路（支持人的清零装置包括在内），倒计时及数码管显示电路，扬声器产生电路组成。当有选手抢答时，抢中者其编号被锁存，其他选手再抢答也是无效的，LED灯只会显示一个人抢答成功，不会出现多人抢答成功的情况。在有人抢答时，扬声器响两秒，同时开始倒计时10秒，到0时扬声器又响两秒。当一轮抢答过后，倒计时停止，禁止二次抢答，数码管显示0。如果再次抢答必须由主持人清零之后才能进行。

2、方案选择

方案一：电路大致由三个功能模块组成：以触发器为中心的显示电路

部分，倒计时显示电路部分，扬声器电路部分。

在以触发器为中心的显示部分电路中，由两片74LS175芯片，一个与门6，一个与门2，一个或门6和六个LED灯组成。当有人抢答时，利用74LS175输出的非和与门6将时钟脉冲置零，74LS175立即被锁存，同时扬声器响两秒，这时再有人抢答也是无效的，用相应LED灯显示抢中者编号；在倒计时显示电路部分，用一片74LS192和一片74LS48，74LS160芯片，或门和非门。利用74LS192计数器作为倒计时的芯片，当有人抢答时，它被置9，并开始倒计时，并通过74LS48编码器将计时时间进行编码，并送到数码管，显示此时的时间。在倒计时自动停止部分电路中，利用74LS161计数器让倒计到0时自动停止，此时扬声器响两秒。扬声器电路部分，利用74LS160计时器芯片，让扬声器响两秒。可是完成电路图，仿真波形时，发现这个方案有点问题。它不稳定，不允许多人同时抢答，并且扬声器部分也不能达到目的。

方案二：电路大致由三个功能模块组成：以触发器为中心的显示电路部分，倒计时显示电路部分，扬声器部分。

在以触发器为中心的显示部分电路中，有六个JK触发器，一个或非门，6个与门，一个非门组成。在此部分中，用JK触发器输出的或非和与门一起将时钟脉冲置零，触发器立即被锁存，同时扬声器响两秒，这时再有人抢答也是无效的，用相应LED灯显示抢中者编号；在倒计时显示电路部分，利用74192芯片，它的输出直接接四个输出引脚，因为数码管不需要7448芯片驱动。当有人抢答时，在74192作用下，开始倒计时，并且显示倒计时间。在倒计自动停止部分，用一个JK触发器。而扬声器部分用两个JK触发器。以上触发器加上适当的门电路后，效果比方案一好，稳定,并且允许多人同时抢答，结果只能是有一个抢中。所以最终选择方案二。

3、单元电路设计

1）以触发器为中心的显示电路

该电路可以准许多人同时抢答，并且能分辨选手按键的先后，而且锁存抢中者的编号，用相应LED灯显示，同时禁止其他选手抢答。电路原理：首先令每个触发器的J=K=1，J,K均接高电平（即Q的次态等于Q的非时）。设Q的初态为0，当有人抢答时，（上升沿触发）Q从0变为1，也就是说输出为1，这时用一个或非门连接每个Q的输出，而或非门的输出和各个按钮开关（用输入引脚表示）相与再送到各个时钟端。因为或非门的输出为0，经过与门后会将时钟脉冲置0，相当于触发器处于截止的状态，达到锁存的效果。每个触发器的输出分别连接一个发光二极管（这里用一个输出引脚表示），发光二极管会显示相应抢中者。把每个触发器的清零端（低电平有效）连在一起后加一个非门，作为主持人的按钮开关（这里我们选用的是按下去后会自动松开的那种）。当没按开关时，它处于0状态，经过非门后变成1状态，说明触发器在工作；当按下开关时，它处于1状态，经过非门后为0状态，达到系统清零的效果。在有人答题而主持人未清零时，任何人按下按钮再抢答都是无效的。再进行一轮抢答的话，须由主持人清零过后才行。

JK触发器功能表如下：