8路智力竞赛抢答器(数电课程设计报告)

数字抢答器的设计

姓名李永宏

学号************

年级14自动化

专业自动化

系（院）机械与材料工程学院指导教师王丹

1 设计任务与要求 (1)

1.1基本功能 (1)

1.2 扩展功能 (1)

2 设计原理 (1)

3 电路设计 (2)

3.1 抢答电路 (2)

3.2 定时电路 (6)

3.3 相关逻辑电路 (8)

4元器件的使用列表 (10)

5仿真结果 (11)

6 设计体会 (11)

参考资料 (12)

8路智力竞赛抢答器

1 设计任务与要求

1.1基本功能

（1）设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，其编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。

（2）给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。

（3）抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开始，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示选手的编号，同时扬声器发出音响提示此外．要封锁输人电路，禁止其他选手抢答，并将优先抢答选手的编号—直保持到主持人将系统清零为止。1.2 扩展功能

（1）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间长度可以由主持人设定（如30 s）。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的音响，音响持续时间为0.5 s左右。

（2）参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效；有效抢答结束定时器停止工作．显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。

（3）如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后做无效抢答，时间显示器上显示00。

2 设计原理

定时抢答器的总体框图如图1所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答；扩展电路完成定时抢答的功能。

图1- 1 定时器总体框图

图1所示的定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间；当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，扬声器发出音响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时开始。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手在超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：

（1）优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码电路显示编号；

扬声器发出短暂音响，提醒节目主持人注意。

（2）控制电路要对输人编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答。

（3）控制电路要使定时器停止工作，时间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。当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关．使系统回复到禁止工作状态，以便进行下—轮抢答。

3 电路设计

3.1 抢答电路

抢答电路的功能有两个：—是能分辨选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。

方案一：

选用优先编码器74LS148和八D锁存器74LS573（或74LS373）可以完成上述功能。通过74LS573可以一次性锁存八个信号输入的功能，将八个抢答的信号送给它2~9的八个输入管脚，再将它19~12的八个管脚接74LS148的优先编码信号输入的八个管脚，最后通

过优先编码器的GS端经相应门电路处理后接锁存器的锁存端进行锁存。74LS573管脚与功能如图3-1所示。

图3- 1 74LS573管脚与功能

方案二：

选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图3-2所示。

图3- 2

抢答器电路

其工作原理是：当主持人的控制开关处于“清除”位置时，RS 触发器的R 端为低电平，输出端（4Q ～1Q ）全部为低电平，于是74LS48的RBI ＝0，显示器灭灯；74LS48的选通输入端ST ＝0， 74LS48处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人将开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端7I 、··· 、0I 输人信号。当有选手将键按下时（如按下S 5，74LS148的输出012Y Y Y ＝000，EX Y ＝0，经RS 锁存器后，CTR ＝1，B ＝1，74LS279处于工作状态； 4Q3Q2Q ＝101，经74LS48译码，显示器显示“5”。此外，CTR ＝1，使74LS148的ST 端为高电平．74LSl48处于禁止工作状态，封锁了其他按键的输人。当选手按下的键松开后，74LS148的EX Y 为高电平；但由于CTR 维持高电平不变，所以，74LS148仍处于禁止工作状态，其他按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关S ，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。

最终方案：

经过对比以上两种抢答电路，我们最终选择实验室有所有现成芯片方案二（在最后的方案里对方案二也进行了修改）。抢答与按键电路如图3-3和图3-4所示。为了连线方便，图中使用了大量的网络标号，如“RBO ”、“A0” 、“A1” 、“A2”等。

完整电路原理图请看附录。