多功能数字抢答器设计方案

多功能数字抢答器设计

摘要

知识比赛中，特别是做抢答题目的时候，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。因为在抢答过程中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。利用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使各组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。该课程设计主要介绍了单片机抢答器设计及工作原理，以及它的实际用途。本课题设计是“四人抢答器”，包括可分为三部分，有脉冲信号产生、抢答器、倒计时三个模块。先根据要求用74LS75双锁存器构造四人抢答器，用BCD-7段译码器显示抢答者编号，用555定时器产生脉冲信号，脉冲信号周期为 1.0024s。通过74LS161做个位计时器，用置数法通过反码实现减法计数，在用BCD-7段译码器显示倒计时。数码管与74LS48配合使用，本次课题使用的数码管需要74LS48驱动工作，其允许抢答时间为10s。

关键字：锁存器；脉冲信号；减法器

目录

1 绪论 (1)

2 方案论证 (2)

2.1 抢答器组成框图 (2)

2.2 具体设计方案 (2)

3 系统设计 (3)

3.1 抢答电路 (3)

3.2 1HZ脉冲产生电路 (4)

3.3 倒计时电路 (5)

4 系统调试与结果 (6)

5 课程设计器件 (7)

5.1 74LS48引脚图及功能表 (8)

5.2 74LS75引脚图及功能表 (9)

5.3 74LS161引脚图及功能表 (9)

设计总结及体会 (10)

致谢 (11)

参考文献 (11)

1 绪论

在举办各种智力竞赛活动中，常常需要确定谁是第一抢答的人。数字式抢答器利用电子器件可以准确的解决这一问题。数字式抢答器允许抢答者在规定的时间范围内进行抢答，可以用数字显示抢答者的序号，并配有相应的灯光指示和声报警功能；对犯规抢答者<指在抢答开始命令下达前抢答者），除用声、光报警外，还应显示出犯规者的序号；若规定抢答时间已到，要告示任何输入的抢答信号均无效，除非重新下达抢答命令。

本次课程设计，主要掌握译码器、十六进制加/减计数器的逻辑功能和工作原理，设计可预置时间的定时电路；分析与设计时序控制电路。画出定时抢答器的整机逻辑电路图，掌握智力抢答器的工作原理及其设计方法，并对各种元器件的功能和应用有所了解。并能对其在电路中的作用进行分析。另外还要掌握电路原理和分析电路设计流程，每个电路的设计都要有完整的设计流程。这样才能在分析电路是有良好的思路，便于查找出错的原因。

在本次课程设计中，将主要设计一个供八人使用的定时抢答器。他要实现以下主要功能：

<1）为4位参赛选手各提供一个抢答按钮，分别编号1、2、3、4；

<2）主持人可以控制系统的清零与抢答开始；

<3）抢答器要有数据锁存与显示的功能。抢答开始后，若有任何一名选手按动抢答按钮，则要显示其编号及绿灯亮至系统被主持人清零，同时其他人再按对应按钮无效。抢答还没有开始前抢答者，显示违规抢答者，红灯亮；

<4）抢答器要有自动定时功能，并且一次抢答时间为10秒。当主持人启动“开始”键后，定时器自动减计时，并在显示器上显示；

<5）参赛选手只有在设定时间内抢答方为有效抢答。若抢答有效，则定时器停止工作，并且显示抢答开始时间直到系统被清零；

<6）若设定时间内无选手进行抢答<按对应按钮），红灯亮，此时抢答无效。

利用本次设计出的电路制造成的定时抢答器，即可轻松实现在４人或４个代表队之间进行的抢答比赛中进行控制，使得这一活动更加趣味、公平。

2 方案论证

2.1 抢答器的组成方框图如图1所示。

2.2 具体设计方案

采用74LS75[3]四D触发器、四输入与门、二输入与非门、BCD-7段译码器，各5个开关，二级管及电阻若干，构成枪答器，用二级管显示对应抢答者，并用BCD-7[3]段译码器显示对应抢答者的编号，当有人抢答时，及当有人按下抢答开关后，用低电平锁住四D触发器。当使用清零开关后才允许下次抢

答。

倒计时控制，采用74LS161[3]四位二进制计数器、五个非门、四输入与门和BCD-7段译码器。用74LS161四位二进制计数器控制倒计时间，输入一个脉冲计时一次，用BCD-7段译码器显示时间。用置数法进行74LS161倒计时设计，通过非门输出反码，实现减数计算。倒计时受三方面控制，用四输入与门实现，一是主持人，二是抢答者，三是时间。主持人按下开关控制时间计时开始；当有人抢

答时，输出低电平经过反码器输出高电平控制时间，当为高电平时时间停止计时；当时间为0时，停止计时。若时间到0还没有人抢答，用二极管显示时间已到，此后抢答无效。只有当三个控制通知为一时工作，其他时候保持输出。主持人控制74LS161的置入端。

用555[3]定时器构成多谐振荡器，设计脉冲信号。

3 系统设计

3.1 抢答电路

该电路的根本任务是准确的判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可用触发器和锁存器等。在得到第一信号后应立即将电路的输入封锁，即使其他组再次发出抢答信号也无效。同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人清零之后才有效。当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，并用发光二级管直接指示出组别<这里我们采用LED数码管显示）。同时用第一抢答信号控制一个发光二级管，发光二级管不亮表示该题抢答有效。本电路用一个74LS75双锁存器、BCD-7段译码器和LED数码管显示器组成，可以将四位抢答者的按钮通过双锁存器，驱动LED数码管显示器显示出他们最先抢答者的序号。当有人抢答时，抢答电路和定时电路停止工作。

具体抢答电路如图2所示。

图2 抢答电路

3.2 1HZ脉冲产生电路

该电路的采用555定时电路。555定时电路是一种电路简单且多用途的单片中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而要波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等等许多领域中都得到了广泛的应用。根据电路的工作原理，可得电

路输出矩形脉冲的周期为。

秒脉冲电路如图3所示。