四人抢答器设计

目录

1.课程设计目的 (2)

2.课程设计题目和要求 (2)

3.设计内容 (3)

4.设计总结 (8)

参考书目 (8)

附录 (10)

1.课程设计目的

通过本课程设计, 主要训练和培养学生的以下能力:

(1).查阅资料：搜集与本设计有关部门的资料(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力；

(2).方案的选择：树立既考虑技术上的先进性与可行性,又考虑经济上的合理性,并注意提高分析和解决实际问题的能力；

(3).迅速准确的进行工程计算的能力,计算机应用能力；

(4).用简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。

2.课程设计题目和要求

课题:设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。

设计要求：

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。

给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。

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，相应二极管发光，改选手编号立即锁存，并在编号显示器上显示该编号，同时报警器给出发光提示，同时封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

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，要求定时器开始倒计时，并用定时显示器显示倒计时时间，同时报警器的发光二极管发光一次。参赛选手在设定时间（9秒）内抢答，抢答有效，二极管发光，同时定时器停止倒计时，编号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。

如果定时抢答时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统报警，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。

石英晶体振荡器产生频率为1Hz的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。

3.设计内容

3.1 设计方案的选定与说明

电路由脉冲产生电路，锁存电路，编码及译码显示电路，倒计时电路和报警产生电路组成。当有选手抢答时，首先锁存，阻止其他选手抢答，然后编码，再经4线7段译码器将数字显示在显示器上同时二极管发光，主持人开始时，倒计时电路启动由9计到0，如有选手抢答，倒计时停止。

3.2设计方案的图表

4人智力竞赛抢答器系统框图如下所示

3.3方案各部分工作原理

3.3.1 以锁存器为中心的编码显示电路

此电路是以四D触发器74LS175为中心的编码锁存系统，编码器的作用是把锁存器的输出转化成8421BCD码，进而送给7段显示译码器。其真值表为

：

由真值表可得出 A= Q4 Q3 Q2 Q1+Q4 Q3 Q2 Q1 ，B= Q4 Q3 Q2 Q1+Q4 Q3 Q2 Q1 , C=Q4 Q3 Q2 Q1, D=0

无人抢答时，输出为零，有人抢答时，D触发器将数据送出同时封锁触发器脉冲，使其他人不能抢答，送出数据经编码器成为8421BCD码，送到七段显示器上，显示抢答选手的号码。该部分电路如下图所示

如图所示，当无人抢答时，4个D触发器的输出Q “与”在一起，为“1”，使脉冲能够进入触发器，有一人抢答时，与门中有一个变为“0”，使脉冲不能进

入触发器，从而防止其他人抢答，而显示器上只显示先抢答人的编号。

3.3.2.脉冲产生电路

该电路是由555定时器构成的多谐振荡器，使其产生需要的方波作为触发器和计数器的CP脉冲，由于电路对脉冲的精确度要求不是很高而晶体振荡需要分频，所以采用555定时器构成的多谐振荡器，电路及波形如下图所示：

3.3.3倒计时显示电路

该电路使用了十进制同步减计数器74LS190，主持人宣布开始时，按下按钮，同时使计数器置数为“9”，并在脉冲作用下开始倒计时并在显示器上显示，到零时停止。电路图如下所示：

如图所示，当倒计时输出不为零时，“或”门输出为“1”，与脉冲同时输入到“与”门中，使脉冲可以送给计数器，当计数器输出为零时，“或”门输出为“0”，使脉冲不能输入到计数器中，从而使计数器停在“0”。

3.3.4报警电路

它是由双与TTL门电路74LS21构成一个在下降沿出发的触发器，再接入一个发光二极管。由主持人，选手，倒计时共同控制它的输入，使其在主持人开始，选手抢答，倒计时到零时都能发光。电路图如下：

3.4编写设计说明书

3.4.1系统需要的元器件清单：

Quantity Description Reference_ID Package

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1 RESISTOR, 10kOhm_5% R7 RES0.5

6 RESISTOR, 1.0kOhm_5% R6, R5, R4, R3, R1, R2 RES0.5

1 TIMER, LM555CH U1 H08C

2 CAPACITOR, 1.0uF C2, C1 cap5

4 SWITCH, SPST J1, J2, J3, J4 SPST

1 74LS, 74LS192N U1

2 NO16

7 74LS, 74LS21D U3, U4, U5, U6, U10 DO14

, U11, U19

2 74LS, 74LS32D U7, U8 DO14

1 SWITCH, SPDT J5 SPDT

1 74LS, 74LS175D U

2 DO16

1 BUZZER, BUZZER U21 BUZZER

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3.4.2 调试过程中遇到的问题及解决方法

在设计过程中，我们首先遇到的问题是如何把选手的编号锁存起来。后来经过查阅资料，我们利用4D触发器74LS175的锁存功能，用74LS175的输出来控制CP脉冲的通断，从而完成琐存功能。

如何把74LS175的输出转化成8421BCD码也是我们遇到的一个主要问题。后来通过列出真值表（见上面），经过反复比较选用2—4输入与门74LS21才得以实现。