路智力竞赛抢答器方案
完整方案
文档编制序号：[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]
昆明工业职业技术学院
课程设计
设计题目： 8路智力竞赛抢答器的设计
班 级：10级计算机控制技术 学生姓名：
学 号： 指导教师： 白文忠 职 称： 讲师 指导小组组长： 教学班负责人：
提交日期：2012年 月 日 8路智力竞赛抢答器的设计
摘要
本设计主要介绍用数电知识设计八路抢答器。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出，并与主持人开关相连接，即构成了抢答器的主体电路。经过布线、接线、调试等工作后数字抢答器成形。借助较少的外围元件完成抢答的整个过程，设计制作了八路抢答器，设计编程简单，工作稳定可靠。可供8人或8个代表队抢答，并用7段数码管显示首先抢答者的组别号码，有人抢答后自动闭锁其他各路输入，禁止其他人抢答，使其他组的开关失去作用，而显示最先按下抢答键的组别号。只有当主持人按下复位按键才能再次抢答。
关键词：八路抢答器； 定时 ；计时； 编码 ；译码
Abstract
This design mainly introduces several electrical design with knowledge of eight way responder.Priority encoder circuit, latch, decoder circuit will be teams of the input signal in the display output, and host switch connected, which constitute the main circuit of the responder.After wiring, wiring, commissioning work forming digital answering device.With fewer peripheral component finish vies to answer first the entire process, design of eight way responder, programming is simple, stable and reliable work.For 8 or 8 teams vies to answer first, and the 7 digital tube display first responder group number, automatic locking other people answer after each input, no other answer, the other group switch out of action, and show the first pressing the answer key category.Only when the host press the reset button to again vies to answer first.
Key words：Eight way responder；Timing；Time；Code；Decoding
目 录
一、 设计内容及设计要求 (一) 基本功能 (二) 扩展功能 二、 设计及原理 (一) 设计框图 (二) 设计原理
三、 抢答器的基本原理及电路的设计方法 (一) 抢答电路的的设计 (二) 定时电路的设计 (三) 报警电路的设计 (四) 时序控制电路的设计 (五) 整机电路的设计 四、 主要器件及功能
(一) 8线-3线优先编码器74LS148 (二) 十进制可逆计数器?74LS192 (三) 七段数码管译码器驱动器74LS48 (四) 锁存器74LS148 (五) 555定时器 五、 元器件列表 六、 设计体会
一、 设计任务及设计要求
（一）基本功能
1. 设计一个智力抢答器，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，个用一个抢答按钮，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，若有选手按抢答按钮，编号
立即锁存，并在LED数码管上显示选手编号，同时扬声器发出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答，并将优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。 （二）扩展功能
1. 抢答器具有定时抢答，且一次抢答的时间长度可以由主持人设定（如
30s）。当主持人启动“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0.5s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空的时间，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，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00.
二、 设计及原理 (一)
设计原理
1. 本设计的根本目的在于准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这
一功能可选择使用锁存器实现。在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信号无效。但是，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。
2. 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
者的序号，也可以用发光二极管直接指示出序号。
3. 在主持人没有按下开始抢答按钮前，参赛者的抢答开关无效；当主持人按
下开始抢答按钮后，开始进行30秒倒计时，此时，若有选手抢答，显示该
组别并使抢答指示灯亮表示“已有人抢答”；当计时时间到，仍无选手抢答，则计时指示灯灭表示“时间已到”，主持人清零后开始新一轮抢答。
(二)
原理框图
抢答 优先编 锁存译码 显示 主体电路 主持人 控制开关控制电路 报警 秒脉冲 定时 译码 显示 扩展电路 三、 抢答器基本原理及设计方法 (一) 抢答电路的设计
抢答电路的功能有两个，一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，而是要使其他选手的操作无效。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1。
图1 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；74LS148的选通输入端ST=0，74LS148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I7丶…丶I0输入信号。当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出Y2Y1Y0=0，YEX=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，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其他按键的输入。当选手按下的键松开后，74LS148的YEX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及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完为题后，有主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮的抢答。
(二) 定时电路的设计
节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答时间的长度，通过预置时间电路对计数器进行预设。现选用十进制加/减计数器74LS192进行设计，计时器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供，具体电路如图2。
图2 定时电路
通过一个555定时器预设答题时间的长度。无稳态触发器的特点：无外输入信号，外围有RC元件，且6、2端短接在一起。
无稳态触发器也称为多谐振荡器，其输出能够在“0”和“1”之间来回跳变，形成矩形波，输出跳变的原因是因为RC回路的反复充、放电过程导致输入端不断变化。充放电过程能够自动切换反复进行的条件是：当输出为“1”，能够启动充电回路输入端电位不断抬高，高到逻辑“1”时，输出跳变为“0”；当输出为“0”，能够启动放电回路工作使输入端电位不断降低，低到逻辑
“0”时，输出跳变为“1”，555电路充、放电过程可以通过7腿进行，也可以通过输出3腿进行。
图中的多谐振荡器，充、电过程通过7腿进行切换，当输出为“1”，7腿悬空，启动Ucc-R1-R2-地的充电回路，充电过程使6、2端的电位不断提高，高到2/3Ucc
时，输出跳变为“0”。当输出为“1”，7腿对地短接，形成C-R2-7-地的放电回路，放电使的6、2端的电位不断降低，低到1/3Ucc时，输出跳变为“1”，充、放电过程不断反复进行。该电路由电源对RC充电，由7腿到地对RC放电，而7腿悬空与对地短接恰好可以切换充、放电过程，从而完成计时。
(三) 报警电路的设计
由555定时器和三极管构成的报警电路如图3所示。其中555定时器构成多谐振荡器，振荡频率为
其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作；反之，电路停振。
图3 报警电路
(四) 时序控制电路的设计
时序控制电路是抢答器设计的关键，他要完成以下三项功能：
①主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答器和定时电路进入正常工作状态。
②当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。 ③当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。
根据上面的功能要求以及图2-12和图2-13，设计的时序控制电路如图2-15所示。图中，门G1的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148 的输入使能端
。图2-15（a）的工作原理是：主持人将控制开
关从“清除”位置拨到“开始”位置时，来自于图2-12中的74LS279的输出CTR=0，经G3反相，A=1，则从555输出端来的时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减记时；同时，在定时时间未到时，来自图2-13中74LS192的借位输出端
，G2的输出
，使74LS148 处于
正常工作状态，从而实现功能①的要求。当选手在定时长时间内按动抢答键时，CTR=1，经G3反相，A=0，封锁CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门 G2 的输出
， 74LS148 处于禁止工作状态，从而实现功能②的
，
，74LS148 处于禁
要求。当定时时间倒时，来自74LS192的
止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门 G1处于关门状态，封锁CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能③的要求。74LS121用于控制报警电路及发声的时间。
（a）抢答定时电路的时序控制电路 （b）报警电路的时序控制电路
图4 时序控制电路
(五) 整机电路设计
经过以上各单元电路的设计，从而得到了定时抢答器的整机电路，如图5所示。
图4 整机电路
四、 元器件明细表
序号 1 2 3 4 5 6 7 五、 参考文献
编号 74LS148 74LS192 74LS279 74LS48 U5 Key R1 名称 优先编码器 十进制可逆计数器 RS锁存器 译码器 共阳数码管 开关 1千欧阻排 数量 1 2 4 3 1 9 1 [1]刘阿玲主编；《电子技术》 [2]张昕主编；《电路基础》
[3]刘陪植；《数字电路与逻辑设计》 [4]兰吉昌；《数字集成电路应用260例》 [5]熊年禄着；《数字电路》
毕业设计（论文）成绩评定
指导教师评语： 指导教师
2012年 月 日 成绩评定等级 2012年 月 日
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