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1、-武汉科技大学电子技术课程设计数字式竞赛抢答器-第 7 页数字式竞赛抢答器一、设计目的 掌握数字式竞赛抢答器的电路的组成、工作原理和设计方法。熟悉常用数字逻辑电路的工作原理及使用方法。二、设计内容及要求在许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光及音响等多种手段指示出第一抢答者。同时还可以设置记分、犯规及奖励记录等多种功能。该设计就是针对上述各种要求设计出的供6名选手参赛使用的数字式竞赛抢答器。 本题要求是：1设计制作一个可容纳六组参赛的数字式抢答器，每组设计一个抢答按钮供抢答者使用。2电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。给主持人设置一个控制按
2、钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和抢答的开始。在主持人将系统复位并发出抢答指令后，若参赛者按下抢答开关，则该组指示灯亮并用组别显示电路显示出抢答者的组别，同时扬声器发出“嘀嘟”的双音音响持续23秒。此时，电路应具备自锁功能，使别组的抢答开关不起作用。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。3设置记分电路。每组在开始时预置成100分，抢答后由主持人记分，答对一次加10分，否则减10分。4设置30秒的抢答定时电路。当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时时间。若30秒内无人抢答，倒计时结束时，扬声器响，音响持续23秒。若参赛选手在设定时间（30秒）内抢答有效，
3、则抢答成功，扬声器响，音响持续23秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号。抢答成功后立即启动2分钟的答题定时电路，定时显示器上显示剩余答题时间，并保持到主持人将系统清零为止。5设置犯规电路。对提前抢答和超时抢答（答题时间设定为2分钟）的组别鸣喇叭示警，并由组别显示电路显示出犯规组别。6. 用石英晶体振荡器或555集成定时器产生频率为1Hz的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。三、设计思路（1）本题的根本任务时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
4、号应该在主持人发出抢答命令之后才有效，否则应视为提前抢答而犯规。（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组别，也可以用发光二级管直接指示出组别。还可以用鉴别出 的第一抢答信号控制一个具有两种工作频率的交替变化的音频振荡器工作，使其推动扬声器发出两个笛音音响，表示该题抢答有效。（3）记分电路可采用3位七段数码管显示，由于每次都是加或减10分，故个位总保持为零，只要十位和百位做加/减计数即可，可采用两级十进制加/减计数器完成。四、参考方案1总体方案原理框图：清零命令主持人抢答开关组别锁定第一信号鉴别组别显示(数码管)组别显示(LED)窄脉冲形成稳压电源图1 数字式
5、智力竞赛抢答器原理框图定时器犯规电路音频信号发生器预置记分电路加分(主持人)减分(主持人) 其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到清零 状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置拨至开始状态，宣布开始，抢答器工作。抢答定时器30秒倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示等功能。如果再次抢答必须由主持人再次操作清除和开始状态开关。 2 单元电路参考方案(1)抢答开关电路参考方案1 利用8线/3线优先编码器74148实现抢答功能的鉴别与锁存，电路如图所示。图2 抢答开关电路方案1图该电路完成两个功
6、能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示该编号；二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程：开关S置于清零端时，RS触发器的 端均为，个触发器输出置，使74LS148的 ，使之处于工作状态。当开关S置于开始时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出 经RS锁存后，1Q=1, =1,74LS48处于工作状态，QQQ=101,经译码显示为。此外，1，使74LS148的 ，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为，使，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了
7、抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将开关重新置于“清除”端，然后再进行下一轮抢答。74LS148为线线优先编码器，图3为其功能表。 图3 74LS148的功能真值表74LS48功能说明： 动态灭零输入端：低电平有效。当1、0、且译码输入全为0时，该位输出不显示，即0字被熄灭；当译码输入不全为0时，该位正常显示。本输入端用于消隐无效的0。如数据0736.40可显示为736.4。74LS48外部接线图思考：图2所示的抢答开关电路能否改进？怎样改进？(2)抢答开关电路参考方案2利用8D锁存器74373实现抢答功能的鉴别与锁存，电路如图3所示。74LS373S6D6Q6L6R16R6VD6图3 抢
8、答开关电路方案2图利用74LS373设计的抢答器电路它由一片8D锁存器74LS373。8D锁存器有8个D触发器输入端，设计中只需利用其中的6路输入。6只组别按键开关S1-S6，6组别抢答有效的状态显示发光二极管L1-L6，一个复位按键FW等组成。该6路竞赛抢答器，每组受控于一个抢答按键开关，高电平表示抢答有效。 设置主持人控制键FW用于控制整个系统清0和抢答有效开始控制的启动。每按下一次复位键FW时，使8D锁存器的控制端G为高电平，若组别按键开关S1S6中任何一个都没按下，即对应8D锁存器的输入端D均为低电平，则此时6个输出端均为低电平,对应的发光二极管均不点亮，表示抢答者正在准备抢答状态。按
9、下复位键FW时，8D锁存器的控制端G为高电平，若组别按键开关S1-S6中存在一个或几个处于按下状态，即与之对应的8D锁存器的输入端D为高电平，此时与之对应的8D锁存器的输出端立即为高电平，对应的发光二极管被点亮，表示抢答者违规了。只有每按下一次复位键FW，并在复位键FW抬起后，抢答才是有效的。 系统具有第一抢答信号鉴别和锁存功能。在主持人将系统复位并使抢答有效开始后,第一抢答者按下抢答按钮。对应的输入引脚接高电位1，8D锁存器的对应输出端立即为高电平1，二极管VD1-VD6组成了或门电路。使三极管VT1基极得到高电位而饱和导通使锁存器的G为低电平,将8D锁存器的输入信号锁存在了输出端,输入端的
10、信号变化将不在影响输出端。对应点亮的发光二极管指示出第一抢答者的组别，也可以采用其它门电路来鉴别第一抢答信号。(3)定时电路由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计。图4 可预置时间的定时电路（4）报警电路由555定时器和三极管构成的报警电路如图5所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo143（RI2R2）C，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。图图5 报警电路（4）时序控制电路 时序控制
11、电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能： 主持人将控制开关拨到开始位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。 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。 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。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的输人使能端。图6 时序控制电路图6的工作原理是：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，来自图 2中的74LS279的输出 1Q=0，经G3反相， A1，则时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时
12、。同时，在定时时间未到时，则“定时到信号”为 1，门G2的输出=0，使 74LS148处于正常工作状态，从而实现功能的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q1，经 G3反相， A0，封锁 CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能的要求。当定时时间到时，则“定时到信号”为0，=1，74LS148处于禁止工作状态，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，从而实现功能的要求。集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间。（5）以上各部分电路仅做参考，要求独立画出自己设计的电路
13、图，说明各部分的工作原理。五、主要仪器与设备（参考）集成电路 74LS1481片，74LS2791片，74LS483片，74LS1922片，NE5552片，74LS001片，74LS1211片。电 阻 5102只，1K9只，4.7kl只，5.1kl只，100kl只，10k1只，15k1只， 68kl只。电 容 0.1uF1只，10 uF2只，100 uF1只。三极管 3DG121只。其 它 发光二极管2只，共阴极显示器3只。六、参考文献1. 高吉祥主编，电子技术基础实验与课程设计，电子工业出版社，2002年出版。2. 历雅萍、易映萍编，电子技术课程设计，高等教育出版社3. 谢自美主编，电子线路
14、设计、实验、测试，华中理工出版社4. 任致程主编，经典集成电路400例，机械工业出版社5. 彭介华主编，电子技术课程设计指导，高等教育出版社，2002年出版。6. 陈大钦主编，电子技术基础实验电子电路实验、设计、仿真，高等教育出版社，2002年出版。7杨春玲编，电子技术课程设计指导书，哈尔滨工业大学教材科，1999年二一六二一七学年第 一 学期（电子信息工程系）电子技术课程设计报告专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 二一六年八月 二十八日1、课程设计时间安排：第一天：教师布置设计任务，讲解设计要求，提示设计要点；第二三天：查阅资料（在图书馆或上网），提出设计方案；第三七天：画出详细设计图（电路图）；第七八天： 购买元器件；第八十一天：焊接并调试电路；第十一十四天：得出实验结果并写出设计报告。2、课程设计考核方式考查要求：提交课程设计报告，设计报告内容包括设计任务，设计要求，硬件设计，结果描述。1 课程设计报告，规范书写，报告的标题四号黑体，正文用小四宋体。2 设计报告内容和电路图禁止雷同，否则0分处理；3 禁止购买整体模块，电路图需要用Protel或者Protus等电路图绘图软件绘出；电路图不得从网上拷贝，或者拷贝他人的图，否则0分处理。