四人智力竞赛抢答器课程设计

1、I-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI) JINGBIAN课程设计课程名称 数字电子技术课程设计题目名称四人智力竞赛抢答器学生学院专业班级学号学生姓名指导教师四人智力竞赛抢答器课程设计报告一、设计题目题口：四人智力竞赛抢答器二、设计任务和要求1）设计任务设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。用数字显示抢答倒 计时间，由“9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器连续响1秒。选手抢答 时，数码显示选手组号，同时蜂鸣器响1秒，倒计时停止。2）设计要求(1) 4名选手编号为：1, 2, 3, 4o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b 2, 3, 4o(2)

2、 给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零(抢答显示数码管灭 灯)和抢答的开始。(3) 抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答 按钮，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出 音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。抢答选手的编号一直保持 到主持人将系统清零为止。(4) 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，定时 器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声 器响，音响持续1秒。参赛选手在设定时间(9秒)内抢答有效，抢答成功， 扬声器响，音响持续1秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的 编

3、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。(5) 如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器 报警(音响持续1秒)，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。(6) 可用石英晶体振荡器或者555定时器产生频率为的脉冲信号，作为 定时计数器的CP信号。三、原理电路和程序设计1. 数字抢答器总体方框图如下图所示为总体方框图。电路主要山脉冲产生电路、锁存电路、编码及显 示电路、倒计时电路和音响产生电路组成。当有选手抢答时，优先判断，编号 锁存，阻止其他选手抢答，然后编码，再将数字显示在显示器上同时产生音 响。接通电源后，主持人将开关拨到“清除

4、“状态，抢答器处于禁止状态，而当 主持人将开关置“开始”状态，即当主持人宣布开始抢答时，倒计时电路启动 111 9 it到0,选手在定时时间内抢答，如有选手抢答，倒计时停止。当一轮抢 答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示零。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. 方案选择方案一：电路大致可以山四个功能模块组成：以锁存器为中心的编码显 示电路部分，脉冲产生电路部分，倒计时显示电路部分，音响电路部分。在锁 存器为中心的编码显示电路部分中，山锁存器74LS373,编码器74LS148,显示 器和门电路组成。使用74LS373作为锁存电路，当有人抢答时，利用锁存器的

5、 输岀信号号将时钟脉冲置零，74LS373立即被锁存，同时蜂鸣器鸣叫Is,这时 抢答无效，使用74LS148作为编码器，对输入的型号进行编码，输出4位的 BCD码，再将这四位的BCD码输入数码管里显示出抢答者的编号；在脉冲产生 电路部分中，用555定时器予以实现，通过调节电阻的阻值最后得到符合要求 的脉冲，因为可以通过改变电阻电容微调频率，取代了用分频器对高频信号进 行分频，从而使电路简单了；在倒计时显示电路部分中，山计数器74LS190, 显示器组成。利用74LS190计数器作为倒计时的芯片，当主持人按下抢答按钮 时，74LS190被置九，同时将显示上次抢到题的选手编号的数码管清零，并 开始

6、倒计时，并通过74LS148编码器将即时时间进行编码，并送到数码管， 显示此时的时间。假如在9秒内有人抢答，则计数器停止倒计时，将锁存器锁 存，禁止选手抢答，蜂鸣器鸣叫一秒，停止倒计时。在音响电路部分中，由 555定时器和电阻电容接合成多谐振荡器，产生所需要的脉冲，然后接入蜂鸣 器构成。方案二：电路大致可以山四个功能模块组成：以锁存器为中心的编码显 示电路部分，脉冲产生电路部分，倒计时显示电路部分，音响电路部分。在锁 存器为中心的编码显示电路部分中，山锁存器74LS373,编码器74LS148,显示 器和门电路组成。使用74LS373作为锁存电路，当有人抢答时，利用锁存器的 输岀信号号将时钟脉

7、冲置零，74LS373立即被锁存，同时蜂鸣器鸣叫Is,这时 抢答无效，使用74LS148作为编码器，对输入的型号进行编码，输出4位的 BCD码，再将这四位的BCD码输入数码管里显示出抢答者的编号；在脉冲产生 电路部分中，用石英晶体振荡器予以实现，山于石英晶体的稳定性和精确性比 较高，所以用其产生的脉冲信号更加稳定，同时在显示更能接近预定的值，受 外界环境的干扰较少；在倒计时显示电路部分中，山计数器74LS190,显示器 组成。利用74LS190计数器作为倒计时的芯片，当主持人按下抢答按钮时， 74LS190被置九，同时将显示上次抢到题IJ的选手编号的数码管清零，并开始 倒计时，并通过74LS1

8、48编码器将即时时间进行编码，并送到数码管，显示 此时的时间。假如在9秒内有人抢答，则讣数器停止倒计时，将锁存器锁存， 禁止选手抢答，蜂鸣器鸣叫一秒，停止倒计时。在音响电路部分中，111 555定 时器和电阻电容接合成多谐振荡器，产生所需要的脉冲，然后接入蜂鸣器构 成。选择结果：方案一。原因：虽然用555定时器构成的多谐振荡器的稳 定性和精确性没有石英晶体振荡器高，但山于前者设讣方便，操作简单，成 为了设计时的首选。3单元电路设计 1）以锁存器为中心的编码显示电路该单元电路可以分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时 显示器显示相应的编号，并且可以禁止其他选手抢答。电路原理：首先使锁

9、存 器74LS373的三态允许控制端0C为低电平,即使其处于正常逻辑状态；当锁存 允许端ENG为高电平时，Q随数据D而变，当ENG为低电平时Q被锁存在已 建立的数据电平。当单刀双置开关置于“开始”端时，抢答器处于等待工作状 态，当有选手将键按下时（假如四号手），即把单刀双置开关置于“清除”端 时，触发器74LS373的数据输入端4D输入低电平，相应地，触发器的数据输出 端4Q置0。锁存器锁存四号选手的输入的信号，并且阻止其他选手信号的输 入。同时使8线一3线优先编码器74LS148的EI处于低电平，使之处于工作状 态。低电平信号经山编码器74LS148编码成相对应的二制数，然后在显示器显 示“

10、4”，该抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。当74LS148的 输入端EI时，使74LS148处于禁止状态，确保不会出现二次按键时输入信 号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需山主持人将开关重新置“清除” 端后方可进行下一轮抢答。锁存器74LS373的真值表如下:Output ControlEnable GDOutputLHHHLHLLLLXQoHXXzL-低电平；H-高电平；X-不定态；QO-建立稳态前Q的电平; OE-使能端，接地。当G= al时，74LS373输岀端1Q-8Q与输入端1D-8D相同; 当G为下降沿时，将输入数据锁存。8线一3线优先编码器74LS148的真值表如

11、下:输入输岀ElDODID2D3D4D5D6D7A2AlAOGSEO1XXXXXXXX11111011111111111100XXXXXXX0000010XXXXXX01001100XXXXX011010100XXXX0111011100XXX01111100100XX011111101100X01111111101000111111111110D0-D7是输入信号，A2,A1,AO为三位二进制编码输岀信号，EI是使能输入端, E0是使能输出端，GS为优先编码输出端。当输入EI时，禁止编码，输出（反码）；A2,A1,AO全为1;当输入EI=O时，允许编码，在D0-D7输入中，D7优先级最高，其

12、余依此为 D6Q5Q4Q3Q2Q1Q0。以锁存器为中心的编码显示电路如下:VCC5V ;：;：;oo : U *zs :t：U1-11ALID 知 如 4D 5D 6D 7D ?D-1Q 绞 JQ4Q5Q W9QEQU2B0 31* - or -D3 -34-B536 - 朋21* -i-o;：74LS14p；:-vcc- ；5V 二二二二U62）脉冲产生电路:该单元电路山555定时器和电阻电容接合成多谐振荡器，产生所需要的脉 冲。根据555多谐振荡器的频率计算公式：/ (&+2RjCln2可以求得lhz的电路电阻均取470k,电容取lOufo 脉冲产生电路如下：E3TBISTHRM555CI

13、JI -舲G-ND- *lUiiFi01?ECU18OUPT13）倒计时显示电路：该电路采用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。计数器74LS90的真值表如下：输入输出LOADCTEN7u/D，CLKABCDQAQBQCQD0XXXabcdabcd100tXXXX加计数101tXXXX减计数11XXXXXX保持CLK时钟输入端（上升沿有效）CTEN计数控制端（低电平有效）AD并行数据输入端QAQD输出端LOAD异步并行置入控制端（低电平有效）U /D力口/减计数方式控制端倒计时显示电

14、路如下:0q 1_l_A B Q& (2 D Q&机TEH 乩MB 血/D曲 tKX/MIttC1KU11晋74LS190D25224）音响电路该单元电路由555定时器和电阻电容接合成多谐振荡器，产生所需要的脉 冲，然后接入蜂鸣器构成。音响电路如下：5）整个电路：山以上儿个单元电路就构成了所需功能的完整电路图如下:：囱別孤诚糊切黠缭那歇侈中 机机. 枷. De 人9咗aaaDio xaifaao口旳加爼KXeaRmgac az 0 ac w aw a?OT33A17Time0.000 $100.000 ms100.000 msChanneLA0.000 V-78.380 V-78.380 VC

15、hanneLBReverseSave Ext. TriggerTimebaseScale 110 ms/DivChannel AScale |5 V/DivChannel BScale |5 V/DivTriggeEdge%X position |oY position 0Y position ,0Level|olv|Y/T Add B/A | A/BAC | 0 DCac | o dc - | CTypeSing. Nor. | Auto | NoneT2-T15.电路元件选择:名称型号数量锁存器74LS3731个编码器74LS1481个计数器74LS1901个显示器2个555定时器LM55

16、5CM2个2与门74LS083个4与门74LS211个2或门74LS322个非门74F045个电阻4个电容4个单刀双置开关5个蜂鸣器1个四工作原理抢答电路:当锁存器74LS373有信号输入时，通过与门74LS21将信号反馈 回锁存器74LS373的使能端ENG,此时74LS3737立即被锁存，同时蜂鸣器鸣叫 Is,停止工作，这时抢答无效。同时将低电平信号反馈回74LS190的倒计时输 入端，使其停止工作，保持剩余抢答时间。当倒计时为零时，通过或门74LS32 将信号反馈回编码器74LS148的使能端ENG,此时编码器74LS148停止工作， 禁止有选手超时抢答。停止倒计时，主持人通过单刀双置开

17、关对锁存器 74LS373和编码器74LS148的使能端的控制来清除锁存信号从而使得抢答器继 续I作 X无选手抢答时，倒计时直到倒计为零为止，此时到零点的信号反馈回编 码器74LS148,使其停止工作，此时选手再抢答无效,只有当主持人清零后再置为 开始状态，才可以继续抢答。然后使用74LS148作为编码器，对输入的型号进行 编码，输出4位的BCD码，再将这四位的BCD码输入数码管显示出抢答者的编 号。主持人电路：采用计数器74LS190作为倒计时的芯片，当主持人按下按钮 时，将74LS190的load输入端先置为高电平，将其置为1001,再通过开关，将 load输入端置为低电平，使其开始倒计时

18、。当主持人按下开始按钮时，蜂鸣器 响，选手开始抢答，并且倒计时开始倒计,假如在9秒内有人抢答，则计数器停 止倒计时，将锁存器锁存，其他选手抢答无效，蜂鸣器鸣叫一秒，数码管显示 剩余时间和选手的编码。相反，假如在9秒内无人抢答时，倒计时数码管显示 为6蜂鸣器响，禁止选手抢答。只有主持人再置为开始状态时,才可以继续抢 答倒计时从新工作，进入下一轮抢答。五总结对该电路总结如下：优点：电路清晰，简单易懺，各功能模块基本上达到了要求，显示准确, 反应灵敬，基本满足了四人智力竞赛抢答器的要求。缺点：因为缺少某些芯片而不得不用其他的芯片稍作改变充当相似的功 能，也许这样做，可以基本满足要求，但是没有达到最好的效果。其次，因为 对理论知识没有透彻掌握和对仿真软件的不完全熟悉操作，以至于电路没有岀 现预期的效果，虽然基本上达到所要求的效果，但是还有一些地方没有达到， 这是美中不足的地方，可是以口前的水平，只能这样了，有待以后改进。改进：第一，尽量用到适合的芯片;第二，使整体布局更加合理、明确、 美观；第三，尽量做到使所有功能模块都达到所要求的那样，