四人智力竞赛抢答器

1、课题名称：四人智力竞赛抢答器 学 院： 城市轨道交通学院 班 级： 姓 名： 学 号： 日 期： 2013.4.242013.5.15 四人智力竞赛抢答器一 设计题目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：1，2，3，4。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。(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

2、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2秒，同时定时器停止倒计时，抢答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。(5) 如果抢答定时已到，

3、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2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1Hz的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。三 选用器材直流稳压电源1.小规模集成电路2.数码管3.阻、容元件 4.蜂鸣器、微动开关四 电路原理1、方案电路主要由脉冲产生电路、锁存电路、编码及译码显示电路、倒计时电路和音响产生电路组成。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7段译码器将数字显示在数码管上同时驱动蜂鸣器。主持人宣布开始抢答时，倒计时电路启动由9计到0，如有选手抢答，倒计时停止。电路系统结构如

4、图1所示：图1-1 倒计时模块图1-2 抢答模块2、整体电路（如图2所示）图2 整体电路图3、单元电路设计1）以锁存器为中心的编码显示电路抢答信号的判断和锁存可采用触发器或锁存器。若以四D触发器74LS175为中心构成编码锁存系统，编码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。图3-1 选手抢答显示模块编码显示电路工作原理：四D触发器74LS175的输出Q非控制显示模块显示组号。当无人抢答时，4个D触发器的输出Q非相与，为“1”时，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。并停止计时。将与非后的信号用于控制声

5、音模块报警。当主持人按下键J5时，74LS175的CLR端输入由高电平瞬间变为低电平再回到高电平，如图3-2。开始倒计时。在倒计时过程中，只要有一位选手抢答，该选手所对应的输入端，例如1号选手抢答，则按下J1键，D1端输入由低电平瞬间变为高电平再回到低电平，当J1被按下去后，Q1为高电平，Q1为低电平，输出经过四输入的与非门，非门和与门后，CLK变为低电平，没有脉冲，其他选手无法进行抢答。选手抢答时对应的波形如图3-3所示。 图3-2 主持人按键对应的CLR波形 图3-3 选手抢答时对应的Di波形 抢答电路测试结果，如图3-43-7所示： 图3-4 图3-5 图3-6 图3-72）脉冲产生电路

6、图4-1 脉冲产生电路（10HZ和1HZ）脉冲产生电路工作原理：该模块为由555定时器构成的多谐振荡器，并以74LS160做10分频,产生10Hz和1Hz的脉冲信号。555定时器：555定时器产生的方波的频率f=，占空比q=,电路中采用的R6和R7均为10K的电位器，结合调节两者，可以得到频率近似为10HZ的，占空比近似为50%的方波，实验结果f=10.02HZ（如图4-2所示）10分频器：74LS160是同步十进制加法计数器，可以用来10分频。其分频结果如图4-3所示： 图4-2 555定时器产生的10HZ方波 图4-3 10分频后的1HZ方波3）倒计时显示电路该电路可采用十进制同步减计数器

7、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。图5 倒计时显示电路倒计时显示电路工作原理：如图5所示，由74LS190十进制计数器计数，其输出端驱动BCD数码器。160的进位输出反相信号进位信号和抢答信号控制1HzCP信号的输入，即计数到0时不会倒回9再计时，也控制计数到时抢答模块不许再抢答同时声音模块块报警。190的MR接收抢答模块的信号，当抢答模块复位时190也复位。实验所测结果如图6-16-10所示: 图6-1 倒计时开始 图6-2 倒计时显示8s 图6-3 倒计时显示7s 图6-4 倒计时显示6s 图6-5

8、倒计时显示5s 图6-6 倒计时显示4s 图6-7 倒计时显示3s 图6-8 倒计时显示2s 图6-9 倒计时显示1s 图6-10 倒计时结束4）蜂鸣器电路由主持人、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、倒计时到零时都能鸣叫。（5）元器件清单序号元件编号名称类型器件值数量174LS024个两输入或非门1274LS046个反相器2374LS113个三输入与非门1474LS202个四输入与非门1574LS47七段共阳数码管驱动2674LS1488 线3 线优先编码器1774LS160十进制同步计数器1874LS175四输入D触发器1974LS190十进制加/减同步计数器1105

9、55定时器111R1，R2，R3，R4，R5电阻1K512R8,R9电阻100213R6，R7电位器10K214C1，C2电解电容10uF215J1,J2,J3,J4,J5微动开关516U11蜂鸣器117U15，U16共阳数码管2合计31五、电路安装调试 1、先将抢答模块接好先，这时的脉冲信号可以先接到实验装置上的10Hz信号，接好线，测试可否正常抢答，1-4抢答开关断开时对应的LED是否显示正常，抢答后其他人能否抢答和复位是否正常。2、接上显示模块，测试可否显示对应组号，未抢答时和复位有无显示。3、接好脉冲信号模块，代替接到实验装置上的信号，测试是否有产生脉冲信号，是否可以使抢答模块正常工作

10、。4、接上倒计时模块，将控制信号线连接好，测试能否计时，计时到时是否不会继续计时。5、抢答模块是否还能抢答，抢答后是否还计时及复位后计时是否重新计时。6、接上声音模块，测试抢答后及计时到时后是否有报警声。7、对整个电路的功能测试一遍。六 总结在这次四人智力竞赛抢答器的实验中，从对电路方案的设计与琢磨到电路的焊接调试，直至最后的成功，其中付出的汗水也是很多。总结下来，有一下几点需要注意:(1)由于本电路和时间有关，时钟千万不能有问题，实验要求555定时器产生的频率不能过高，否则会倒是数码管显示过快。(2)电路板的焊接很重要，焊接时一定要谨慎，不得虚焊，更不能将毗邻但电路中不相连的两点焊接得相连。(3)电路元件的排布和线路的连接很重要，不仅要美观，更要利于电路的焊接与最后的调试。此外,在这次由小组成员共同完成的实验过程中,我们进一步加深和巩固了对理论知识的理解，熟练了对Multisim等一系列仿真软件的操作，更锻炼和提高了我们的动手能力。在实际的调试中，我们遇到了许多困难，通查阅资料与反复琢磨都无法解决的时