多路智力竞赛抢答器 －－《数字电子技术课程设计》

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1 多路智力竞赛抢答器 －－《数字电子技术课程设计》
多路智力竞赛抢答器 －－《数字电子技术课程设计》 主讲教师：张长江（副教授） 单位名称：浙江师范大学

2 一、设计目的和任务 （1）熟悉集成电路的引脚安排。 （2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。 （3）了解面包板结构及其接线方法。
（4）了解数字抢答器的组成及工作原理。 （5）熟悉数字抢答器的设计与制作。

3 二、设计思路 （1）设计抢答器电路。 （2）设计可预置时间的定时电路。 （3）设计报警电路。 （4）设计时序控制电路。

4 三、设计过程 3.1 方案论证 数字抢答器总体方框图如图1所示。

5 三、设计过程 其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清除”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；主持人将开关置于“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，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。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。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。

6 三、设计过程 3.2电路设计 抢答器电路如图2所示。

7 三、设计过程 该电路完成两个功能：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“清除”端时，RS触发器的端均为０，４个触发器输出置０，使74LS148的＝０，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，4Q3Q2Q=101，经译码显示为“5”。此外，1Q＝１，使74LS148＝１，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1Q＝１，使＝１，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将Ｓ开关重新置于“清除”然后再进行下一轮抢答。

8 三、设计过程 定时电路如图3所示。 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。

9 三、设计过程

10 三、设计过程 报警电路如图4所示。 由555定时器和三极管构成的报警电路如图4所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo＝1.43/[（RI＋2R2）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。

11 三、设计过程

12 三、设计过程 时序控制电路如图5所示。时序控制电路是抢答器设计的关键，它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，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。 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。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。

13 三、设计过程

14 三、设计过程 图5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， A＝1，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。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①的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q＝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=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能②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③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。

15 四、系统调试与结果 （1）组装调试抢答器电路。
（2）可预置时间的定时电路，并进行组装和调试。当输人1Hz的时钟脉冲信号时，要求电路能进行减计时，当减计时到零时，能输出低电平有效的定时时间到信号。 （3）调试报警电路。 （4）定时抢答器的联调，注意各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。

16 五、主要仪器与设备 数字电路实验箱 或 EDA 软件MAX PLUSⅡ
集成电路 74LS148—1片，74LS279—1片，74LS48—3片， 74LS192—2片，NE555—2片，74LS00—1片，74LS121—1片。 电 阻 510Ω—2只，1KΩ—9只，4.7kΩ—l只，5.1kΩ—l只， 100kΩ—l只，10kΩ—1只，15kΩ—1只， 68kΩ—l只。 电 容 0.1uF—1只，10 uF—2只，100 uF—1只。 三极管 3DG12—1只。 其 它 发光二极管—2只，共阴极显示器—3只。