智能抢答器的设计

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沈阳航空航天大学

课程设计

（说明书）

智能抢答器的设计

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班级 / 学号 /20

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学生姓名王纪尧

指导教师李智慧

沈阳航空航天大学

课程设计任务书

课程名称电子线路课程设计

课程设计题目智能抢答器的设计

课程设计的内容及要求：

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一、设计说明与技术指标

用数字电路设计一个具有锁存与显示功能的8人抢答逻辑电路。

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。

二、设计要求

1．在选择器件时，应考虑成本。

2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。

3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。

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三、实验要求

1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。

2．进行实验数据处理和分析。

四、推荐参考资料

1. 童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2006年

五、按照要求撰写课程设计报告

成绩指导教师日期?

一、概述

在各种智力竞赛场合，抢答器是必不可少的最公正的用具。在我们各种竞赛中我们也经常能看到有抢答的环节，某些举办方采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性，而抢答器的应用就能避免这种弊端。

今天随着科技的不断进步抢答器的制作也更加追求精益求精，人们摆脱了耗费很多元件仅来实现用指示灯和一些电路来实现简单的抢答功能，使第一个抢答的参赛者的编号能通过指示灯显示出来，避免不合理的现象发生。但这种电路不易于扩展，而且当有更高要求时就无法实现，例如参赛人数的增加。随着数字电路的发展，数字抢答器诞生了，它易于扩展，可靠性好，集成度高，而且费用低，功能更加多样，是一种高效能的产品。而如今在市场上销售的抢答器大多采用可编程逻辑元器件，或利用单片机技术进行设计，本次设计主要利用常见的74LS系列集成电路芯片和555芯片，并通过划分功能模块进行各个部分的设计，最后完成了八路智力竞赛抢答器的设计。

二、方案论述

图1 智能抢答器电路的原理框图

设计一个智能抢答电路，原理图如图1所示，电路主要包括抢答电路模块和倒计时电路模块两部分。其中抢答电路完成基本的抢答功能，即主持人按下控制开关后，当选手按动抢答键时，数码管显示选手编号，但是只要主持人没有按下控制开关，选手抢答无效。倒计时电路模块完成定时抢答的功能以及报警功能，同时封锁输入电路，控制其他选手抢答无效。图1所示电路的工作过程是：接通电源后，主持人将控制开关置于“清除”处，此时抢答器处于禁止状态，选手不能进行抢答，定时显示器显示设定的时间（30s），当主持人将控制开关置于“开始”时，抢答器处于工作状态，同时定时器开始倒计时。当选手在规定时间内按动抢答键时，电路要完成以下功能：

（1）优先编码电路判断抢答选手的编号，并由锁存器进行锁存，然后通过译码显示电路在数码管显示电路上显示抢答者的编号，并且LED灯工作，给出抢答完毕信号；

（2）传输门电路对优先编码器进行封锁，禁止其他选手进行抢答；

（3）传输门电路要使定时器停止工作，数码管上显示剩余的抢答时间，当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关进行系统清零，使系统恢复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统将报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。

三、电路设计

1.倒计时电路模块

图2 倒计时模块原理图

倒计时模块由两片74LS192可逆十进制计数器和译码电路构成。LED数码管接收来自74LS192的输出信号并显示出来。74LS192的9，10，11，15引脚完成时间设定功能，本设计定时为30秒，所以把左边的芯片的1，15引脚接高电位，其余的全接低电位，使计时器的初始时间设定为30秒。该电路主要完成两个功能：一是显示倒计时时间示数；二是当有选手抢答完毕，禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程为：抢答开始前，74LS192的置数端为低电位，处于初始状态，数码管显示为30，5引脚接高电位。抢答开始后，秒脉冲推动U7开始倒记时，同时U7产生的信号由13引脚输出，做为U6的CP信号推动U6倒记时，完成十进制的倒记时功能。当有人抢答后U1的15引脚输出为1，经过非门U12后变为0，通过与门U13屏蔽了555脉冲秒信号，停止记时，完成显示抢答时间的功能，同时U6的13引脚产生低电位信号，进过非门U13，变为高电位，反馈到优先编码器U13的5引脚，使优先编码器不工作，实现了当有一人抢答完毕时，其他人抢答无效的功能，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，只要有一组选手先按下抢答器，就会将编码器锁死，不再对其他组进行编码。当计到了30秒时，U6产生的定时时间到信号输出为低电位，也屏蔽了秒信号，使得数码管显示为00。如有再次抢答需由主持人将控制开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。

2.抢答电路模块

图3 抢答模块原理图

抢答电路模块使用优先编码器74LS148，两片锁存器74LS279和译码器74LS48来完成，原理图如图3所示。该电路主要完成功能：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（显示电路采用七段数字数码显示管），同时有相应发光二极管点亮和数码显示。

74LS148的输入端和输出端低电平有效。0I~7I是输入信号，2Y~0Y为三位二进制编

码输出信号，S I＝1时，编码器禁止编码，当S I＝0时，允许编码。S Y是技能输出端，

Y为优先编码输出端，在S I＝0而只有在S I＝0，而0I~7I均无编码输入信号时为0。EX