数电课程设计方案八路抢答器

惠州学院

HUIZHOU UNIVERSITY

《数字电子技术基础》

——课程设计项目__ 八路抢答器 __ 专业_ _ 年级班别__ 姓名学号1 姓名学号2 姓名学号3 指导教师

2012年6月 25日

前言

智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，而抢答就是智力竞赛中非常常见的一种答题方式。抢答能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短的时间内，使人们迅速增加一些科学知识和生活常识。但是，在这类比赛中，对于谁先谁后抢答，在何时抢答，如何计算答题时间等等问题，若是仅凭主持人的主观判断，就很容易出现误判。所以，我们就需要一种具备自动锁存，置位，清零等功能智能抢答器来解决这些问题。在本次课程设计中，将主要设计一个供八人使用的定时抢答器，利用本次设计出的电路制造成的定时抢答器，即可轻松实现在八个人之间进行的抢答比赛中进行控制，使得这一活动更加趣味、公平。

目录

一设计目的 (4)

二设计课题及其技术要求

2.1基本功能 (4)

2.2拓展功能 (4)

三设计总体思路

3.1抢答器的组成框图 (5)

3.2具体电路 (7)

（1）抢答电路 (7)

（2）定时电路 (8)

（3）报警电路 (9)

（4）时序控制电路 (10)

（5）整机电路 (11)

四元件选择 (12)

五心得体会 (13)

附录：参考文献 (14)

一、设计目的

1、巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。

2、培养根据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册、图表和文献资料的自学能力。

3、通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件、电路组装、调试和检测等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。

4、学会简单电路的实验调试和性能指标的测试方法，提高学生动手能力和进行数字电子电路实验的基本技能。

二、其技术要求

2.1基本功能如下：

①设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队去参加比赛，他们的编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。

②给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灯灭）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，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一致保持到主持人将系统清零为止。

2.2拓展功能如下：

1) 抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设

定（如30s）。当节目主持人启动“开始”开关后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间0.5s左右。

2) 参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显

示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。

3) 如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，

系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。

三、设计总体思路

3.1抢答器的组成框图

定时抢答器的总体框图如图(1)所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选后的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能、

图(1)所示的定时抢答器的工作过程是，接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间；当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，扬声器给出声响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时；当定时时间到，却

没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：1．优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号。

2．扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意。

3．控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答。

4．控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。

当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。

图(1) 定时抢答器总体框图

3.2具体电路

①抢答电路

抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。选用优先编码器74LS148和RS 锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图(2)所示。其工作原理是，当主持人控制开关处于“清除”位置时，RS 触发器的R 端为低电平，输出端（4Q~1Q ）全部为低电平，于是74LS48的BI =0，显示灯灭。74LS148的选通输入端ST =0,74LS148处于工作状态，此时锁存电路不公作。当主持人开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端7I ……0I 的输入信号，当有选手将键按下时（如按下S3），74LS148的输出012Y Y Y =010，EX Y =0，经RS 锁存器侯，CTR=1，BI =1,74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST 端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其他按键的输入。当按下的键松开后，74LS148的EX Y 为高电平，但由于CTR 维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其他按键的输入信号不会被接受。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关S ，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。

图(2)抢答电路

②定时电路

节目主持人根据抢答器的难易程度，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，选用十进制同步加/减计数器74LS192进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。具体电路如图(3)所示，

图(3) 可预置时间的定时电路

③ 报警电路

由555定时器和三极管构成的报警电路如图(4)所示。其中555构成多谐振荡器震荡频率

C R R C R R f )2(43

.12ln )2(102121+≈+=

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(4)报警电路

④时序控制电路

时序控制电路时抢答器设计的关键，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。

根据上面的功能要求以及图(2)和图(3)，设计的时序控制电路如图(5)所示。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的输入使能端ST。图(5)A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，来自于图(2)

中的74LS279的输出CTR=0，经G2反相，A=1，则从555输出端

CP时钟输入端，定时电路进来的时钟信号CP能够加到74LS192的D

行递减计时。同时，在定时时间未到时，来自于图(3)中74LS192的BO=1，门G2的输出ST=0，使74LS148处于正常工作借位输出端2

状态，从而实现第一个功能的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，CTR=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ST=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，从而实现第三个功能的要求。74LS121用于控制报警电路及发声的时间。

A 抢答与定时电路的时序控制电路

B 报警电路的时序控制电路

图(5) 时序控制电路

⑤整机电路

定时抢答器的主体逻辑电路如图(6)所示。

图(6) 定时抢答器的主体逻辑电路

四、元件选择

序号元件名称型号数量

1 六门反相器SN74HC04N 1

2 双4输入与门HD74LS21P 1

3 4线—七段译码器HD74LS48P 3

4 8线—3线优先编码器SN74HC148N 1

5 十进制计数器CD74HC192E 2

6 RS触发器SN74LS279AN 1

7 555定时器NE555P 2

8 单稳态触发器DM74121N 1

9 陶瓷电容0.1μF 2

10 电解电容10μF 1

11 电解电容100μF 1

12 电阻1KΩ 1

13 电阻15KΩ 2

14 电阻68KΩ 2

15 电阻510 Ω 4

五、心得体会

数电的课程结束后，接下来的是课程设计，刚开始时，对项目的选取举棋不定。因为刚刚接触数电时，学的是逻辑、学的是芯片，74、74、74……听到最多的，但很陌生，所以很纠结项目的选定，经小组讨论决定，选最接近娱乐生活用的八路抢答器。选定项目后，就开始去摸索所学的74系列各芯片的相关设置与功能。在前几次课程实验后，对相关芯片有所了解，所以就可以很快得开展电路设计、仿真、调试……整整用了两天。由于对电路有所把握，所以在实验室搭建电路验收很顺利。这次实践的机会让我们认识到实践是检验真理的唯一标准，在实际中遇到突发的情况也能随机应变，即时想出对策，而且能运用周围的现有的材料改变本来的电路，但不改变原理。虽然整个过程艰苦，但这次的动手机会让我获益良多，从实践能力和意志品质方面都有了进一步的提高。

确实，学电子类的靠技术吃饭，要多动脑，多动手实践才能真正去把握，仅仅学理论是行不通的，接下来，我们会在学好各专业知识外，加强动手实操，培养自己与电子的相关技术。

非常感谢老师的耐心授课与指导，给予我们这么好的锻炼机会。谢谢老师。

附录：参考文献

[1] 阎石. 《数字电子技术基础》.高等教育出版社

[2] 童诗白.《模拟电子技术基础》.高等教育出版社

[3] 魏晓慧.《电子工艺技能实训》.科学出版社

[4].穆秀春.《从Protel到Altium Designer》.电子工业出版社

[5].藤井信生（日）薛培鼎（译）.《电子实用手册》.机械工业出版社