4路抢答器
单片机四路抢答器的设计
第一章绪论1.1单片机介绍单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。
单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。
最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。
INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。
现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。
手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。
而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。
汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。
概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可......用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。
数字四路抢答器设计方案
数字四路抢答器设计方案介绍数字四路抢答器是一种常用于教育培训、比赛答题等场合的设备，其作用是指示哪个参赛者按下按钮抢答、以及谁率先抢答成功。
本文档将介绍数字四路抢答器的设计方案。
设计背景基于教育和比赛的需要，越来越多的场合需要使用抢答器来提高效率和公正性。
而数字化的抢答器相比于传统的机械式抢答器具有更高的精度和易用性，因此在市场上越来越受欢迎。
数字四路抢答器是一种常见的数字化抢答器，其能够为教师、裁判提供一种简单、准确、实用的抢答解决方案。
设计思路数字四路抢答器主要由以下部分组成：按钮、指示器、控制器。
具体的设计思路如下：按钮数字四路抢答器需要配备四个按钮，分别对应四个参赛者。
当任意一个参赛者按下按钮后，系统会进行响应，并指示哪个参赛者按下了按钮。
指示器数字四路抢答器需要配备一个指示器，用于指示哪个参赛者率先抢答成功。
指示器可以是LED灯、端口提示音等。
控制器数字四路抢答器需要配备一个控制器，用于控制按钮、指示器等功能的运行。
控制器可以使用单片机、传感器等元件来实现。
通过单片机的编程，可以实现响应按键事件、控制指示灯等功能。
设计要点设计数字四路抢答器的过程中，需注意以下关键点：稳定性抢答系统的稳定性是其最基本的设计要求之一。
在使用过程中，系统必须极具稳定性、可靠性，确保不会出现不必要的故障和错误。
在设计过程中，需要对抢答系统进行充分测试和优化，以保证其高效运行。
实用性数字四路抢答器的实用性是设计的另一项重要目标。
系统需要具备直观、简单、易操作等特点，确保教师、裁判能够方便地使用抢答器。
此外，系统还需要具有较高的适应性，可以扩展适应不同场合。
硬件选型在设计数字四路抢答器时，硬件选型将起到决定性作用。
对于不同的应用场合，不同的硬件选型将产生不同的效果。
因此，在进行硬件选型时，需要充分考虑到项目的实际需求和预算等因素。
设计实现数字四路抢答器的设计实现可以采用以下步骤：1.选用合适的硬件元件，如单片机、开发板、LED灯、按键、电源等。
四路抢答器电路组成及工作原理(含电路图)
电路组成及工作原理四路竞赛抢答器总电路原理图如图1所示。
图1 四路竞赛抢答器原理图1．抢答器电路原理：如图2，IO1，IO2，IO3，IO4分别为抢答器按钮的输入端，开始抢答，假设IO1抢答成功，通过四D触发器输出Q1=1，Q1’=0，而Q 2’=Q3’=Q4’=1,通过四输入与非门后，输出高电平，再经过反相器输出低电平，再经过两输入与非门，输出低电平，此时四D触发器处于保持状态，并且其他按钮的输入不起作用，IO1的抢答信号被锁存。
此时LED1发光并且蜂鸣器发出响声。
其他抢答按钮同理。
图2 抢答器部分电路图2.计时电路原理：计时电路为两片74LS160用置数法构成的31进制计数器，因为可以为了让答题者直观的看到30S这个时间点，所以设置了31进制的计数器。
两片的四个输入端均接低电平，两片的输出端分别接七段译码管直接显示数字，高位的74LS160芯片的Q1Q2接到一个二输入的与非门（U8A）输出到计数器的LD端、三输入与非门端、反相器端。
输出到LD端是为了构成31进制计数器，当高位变为3时，计数器置0。
输出到三输入与非门（U9A）和时钟脉冲、开关的电平信号一起输入到与非门中，这就是为什么能控制计时的开始与暂停了，当开关输入低电平时，无论是否有时钟信号，时钟均不发生改变，此时时钟信号为无效信号；而当开关输入高电平时，U8A输出也为高，因此，时钟信号为有效信号，因此，凭借这样的类似锁存的电路，就可以控制计时的开始与暂停。
而当时间到了30s时，U8A输出为低电平，时钟信号又成为无效信号，时间被停止在30s，此时将U8A信号通过一个反相器输出到蜂鸣器，蜂鸣器发出响声。
图3 计时器电路3.555函数发生器：输出高电平时间：T1=(R1+R2)Cln2 输出低电平时间：T2=R2Cln2 振荡周期：T=(R1+2R2)Cln2图4 555函数发生器。
四路抢答器实验报告总结精简版
四路抢答器实验报告总结(精简版)一、实验目标本实验旨在通过电路设计及实践，掌握抢答器的工作原理及电路实现，理解并掌握基本的时间竞争和优先级判决原理。
二、实验原理抢答器是一种具有时间竞争特性的电路，其核心原理是优先级判决。
在抢答器中，每个参赛者都有一个独立的按钮和一个LED灯，当其中任意一个按钮被按下时，相应的LED灯会亮起，同时其他按钮即使被按下也不会有反应，直到下一次按下按钮为止。
三、实验步骤与问题解决1.电路设计：首先，我们根据抢答器的功能需求设计了电路图。
在设计中，我们采用了四个独立按键和四个LED灯，以及一个四输入的与非门。
与非门的作用是当任意一个输入为低电平时，输出为高电平。
2.电路搭建：按照设计的电路图，我们使用电子元器件在实验板上进行了搭建。
在搭建过程中，我们确保每个部件的连接都正确无误。
3.编程实现：我们使用微处理器对电路进行控制。
当按键被按下时，微处理器通过读取输入状态，控制与非门和LED灯的工作状态。
4.调试与测试：在完成电路搭建和编程后，我们对电路进行了调试和测试。
我们发现，当多个按钮同时被按下时，可能会出现LED灯闪烁或部分不亮的情况。
经过分析，我们发现这是由于微处理器的处理速度限制，无法同时处理所有按键的信号。
为了解决这个问题，我们优化了编程代码，采用轮询方式逐个处理按键信号，从而解决了同时按下多个按钮可能引起的闪烁和不亮问题。
四、实验结果与分析经过实验验证，我们的四路抢答器能够实现预期的功能。
在实验过程中，我们通过不断调整和优化电路设计和编程代码，解决了多个按键同时按下可能引起的闪烁和不亮问题。
这表明我们的抢答器在实现时间竞争和优先级判决方面具有较高的可靠性。
五、实验总结与展望通过本次实验，我们深入了解了抢答器的工作原理及电路实现方法，掌握了基本的时间竞争和优先级判决原理。
同时，我们也发现了一些可以进一步改进的地方。
例如，我们可以考虑采用更先进的微处理器或优化现有的编程算法，以提高抢答器的响应速度和处理能力。
四路抢答器EDA课程设计
EDA课程设计报告——四路抢答器一方案设计将该任务分成七个模块进行设计，分别为：抢答器鉴别模块、抢答器计时模块、抢答器记分模块、分频模块、译码模块、数选模块、报警模块，最后是顶层文件。
1.抢答器鉴别模块：在这个模块中主要实现抢答过程中的抢答功能，并能对超前抢答进行警告，还能记录无论是正常抢答还是朝前抢答者的台号，并且能实现当有一路抢答按键按下时，该路抢答信号将其余个绿抢答封锁的功能。
其中有四个抢答信号s0、s1、s2、s3；抢答使能信号s；抢答状态显示信号states；抢答与警报时钟信号clk2；系统复位信号rst；警报信号tmp。
2.抢答器计时模块：在这个模块中主要实现抢答过程中的计时功能，在有抢答开始后进行30秒的倒计时，并且在30秒倒计时后无人抢答显示超时并报警。
其中有抢答时钟信号clk2；系统复位信号rst；抢答使能信号s；抢答状态显示信号states；无人抢答警报信号warn；计时中止信号stop；计时十位和个位信号tb，ta。
3.数据选择模块：在这个模块中主要实现抢答过程中的数据输入功能，输入信号a[3..0]、b[3..0]、c[3..0]；计数输出信号s；数据输出信号y；计数脉冲clk2，实现a、b、c按脉冲轮流选通，在数码管上显示。
4.报警模块：在这个模块中主要实现抢答过程中的报警功能，当主持人按下控制键，有限时间内人抢答或是计数到时蜂鸣器开始报警，有效电平输入信号i；状态输出信号q；计数脉冲clk2。
5.译码模块：在这个模块中主要实现抢答过程中将BCD码转换成7段的功能。
6.分频模块：在这个模块中主要实现抢答过程中实现输出双脉冲的功能。
7.顶层文件：在这个模块中是对前七个模块的综合编写的顶层文件。
二单元电路设计（一）抢答模块1.VHDL源程序LIBRARY IEEE;--抢答鉴别模块USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY qdjb ISPORT(rst,clk2:IN STD_LOGIC;s0,s1,s2,s3:IN STD_LOGIC;states:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);tmp:OUT STD_LOGIC);END qdjb;ARCHITECTURE ONE OF qdjb ISSIGNAL ST:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINP1:PROCESS(S0,RST,S1,S2,S3,CLK2)BEGINIF RST='0' THENTMP<='0';ST<="0000";ELSIF CLK2'EVENT AND CLK2='1' THENIF (S0='1' OR ST(0)='1')AND NOT( ST(1)='1' OR ST(2)='1' OR ST(3)='1' ) THEN ST(0)<='1';END IF ;IF (S1='1' OR ST(1)='1')AND NOT( ST(0)='1' OR ST(2)='1' OR ST(3)='1' ) THEN ST(1)<='1';END IF ;IF (S2='1' OR ST(2)='1')AND NOT( ST(0)='1' OR ST(1)='1' OR ST(3)='1' ) THEN ST(2)<='1';END IF ;IF (S3='1' OR ST(3)='1')AND NOT( ST(0)='1' OR ST(1)='1' OR ST(2)='1' ) THEN ST(3)<='1';END IF ;TMP<=S0 OR S1 OR S2 OR S3;END IF ;END PROCESS P1;P2:PROCESS(STATES(0),STATES(1),STATES(2),STATES(3))BEGINIF (ST="0000") THEN STATES<="0000";ELSIF (ST<="0001") THEN STATES<="0001";ELSIF (ST<="0010") THEN STATES<="0010";ELSIF (ST<="0100") THEN STATES<="0011";ELSIF (ST<="1000") THEN STATES<="0100";END IF;END PROCESS P2;END ONE;2.仿真图：3.抢答鉴别模块符号图在这个模块中主要实现抢答过程中的抢答功能，并能对超前抢答进行警告，还能记录无论是正常抢答还是朝前抢答者的台号，并且能实现当有一路抢答按键按下时，该路抢答信号将其余个绿抢答封锁的功能。
四路抢答器电路组成及工作原理(含电路图)
电路组成及工作原理四路竞赛抢答器总电路原理图如图1所示。
图1 四路竞赛抢答器原理图1．抢答器电路原理：如图2，IO1，IO2，IO3，IO4分别为抢答器按钮的输入端，开始抢答，假设IO1抢答成功，通过四D触发器输出Q1=1，Q1’=0，而Q 2’=Q3’=Q4’=1,通过四输入与非门后，输出高电平，再经过反相器输出低电平，再经过两输入与非门，输出低电平，此时四D触发器处于保持状态，并且其他按钮的输入不起作用，IO1的抢答信号被锁存。
此时LED1发光并且蜂鸣器发出响声。
其他抢答按钮同理。
图2 抢答器部分电路图2.计时电路原理：计时电路为两片74LS160用置数法构成的31进制计数器，因为可以为了让答题者直观的看到30S这个时间点，所以设置了31进制的计数器。
两片的四个输入端均接低电平，两片的输出端分别接七段译码管直接显示数字，高位的74LS160芯片的Q1Q2接到一个二输入的与非门（U8A）输出到计数器的LD端、三输入与非门端、反相器端。
输出到LD端是为了构成31进制计数器，当高位变为3时，计数器置0。
输出到三输入与非门（U9A）和时钟脉冲、开关的电平信号一起输入到与非门中，这就是为什么能控制计时的开始与暂停了，当开关输入低电平时，无论是否有时钟信号，时钟均不发生改变，此时时钟信号为无效信号；而当开关输入高电平时，U8A输出也为高，因此，时钟信号为有效信号，因此，凭借这样的类似锁存的电路，就可以控制计时的开始与暂停。
而当时间到了30s时，U8A输出为低电平，时钟信号又成为无效信号，时间被停止在30s，此时将U8A信号通过一个反相器输出到蜂鸣器，蜂鸣器发出响声。
图3 计时器电路3.555函数发生器：输出高电平时间：T1=(R1+R2)Cln2输出低电平时间：T2=R2Cln2振荡周期：T=(R1+2R2)Cln2图4 555函数发生器。
四路抢答器原理
四路抢答器原理
四路抢答器是一种常见的教学辅助设备，它可以在教学、培训、考试等场合中起到很好的作用。
它的原理是通过电子技术实现多路同时抢答的功能，下面我们来详细介绍一下四路抢答器的原理。
四路抢答器由主控模块、无线接收模块、手柄模块和显示模块组成。
主控模块是整个抢答器的核心部分，它负责控制整个系统的工作。
无线接收模块负责接收来自手柄模块的信号，并将抢答结果传输给主控模块。
手柄模块是供学生使用的，学生可以通过手柄模块进行抢答。
显示模块用于显示抢答结果。
在使用四路抢答器时，首先需要将主控模块和无线接收模块进行配对，然后将手柄模块与无线接收模块进行配对。
接下来，学生可以通过手柄模块进行抢答，当学生按下手柄上的按钮时，手柄模块会发送信号给无线接收模块，无线接收模块再将信号传输给主控模块。
主控模块接收到信号后，会根据抢答时间的先后顺序进行排序，并将结果显示在显示模块上。
四路抢答器的原理实际上是利用了无线通信技术和微处理器技术。
无线通信技术使得手柄模块和无线接收模块之间可以进行远程通信，而微处理器技术则使得主控模块能够对接收到的信号进行处理和排序。
通过这些技术的应用，四路抢答器可以实现多路同时抢答的功能，为教学和考试等场合提供了便利。
总的来说，四路抢答器原理是通过无线通信技术和微处理器技术实现多路同时抢答的功能。
它的应用为教学和考试等场合提供了便利，可以有效提高教学和考试的效率，是一种非常实用的教学辅助设备。
四路抢答器的工作原理
四路抢答器的工作原理
四路抢答器是一种用于比赛或课堂互动的设备，它的工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 选择器工作原理：四路抢答器通常由一台主机和多个从机组成。
主机负责控制整个系统的运行，具有选题的功能。
从机用于抢答者按键进行抢答。
当选中一个从机进行答题时，主机通过选择器的工作原理确定并显示出抢答者的答题结果。
2. 按键传输原理：抢答者按下从机上的按钮，会产生一个电信号。
此信号通过电路传输给主机。
通常使用的是串行传输方式，通过数据线将按键信息传送给主机。
3. 选择器工作原理：主机内部有一个选择器，负责识别从机的信号。
选择器会扫描每个从机，当检测到有按键信号输出时，就会确定该从机为答题者，并停止扫描其他从机。
这样可以确保答题者能够被准确地识别和显示。
4.结果显示原理：当选择器确定答题者后，主机会根据答题者
信息，在显示屏上显示答题者的编号或名称，以确定答题者的身份。
通过上述步骤，四路抢答器能够准确地选择和显示答题者的答题结果，实现比赛或课堂互动的目的。
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数字逻辑电路课程设计报告
题目名称：4路抢答器
系院：
专业班级：
学生姓名：
完成日期：
摘要
数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。
优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。
通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。
经过布线、焊接、调试等工作后数字抢答器成形。
关键字：开关阵列电路；触发锁存电路；解锁电路；编码电路；显示电路
一，设计目的
本设计是利用已学过的数电知识，设计的4人抢答器。
（1）重温自己已学过的数电知识；
（2）掌握数字集成电路的设计方法和原理；
（3）通过完成该设计任务掌握实际问题的逻辑分析，学会对实际问题进行逻辑状态分配、化简；
（4）掌握数字电路各部分电路与总体电路的设计、调试、模拟仿真方法。
二，整体设计
（一）设计任务与要求：
1.抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛，分别用4个按钮S0
~ S3表示。
2.设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
3.抢答器具有锁存与显示功能。
即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED 数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。
选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
4.参赛选手在设定的时间内进行抢答，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的时间，并保持到主持人将系统清除为止。
5.如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效。
（二） 设计原理与参考电路
抢答器的组成框图
抢答器的一般组成框图如下图所示。
它主要由开关阵列电路、触发锁存电路、解锁电路、编码电路和显示电路等几部分组成。
1、开关阵列电路：该电路由多路开关所组成，每一名竞赛者与一组开关相对应。
开关应为常开型，当按下开关时，开关闭合；当松开开关时，开关自动弹出断开。
开关阵列电路触发锁存电路
编码电路
译码显示电路
解锁
电路
2、触发锁存电路：当某一组开关首先被按下时，触发锁存电路被触发，在对应的输出端上产生开关电平信息
同时为防止其他开关随后触发而造成输出紊乱，最先产生的输出电平反馈到使能端上，将触发电路封锁。
3、解锁电路：一轮抢答完成后，应将触发器使能端强迫置1或置0（根据芯片具体情况而定），解除触发锁存电路的封锁，使锁存器重新处于等待接收状态，以便进行下一轮的抢答。
4、编码电路：将触发锁存电路输出端上产生的开关电平信息转换为相应的8421BCD码。
5、显示电路：将编码电路输出的8421BCD码经显示译码驱动器，转换为数码管所需的逻辑状态，驱动LED数码管显示相应的十进制数码。
（1）开关阵列电路的设计
下图所示为4路开关阵列电路。
当任一开关按下时，对应输出为低电平，否则为高电平。
J1Key = A
J2Key = B
J3Key = C
J4Key = D
R1100 R2100 R3100 R4100 VCC
5V
IO1
IO2
IO3
IO4
开关阵列电路 （2）触发锁存电路的设计
下图所示为4路触发锁存电路。
图中，74LS373为8D 锁存器，74LS20为双-4输入与非门，74LS04为六-反相器。
开关阵列电路连接在锁存器输入端，当所有开关均未按下时，锁存器输出全为高电平， 的输出经4输入与非门和非门后的反馈信号为高电平，作用于锁存器使能端，使锁存器处于等待接受触发输入的状态；当任一开关按下时，输出信号中相应一路为低电平，则反馈信号变为低电平，作用于锁存器使能端，使锁存器被封锁，不再继续接受触发输入，输出保持在封锁前的状态。
四路触发锁存电路
（3）解锁电路的设计
U1A
74LS20N
&
U2
74LS373N
1D 32D 43D 74D 85D 136D 147D 178D
18
~OC 1
ENG 11
1Q 22Q 53Q 64Q 95Q 126Q 157Q 168Q
19
J1Key = A J2Key = B J3Key = C J4
Key = D
R1100 R2100 R3100 R4100
VCC
5V
U3A
74LS04N
下图所示为解锁电路，开关为常开开关。
当开关打开时，中的低电平输出经4输入与非门和非门，再经过2输入或门后反馈至锁存器使能端，使锁存器被封锁；当开关闭合后，2输入或门的输出被强制设为高电平，送至锁存器使能端使得锁存器重新处于等待接受触发输入的状态。
解锁电路
（4）编码电路的设计
下图所示为编码电路。
图中74LS147为二-十进制优先编码器，当任意输入为低电平时，输出为相应输入编号的8421BCD 码的反码，再经非门后被转换为8421BCD 码。
U1
74LS147N
HPRI/BCD A 9B 7C 6D
14
31341522121118574639
10
U2A
74LS04N
U2B
74LS04N
U2C
74LS04N
U2D
74LS04N
U4A
74LS32D
>=1
VCC
5V
R9
100
J9
Key = Space
OUT
IN
非门输出信号
至锁存器使能端
编码电路
（5）译码显示电路的设计
下图所示为译码显示电路。
图中CD4511为显示译码驱动器，LC5011为共阴极数码管。
输入的8421BCD 码经显示译码后驱动数码管，显示相应的十进制数码。
译码显示电路
4人抢答器总体电路
GND
U10
74LS47N
A 7
B 1
C 2
D 6
OA 13OD 10OE 9OF 15OC 11OB 12OG
14
~LT 3
~RBI 5
~BI/RBO 4GND
8
VCC 16U11
A B C D E F G
CA
32
313029201917VCC
22GND
VCC
三，实验总结
经过这一次的课程设计，我对数字电子这门课程及相关知识有了更深入的理解和体会，同时也很好的把握理论知识并将其应用于实践当中。
在此次的抢答器设计过程中，我更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。
也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。
通过这一次的课程设计，使自己清楚的知道了学以致用的真正含意。
我们学生必须要有实践的能力，而这一次的课程设计，使我看到
了自己在这个方面有很大的不足，必须加以提高。