四人智力竞赛抢答器课程设计报告

一、设计题目四人电子抢答器二、设计功能1 .基本功能（1）抢答器同时供4名选手比赛，分别用4个按钮key5 key8表示。（2）设置一个系统重置和抢答控制开关start（key1），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， 扬声器发出声响提示，并在数码管上显示选手号码。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。2. 扩展功能（1）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（30秒）。 当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。（2）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。（3）在设定的抢答时间内如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，3. 自主功能（1）抢答器具有自动计时功能，当有选手抢答答题时间（10秒）自动开 始。（2）报警电路设计：当答题时间和抢答时间将到或结束（还剩3秒时） 发出蜂鸣声结束答题。（3）每个选手有一个记分板，答对题目可以由主持人控制start键给予加 分。每加一分响一次。（4）长按start可以自动准备计时和系统清零，短按开始计时和暂停。三、原理电路设计：1、方案抢答电路：使用74175作为锁存电路，当有人抢答时，利用锁存器的输出 信号号将时钟脉冲置零，74175立即被锁存，同时蜂鸣器鸣叫1s，这时抢答无效， 使用74148作为编码器，对输入的型号进行编码。输出在共阳数码管显示主持人电路：（1）利用2个74168计数器作为倒计时的芯片，当主持人按下抢答按钮时， 2个74168被置29，同时将开始倒计时。假如在30秒内有人抢答，则计数器停 止倒计时，将锁存器锁存，禁止选手抢答，蜂鸣器鸣叫一秒，停止倒计时。（2）利用4个74160分别控制4位选手的得分，分别显示在4个共阳数码 管。每得1分响一下（3）start键输出后分为两路，一路是进入key模块，一路控制30秒倒计 时。其中为了区分重置计时电路和暂停计时电路。根据线路的特点，一个接到T 触发器进行短按控制，一个只接到除颤电路通过100hz的控制进行长按控制。显示电路和分频电路上课老师讲的很具体明了就不一一详叙。2、单元电路设计（1）、锁存器电路的设计锁存器电路采用以74175为中心的锁存器系统，当4个抢答输入端中出现低 电平输入时信号时，锁存器立即锁存，禁止抢答，其原本为4个高电平的输出端 也变成3高一低，可以利用一个4输入与非门将其与非，再接一个非门后，可以 与74175的时钟信号相与非，使得CLK端的输入信号为底电平，从而阻止其余选 手的抢答，从而达到锁存的目的74175的真值表如下：InputsOutputsGlaarClockDaq tLXXLHHTHHLHtLLHHLX%瓦锁存器的单元电路设计如下:inst7 r74148N N N N N N NN IMEarGsriAar-ahA2bACH5 .EF-JC-ODER74175W1Q2D1 AM3D2Q4D2QMSQ3flM4QCLRN4QMCLKdataO|.data2|.inzBt-5 REGISTER(2)、编码器电路的设计编码器采样74148作为编码芯片，将输入的信号进行编码，然后输出2二进 制码，由于74175为优先编码其，故需要将其未用到的高优先级的端和74175 的输出的4与非端进行连接，避免在无人抢答时输出型号。74ls148的真值表如 右图：编码器电路如下:(4) 、倒计时电路的设计1.30秒倒计时倒计时电路采用74168作为倒计时芯片，分别并将其输入端置2和9, clk信号输入端采样1hz的信号输入。同时可以使长按重置，短按暂停和开始。主 要是通过key板块的T触发器完成的。倒计时单元电路如下:2.10秒倒计时倒计时电路采用74168作为倒计时芯片，并将其输入端置9, clk信号输入端采样1hz的信号输入。然后在外部通过1、2、3、4的与门输入，key_done控制T触发器输出保持 脉冲再通过5、6、7号线的或门来控制一个开始的输入实现抢答后的自动开始计 时。I：宙W I：；世3I：:key done: : _J T0 :： I u：: G 塑? I：ristZr ;I：通过或非门、与门和或门的控制使得在倒计时器在倒数最后三秒时响。到0 时停止声响。(6)、记分电路通过4个74160的分别控制4个显示器。输入端时key板块后面的输出。mN7 p& L_J口EhEb. i COLihTEF.T 1 - FTIL D - y.：EE:3、整体电路。四、电路和程序调试过程与结果：本电路在连接后，经测试，各部分的功能均能实现，显示正确。五、总结本电路使用了锁存器，编码器等构成，倒计时电路使用了 74168等电路实现 倒计时，并利用使能端及门电路，实现各项锁存，鸣叫，清零等功能，总结如下：优点：电路功能原理清晰，各项功能均达到了要求，显示准确，反应灵敏， 无竞争冒险现象，基本满足了普通竞赛的抢答要求。缺点：必须长按选手键才能加分。心得体会.：1. 开始根据书上的提示想实现电子抢答器的基本功能，结果一个都不能实 现。然后利用仿真才知道书上的key板块电路的与非门和或门的使用是错的。改 正之后才能实现电子抢答器的基本功能。2. 在设计倒计时电路时，开始现在网上找到了一些资料。当时书上推荐的是 74190.最后经过试验，我感觉74168更能满足我的需要。在完成30秒倒数的时 候.我觉得不如在答题期间也加上一个10秒的倒数。对此，我开始也想大改一下 电路。后面一想也不用，就把原来的电路不显示就可以了。3. 在设计完倒计时电路之后，我参考了设计数字钟的报时功能，加以改进让 我的倒计时在倒数3秒的时候能倒计时。但是出现一个问题就是0秒的时候会一 直响，这样开始还没计数的时候会很麻烦。这个时候我加以取巧，使得在1秒的 时候才响。这样才算解决了这个问题。4. 设计加分器的时候，我开始设计的是每次加分是每个都加分，后面实在想 不出来，就用1、2、3、4号线分别控制一个74160.但是这样的话每次加分有一 套很复杂的按键顺序。后面删减了一些，变成长按选手键才能加分的结果。5. 设计完30秒倒计时的时候，要一个单独的按键才能置位，但是暂停还是 利用start键，然后我分析了一下，把reset键直接和start键用一条线。这样， 利用T触发器实现了长按start键重置时间，短按可以暂停和开始。这个有点类 似ios系统的清理后台软件。6. 最后我的一项设计就是完善倒计时电路，我想让每个倒计时都能自动开始。之前的30秒抢答器已经完成，就剩下10秒的抢答器。这次我用的是实验的 方法把我认为的可以完成这项自动开始的设计都试了一下。最后利用一个置位， 两个开始才能完成这个自动。在这一块的原理分析，我做的不是很好，主要是实 验，因为有些地方感觉和我原来在书里学的不太一样。通过这次课程设计，我很感谢老师在课程开始的时候对我们的基础指导，每 堂课都随堂解答同学们的疑问，。同时对于数字电路知识有了更深的了解，尤其 是对数字逻辑芯片的性能和使用方面的知识有了进一步的研究。感觉原来学的理 论知识结合了实践才是真正的学会了。而且，做完之后，看到自己的成果那么丰 富，我觉得那种收获的快乐很好，使得我对今后的学习更加充满兴趣。