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多路智力抢答器课程设计一、选题的意义在现代社会生活中，智力竞赛作为一种生动活泼的教育形式和方法能够引起观众极大的兴趣。而在竞赛中往往分为几组参加，这时针对主持人提出的问题，各组一般要进行必答和抢答，对必答一般有时间限制，到时有声响提示；对于抢答，要判定哪组先按键，为了公正，这就要有一种逻辑电路抢答器作为裁判员。抢答器是竞赛问答中一种常用的必备装置,从原理上讲,它是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑电路和时序电路。抢答器的发展也是比较快的，从一开始的光具有抢答锁定功能的一个电路，到现在的具有倒计时、定时、自动（或手动）复位、报警（即声响提示，有的以音乐的方式来体现）、屏幕显示、按键发光等多种功能的技术合并，这就可以说明其多种功用及发展的快速。当今智力竞赛抢答器、有锁定功能抢答器、多功能智力抢答器……可以说是多不胜数。抢答器适用于各类知识竞赛、文娱综艺节目，尤其是在电视上的各种知识竞赛，除了可以把各抢答组号、违例组号、抢答规定时限、答题时间倒计时/正计时在仪器面板上显示外，还可外接大屏幕显示屏显示给赛场与观众，活跃现场气氛，便于监督，公平竞争。二、总体方案1设计目的（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。2设计要求：a抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0~S7表示。b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。c抢答器具有锁存与显示功能。d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（如30秒）。e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，能显示选手的编号，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“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；选手抢答按键主持人控制秒脉冲产生优先编码时序控制定时电路译码显示锁存功能译码显示报警电路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。三、基本原理电路1原理与分析其工作原理为：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。2原理框图图3-2四、电路设计1、抢答电路图4-1数字抢答电路工作原理：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开关重新拨到“清除然后再进行下一轮抢答。74LS148为８线－３线优先编码器。74LS148的功能真值表2、定时电路图4-2可预定时间的定时的电路工作原理：如图所示，分为两个部分，一是秒脉冲，由555定时器构成的多谐振荡电路，根据公式振荡周期为T=0.7（R1+2R2）C，可计算出该振荡器的振荡周期为1秒，由于是矩形脉冲，所以一个周期内发光二极管会发一次光。另一部分是可预置时间的减计数器，对于预置端可以采用十进制8421BCD码设置，当555振荡器发出一个脉冲时，74LS192的CP-端就接受一个信号，在cp脉冲的上升沿预置数就开始自减，当各位减少到0时，BO2就会输出一个负脉冲，cp2-就会开始减少1，然后74LS192二开始再自减1，直到预置数最后变成00，最后在BO2输出一个周期的负脉冲。在时间未到时，BO2一直到是输出正脉冲，除非最后变成00时，才会输出负脉冲，这就可以作为定时到的信号，如果是时间到了，输出是零，时间不到，输出是1。另外，假如有选手按键的话，则最后不会计数器不会因为自减为00而最后输出负脉冲，而是应为秒脉冲输出与1Q的非相与后当作脉冲输入74LS192的。当没有选手按键时，1Q的非为0，所以cp脉冲就会停止输入，时间就会停止，所显示的时间就是该选手抢答的时间，但此时的定时到信号还是1。定时部分电路仿真图如下，又555定时器构成的多谐振荡器输出频率为1Hz，作为计数器的脉冲源，定时显示可实现30秒定时，此部分设计成功。3、报警电路图4-3报警电路工作原理：该报警电路有555定时器和三极管构成，有555定时器构成一个多谐振荡器，其输出信号可以经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，4端接高电平，振荡器正常工作，当为低电平时，振荡器停止工作，不会发声。因为来一个高电平是该报警电路会发声，但是只有在一个周期内发声，这个周期非常短，只是多谐振荡器的一个周期，只有一秒钟，所以中间需要加一个单稳态触发器，根据555构成的单稳态触发器的功能原理，这样可以延长这个周期，是发声信号加长，该定时器用到的电阻是30kΩ，电容是100uf，根据公式计算得到的周期是3秒。4、时序控制电路图4-4时序控制电路工作原理：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，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当设定的抢答时间根据上面的功能要求以及各图所示，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的输人使能端。图八的工作原理是：主持人控制开关从清除位置拨到开始位置时，来自于图六中的74LS279的输出1Q=0，经G3反相，A＝1，则时钟信号CP能够加到74LS192的CP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ST=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ST=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0，1Q=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，其工作原理如下：当主持人将开关拨到开始键时，S信号从0变成1，是上升的，但是定时到信号还是1，Yex由于74LS148已经开始工作所以为0，所以根据74LS121功能表可以看到PR会有一个高电平输出，所以扬声器就会发出声音。在最后结束时候，如果没有选手按键但是时间已经结束，这时候S是1，Yex因为没有选手按键而为1，而又因为定时到信号而又有一个负脉冲输入，所以PR会输出一个正脉冲，从而使扬声器发声。假如有选手按键，Yex会从1变成0，定时到信号还是1，所以最后也会有一个正脉冲输出，扬声器也会发生的。五、心得总结通过课程设计，发现自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。此次课程设计的过程中我遇到了许多挫折,如软件使用中的很多问题,但我认为挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆。从拿到题目到具体设计，从理论到实践，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如555电路的周边元件参数的计算……通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。我希望学校能多给我们一些动手实际操作的机会,多安排一些时间,我想我们会学到更多实践相关的知识.此设计由于我们的学业不精和时间等客观问题，未能使设计达到完善，还有很多缺点和错误，希望老师能提出改进意见，谢谢老师对我们的辛勤栽培。六、实验仪器设备1.数字实验箱。2.集成电路74LS1481片，74LS2791片，74LS483片，74LS1922片，NE5552片，74LS001片，74LS1211片。3.电阻510Ω2只，1KΩ9只，4.7kΩl只，5.1kΩl只，100kΩl只，10kΩ1只，15kΩ1只，68kΩl只。4.电容0.1uF1只，10uf2只，100uf1只。5.三极管3DG121只。6.其它：发光二极管2只，共阴极显示器3只。七、主要参考资料［1］姜书艳，《数字逻辑设计及应用》，北京:清华大学出版社2007［2］历雅萍、易映萍编，《电子技术课程设计》，机械工些出版社2006［3］彭介华主编，《电子技术课程设计指导》，高等教育出版社2006