四人智力竞赛抢答器课程设计Word文档格式.docx
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（1）4名选手编号为：
1，2，3，4。
各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。
（2）给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）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，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。
抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
（4）抢答器具有定时（9秒）抢答的功能。
当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响，音响持续1秒。
参赛选手在设定时间（9秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，音响持续1秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。
（5）如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。
系统扬声器报警（音响持续1秒），并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。
（6）可用石英晶体振荡器或者555定时器产生频率为1Hz的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。
三、原理电路和程序设计
1．数字抢答器总体方框图
如下图所示为总体方框图。
电路主要由脉冲产生电路、锁存电路、
编码及显示电路、倒计时电路和音响产生电路组成。
当有选手抢答时，优先判断，编号锁存，阻止其他选手抢答，然后编码，再将数字显示在显示器上同时产生音响。
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，而当主
持人将开关置“开始”状态，即当主持人宣布开始抢答时，倒计时电路启动由9计到0，选手在定时时间内抢答，如有选手抢答，倒计时停止。
当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示零。
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。
脉冲电路
主持人
译码器
数码显示
倒计时器
扬声器
.选手
锁存器
编码转换电路
2．方案选择
方案一：
电路大致可以由四个功能模块组成：
以锁存器为中心的编码显示
电路部分，脉冲产生电路部分，倒计时显示电路部分，音响电路部分。
在锁存器
为中心的编码显示电路部分中，由锁存器74LS373，编码器74LS148，显示器和门电路组成。
使用74LS373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零，74LS373立即被锁存，同时蜂鸣器鸣叫1s，这时抢答无效，使用74LS148作为编码器，对输入的型号进行编码，输出4位的BCD码，再将这四位的BCD码输入数码管里显示出抢答者的编号；
在脉冲产生电路部分中，
用555定时器予以实现，通过调节电阻的阻值最后得到符合要求的脉冲，因为可以通过改变电阻电容微调频率，取代了用分频器对高频信号进行分频，从而使电
路简单了；
在倒计时显示电路部分中，由计数器74LS190，显示器组成。
利用74LS190计数器作为倒计时的芯片，当主持人按下抢答按钮时，74LS190被置九，
同时将显示上次抢到题目的选手编号的数码管清零，并开始倒计时，，并通过74LS148编码器将即时时间进行编码，并送到数码管，显示此时的时间。
假如在
9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。
在音响电路部分中，由555定时器和电阻电容接合成多谐振荡器，产生所需要的脉冲，然后接入蜂鸣器构成。
方案二：
在脉冲产生电路部分中，用石英晶体振荡器予以实现，由于石英晶体的稳定性和精确性比较高，所以用其产生的脉冲信号更加稳定，同时在显示更能接近预定的值，受外界环境的干扰较少；
利用74LS190计数器作为倒计时的芯片，当主持人按下抢答按钮时，74LS190被置九，同时将显示上次抢到题目的选手编号的数码管清零，并开始倒计时，，并通过74LS148编码器将即时时间进行编码，并送到数码管，显示此时的时间。
假如在9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。
在音响电路部分中，由555定时器和电阻电容接合成多谐振荡器，产生所需要的脉冲，然后接入蜂鸣器构成。
选择结果：
方案一。
原因：
虽然用555定时器构成的多谐振荡器的稳
定性和精确性没有石英晶体振荡器高，但由于前者设计方便，操作简单，成为了设计时的首选。
3．单元电路设计
1）以锁存器为中心的编码显示电路
该单元电路可以分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时显示器显示相应的编号，并且可以禁止其他选手抢答。
电路原理：
首先使锁存器74LS373的三态允许控制端OC为低电平,即使其处于正常逻辑状态；
当锁存允许端ENG为高电平时，Q随数据D而变，当ENG为低电平时Q被锁存在已建立的数据电平。
当单刀双置开关置于“开始”端时，抢答器处于等待工作状态，当有
选手将键按下时（假如四号手），即把单刀双置开关置于“清除”端时，触发器74LS373的数据输入端4D输入低电平，相应地，触发器的数据输出端4Q置０。
锁存器锁存四号选手的输入的信号，并且阻止其他选手信号的输入。
同时使８线－３线优先编码器74LS148的EI处于低电平，使之处于工作状态。
低电平信号经由编码器74LS148编码成相对应的二制数，然后在显示器显示“4”，该抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
当74LS148的输入端EI=1时，
使74LS148处于禁止状态，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。
如有再次抢答需由主持人将开关重新置“清除”端后方可进行下一轮抢答。
锁存器74LS373的真值表如下：
OutputControl
EnableG
D
Output
L
H
×
QO
Z
L--低电平；
H--高电平；
X--不定态；
Q0--建立稳态前Q的电平；
OE--使能端，接地。
当G=“1”时，74LS373输出端1Q-8Q与输入端1D-8D相同；
当G为下降沿时，将输入数据锁存。
８线－３线优先编码器74LS148的真值表如下：
输入输出
EI
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
A2
A1
A0
GS
EO
1
D0-D7是输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，
EI是使能输入端，
EO是使能输出端，GS为优先编码输出端。
当输入EI=1时，禁止编码，输出（反码）；
A2,A1,A0全为1；
当输入EI=0时，允许编码，在D0-D7输入中，D7优先级最高，其余依此为D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0。
以锁存器为中心的编码显示电路如下：
2）脉冲产生电路：
该单元电路由555定时器和电阻电容接合成多谐振荡器，产生所需要的脉冲。
根据555多谐振荡器的频率计算公式：
f
（R12R2）Cln2
可以求得1hz的电路电阻均取470k，电容取10uf。
脉冲产生电路如下：
3）倒计时显示电路：
该电路采用十进制同步减计数器74LS190，主持人宣布开始时，按下按钮，同时使计数器置数为“9”，并在脉冲作用下开始倒计时并在显示器上显示，到零时停止。
计数器74LS90的真值表如下：
LOAD’CTEN’U／CLK’ABCDQAQBQCQD
D’
0×
×
abcdabcd
100↑×
加计数
101↑×
减计数
11×
保持
CLK时钟输入端（上升沿有效）CTEN计数控制端（低电平有效）
A～D并行数据输入端QA～QD输出端
LOAD异步并行置入控制端（低电平有效）
U/D加/减计数方式控制端
倒计时显示电路如下：
4）音响电路
该单元电路由555定时器和电阻电容接合成多谐振荡器，产生所需要的脉冲，然后接入蜂鸣器构成。
音响电路如下：
5）整个电路：
由以上几个单元电路就构成了所需功能的完整电路图如下：
4．555多谐振荡器的脉冲波形图：
5．电路元件选择：
名称
型号
数量
74LS373
1个
编码器
74LS148
计数器
74LS190
显示器
2个
555
定时器
LM555CM
2
与门
74LS08
3个
4
74LS21
或门
74LS32
非门
74F04
5个
电阻
4个
电容
单刀双置开关
蜂鸣器
四.工作原理
抢答电路:
当锁存器74LS373有信号输入时，通过与门74LS21将信号反馈回锁存器74LS373的使能端ENG,此时74LS3737立即被锁存，同时蜂鸣器鸣叫1s，停止工作，这时抢答无效。
同时将低电平信号反馈回74LS190的倒计时输入端，
使其停止工作，保持剩余抢答时间。
当倒计时为零时，通过或门74LS32将信号反馈回编码器74LS148的使能端ENG，此时编码器74LS148停止工作，禁止有选手超时抢答。
停止倒计时，主持人通过单刀双置开关对锁存器74LS373和编码器74LS148的使能端的控制来清除锁存信号,从而使得抢答器继续工作。
当无选手抢答时,倒计时直到倒计为零为止,此时到零点的信号反馈回编码器74LS148，使其停止工作,此时选手再抢答无效,只有当主持人清零后再置为开始状态,才可以继续抢答。
然后使用74LS148作为编码器，对输入的型号进行编码，输出4位的BCD码，再将这四位的BCD码输入数码管显示出抢答者的编号。
主持人电路：
采用计数器74LS190作为倒计时的芯片，当主持人按下按钮时，
将74LS190的load输入端先置为高电平，将其置为1001，再通过开关，将load
输入端置为低电平，使其开始倒计时。
当主持人按下开始按钮时,蜂鸣器响，选手开始抢答,并且倒计时开始倒计,假如在9秒内有人抢答，则计数器停止倒计时，将锁存器锁存，其他选手抢答无效，蜂鸣器鸣叫一秒，数码管显示剩余时间
和选手的编码。
相反，假如在9秒内无人抢答时，倒计时数码管显示为0，蜂鸣器响，禁止选手抢答。
只有主持人再置为开始状态时,才可以继续抢答,倒计时从新工作,进入下一轮抢答。
五．总结
对该电路总结如下：
优点：
电路清晰，简单易懂，各功能模块基本上达到了要求，显示准确，反应灵敏，基本满足了四人智力竞赛抢答器的要求。
缺点：
因为缺少某些芯片而不得不用其他的芯片稍作改变充当相似的功能，也许这样做，可以基本满足要求，但是没有达到最好的效果。
其次，因为对理论知识没有透彻掌握和对仿真软件的不完全熟悉操作，以至于电路没有出现预期的效果，虽然基本上达到所要求的效果，但是还有一些地方没有达到，这是美中不足的地方，可是以目前的水平，只能这样了，有待以后改进。
改进：
第一，尽量用到适合的芯片；
第二，使整体布局更加合理、明确、美观；
第三，尽量做到使所有功能模块都达到所要求的那样，产生预期的效果。
心得体会：
通过这次课程设计：
首先，加深了我对数字电路知识的了解，尤
其是数字芯片的性能和使用。
其次，使我对数字电路设计更感兴趣，原来它是很奥秘的，一些电子功能可以通过组合各种各样的元器件，从而产生想要实现的功能，关键在于能够设计出符合要求的电路。
再次，使我对课本知识得到巩固和加强，毕竟课本知识是抽象的，只有真正在实践中利用它，做到学以致用，才能加深对它的理解，所以设计出这个题目后，我发现以前对课本有疑问的地方都随着在课程设计中豁然开朗了。
最后，加强了我思考和解决问题的能力。
由于知识水平的局限，该课程设计有一些不足的地方，真诚地希望老师给予批评和指正。
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