1、四人智力竞赛抢答器四人智力竞赛抢答器 一、设计目的一、设计目的 1.掌握四人智力竞赛抢答器电路的设计、组装与调试方法。 2.熟悉数字集成电路的设计和使用方法。 二、设计任务与要求二、设计任务与要求 1、设计任务、设计任务 设计一台可供 4 名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。 用数字显示抢答倒计时间，由 “9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器连续响 1 秒。选手抢答时，数码显示选手组号，同 时蜂鸣器响 1 秒，倒计时停止。 2、设计要求、设计要求 (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
2、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
3、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、四人智力竞赛抢答器电路原理及设计三、四人智力竞赛抢答器电路原理及设计 1、设计方案设计方案 抢答器具有锁存、定时、显示和报警功能。即当抢答开始后，选手抢答按动按钮，锁存 器锁存相应的选手编码， 同时用 LED 数码管把选手的编码显示出来， 并且开始抢答时间的倒 计时， 同时用 LED
4、数码管把选手的所剩抢答时间显示出来。 而在选手按键抢答以及抢答时间 倒计时到时的时候都有报警以提醒主持人和选手。抢答时间设定 9 秒，报警响声持续 1 秒。 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 2、系统框图系统框图 当主持人宣布开始， 定
5、时电路开始秒脉冲电路的作用而进行倒记时， 并通过译码器在显 示器中显示。报警电路给出声音提示。当选手首先按某一开关键时，可通过触发锁存电路被 触发并锁存， 在输出端产生相应的开关电平信息， 同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱， 最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。 然后在译码器中译码， 将触发器输出的 数据转换为数码管需要的逻辑状态。 最后在显示电路中显示出所按键选手的号码。 若有多个 开关同时按下时， 则在它们之间存在着随机竞争的问题， 结果可能是它们中的任一个产生有 效输出。如图 1. 图 1 系统框图 3 3、方案比较、方案比较 方案 1：采用 CD4511 芯片作为抢答信号
6、的触发、锁存和译码输出。这样虽然比较简便， 但实际在实现锁存功能时比较繁琐难实现。 方案 2：采用 D 触发器和译码器来完成抢答部分。虽然元件较多，但在实现锁存功能时 可以简单的实现。 经过对比两方案的优缺点，决定采用抢答信号锁存简单实现的方案 2。然后利用软件 Multisim 来进行仿真调试，再进行逐步改进。 4 4、单元电路设计及元器件选择、单元电路设计及元器件选择 （1）抢答电路 电路如图 2 所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁定 74LS175 的功能真值表即优先抢答者的编号， 同时译码显示电路显示选手编号； 二是要使其他选手随 后的按键操作无效。 抢答按钮 触发器 锁存电路 译码电路 主 持 人 控 制开关 控制电路 报警电路 秒 脉 冲 产 生电路 定时电路 译码电路 显示电路 显示电路 图 2 抢答电路 其工作原理为：当主持人控制开关处于“清除”时，D 触发器的清零端为低电平，使 D 触发器被强制清零，输入的抢答信号无效。当主持人将开关拨到“开始”时，D 触发器 Q 非 端前一状态为高电平， 四个 Q 非端与在一起为高电平， 再和
