数字电路课程设计-智力竞赛抢答器

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1、1 摘摘 要要 在各种智力竞赛场合，抢答器是必不可少的最公正的用具。 通过本学年的数字电路技术的学习我们知道了它的原理 其实是比较简单的，主要就是通过四 D触发器 74LS175 为中心构 成编码锁存系统控制选手的抢答情况，再通过逻辑电路将输入开 关、脉冲及输出 LED 灯、数码管和扬声器连接起来即可。 电路 由主体电路和扩展电路两部分组成，主体电路主要由 74LS175， 即 4D 触发器来构成抢答锁存器，由主持人来控制 74LS175 的清 零端。当清零端为高电平“1”时，选手开始抢答，最先按键的选 手相应的 LED 发光二极管发光，并且扬声器发出声音，同时，由 3 个 Q 及门电路组成的

2、锁存电路来控制其他选手再按键时不再起 作用。 扩展电路主要包括秒脉冲发生电路和定时电路，并且在设 计中加入了报警电路，以提示选手和观众。 经 Proteus 仿真软件验证抢答器原理图无误，可实现设计所 要求功能。 关键词：关键词：三人智力竞赛抢答器、74LS175、脉冲、锁存器 2 目录 1 设计任务及要求3 2 设定系统方案3 3 单元电路设计、参数计算和器件选择.4 3.1 抢答电路设计4 3.2 定时电路设计6 3.3 报警电路设计.9 4 完整的电路图及电路的工作原理.10 4.1 完整电路图.10 4.2 工作原理10 5 心得体会 11 参考文献12 附录13 3 三人智力竞赛抢答

3、器人智力竞赛抢答器 1 设计任务及要求设计任务及要求 （1）设计一个供三人参赛的抢答器，能准确分辨、记录第一个有效按下抢答 键者，稍后的其他人按下开关则无效。抢答器具有显示功能，即选手按动按 钮，相应的 LED 发光二极管发光，同时扬声器发出声音。 （2）主持人没有宣布抢答开始时，抢答不起作用。主持人宣布抢答开始时， 按“开始”键，抢答开始，同时启动计时器计时； （3）计时器计时采用倒计数的方式，以加强现场气氛，增加紧迫感。若预定 时间内无人抢答，自动给出信号停止抢答，以免冷场。倒计数定时器的时间 可以随意预置； 电路具有回答问题时间控制功能， 要求回答时间小于等于 100 秒（显示为 99

4、到 0） ，当达到限定时间时，发出声响以示警告。 2 设定设定系统方案系统方案 电路大致可以由四个功能模块组成：以 4D 触发器 74LS175 为中心构成 编码锁存系统电路部分，脉冲产生电路部分，倒计时显示电路部分，报警电 路部分。在 4D 触发器构成的抢答锁存器中，由主持人来控制 74LS175 的清 零端。当清零端为高电平“1”时，选手开始抢答，最先按键的选手相应的 LED 发光二极管发光，并且扬声器发出声音，同时，由三个非 Q 及门电路组 成的锁存电路来控制其他选手再按键时不再起作用，这时抢答无效。 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

5、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 74LS192，数码管显示器组成。利 用 74LS192 计数器作为倒计时的芯片，当主持人按下抢答按钮时，74LS192 被置初始值，抢答时间开始倒计时，并通过 74LS48 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。假如在规定时间内无人抢答，即抢 答时间为 0 时，则计数器停止倒计时，将锁存器锁存，禁止选手抢答，抢答 时间数码管显示为 0，蜂鸣器鸣叫一秒；假如在规定时间内有人抢答，则计 数器停止倒计时，将锁存器锁存，禁止选手抢答，抢答时间停止倒计

6、时，蜂 鸣器鸣叫 0.5 秒，与此同时，回答时间开始倒计时，并通过 74LS48 编码器将 4 即时时间进行编码，并送到数码管，显示此时的时间，若规定时间内选手没 有回答完，则计数器停止倒计时，回答时间数码管显示为 0，蜂鸣器鸣叫一 秒。 在报警电路部分中，由 555 定时器和电阻电容接合成单稳态电路，产生 所需要的脉冲，然后接入蜂鸣器构成。 3 单元电路设计、参数计算和器件选择单元电路设计、参数计算和器件选择 3.1 3.1 抢答电路设计抢答电路设计 抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按按钮的先后，并锁存优先 抢答者的编号，用 LED 发光二级管显示表示；二是要使其他选手的按钮操作 无效。因此，选用 4D 触发器 74LS175、四输入端与非门 74LS20 和六组反相 器 74LS04 以及 LED 灯显示电路完成上述功能。 74LS175 是常用的四上升沿 D 触发器集成电路， 里面含有 4 组 D 触发器， 可以用来构成寄存器，抢答器等功能部件。当清除端 MR 为低电平时，输出 端 Q 为低电平。在时钟 CP 上升沿作用下，Q 与数据端 D 相一致。当 CP 为 高