1、四人智力競賽搶答器課程設計報告一、設計題目題目：四人智力競賽搶答器二、設計任務和要求1）設計任務設計一臺可供4名選手參加比賽的智力競賽搶答器。 用數(shù)字顯示搶答倒計時間，由“9”倒計到“0”時，無人搶答，蜂鳴器連續(xù)響1秒。選手搶答時，數(shù)碼顯示選手組號，同時蜂鳴器響1秒，倒計時停止。2）設計要求(1)4名選手編號為：1，2，3，4。各有一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號對應，也分別為1，2，3，4。(2)給主持人設置一個控制按鈕，用來控制系統(tǒng)清零（搶答顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。(3)搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，該選手編號立即鎖存，并在搶答顯示器上顯示該編

2、號，同時揚聲器給出音響提示，封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。(4)搶答器具有定時（9秒）搶答的功能。當主持人按下開始按鈕后，定時器開始倒計時，定時顯示器顯示倒計時間，若無人搶答，倒計時結(jié)束時，揚聲器響，音響持續(xù)1秒。參賽選手在設定時間（9秒）內(nèi)搶答有效，搶答成功，揚聲器響，音響持續(xù)1秒，同時定時器停止倒計時，搶答顯示器上顯示選手的編號，定時顯示器上顯示剩余搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。(5)如果搶答定時已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效。系統(tǒng)揚聲器報警（音響持續(xù)1秒），并封鎖輸入編碼電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器顯示0。(6)

3、可用石英晶體振蕩器或者555定時器產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖信號，作為定時計數(shù)器的CP信號。三、原理電路設計：1、方案比較；方案一：搶答電路：使用74ls175作為鎖存電路，當有人搶答時， 利用鎖存器的輸出信號號將時鐘脈沖置零，74ls175立即被鎖存，同時蜂鳴器鳴叫1s，這時搶答無效，使用74ls148作為編碼器，對輸入的型號進行編碼，輸出4位的BCD碼，再將這四位的BCD碼輸入共陰數(shù)碼管里顯示出搶答者的編號。主持人電路：；利用74ls190計數(shù)器作為倒計時的芯片，當主持人按下?lián)尨鸢粹o時，74ls190被置九，同時將顯示上次搶到題目的選手編號的數(shù)碼管清零，并開始倒計時，并通過74ls48編碼器將

4、即時時間進行編碼，并送到7段共陰數(shù)碼管，顯示此時的時間。假如在9秒內(nèi)有人搶答，則計數(shù)器停止倒計時，將鎖存器鎖存，禁止選手搶答，蜂鳴器鳴叫一秒，停止倒計時。方案二：鎖存電路采用CD4042來觸發(fā)，如果用CD4042，則可以用低電平觸發(fā)，當有人搶答時， 利用鎖存器的輸出信號號將時鐘脈沖置零，CD4042 立即被鎖存，同時蜂鳴器鳴叫1s，這時搶答無效。此外當?shù)褂嫊r到0時，利用借位端來將鎖存器的信號置零。而不是像方案一那樣使用max/min端。對以上兩個方案進行比較可以發(fā)現(xiàn)，兩個方案均能理論上實現(xiàn)電路的功能，但是從實際情況看，CD4042比較少見，很難買到這個芯片，而74ls175則很常見，比較容易買

5、到。而在實際情況中，雖然74ls190的max/min端和同樣是借位端，當時只有半個周期的變化，并不能將時鐘信號置零，而max/min有一個周期的變化，所以用max/min比較合適。宗上所述，選擇第一個方案比較合理。2、電路流程圖；鎖存器電路編碼器電路譯碼器電路數(shù)碼管顯示倒計時電路編碼器電路數(shù)碼管顯示1khz脈沖電路1hz脈沖電路單穩(wěn)態(tài)電路蜂鳴器電路門單元電路選手搶答主持人按鈕整個電路如上圖所示，主要分為兩部分，一個是倒計時部分，一個是搶答電路，其中搶答器電路由鎖存器電路，編碼器電路，譯碼器電路，數(shù)碼管顯示電路組成，其中鎖存器電路可用1khz脈沖電路作為其時鐘端輸入脈沖，倒計時電路由倒計時芯片

6、，編碼器電路路，數(shù)碼管顯示電路，倒計時采樣1hz的脈沖作為時鐘信號輸入端。單穩(wěn)態(tài)電路可以控制蜂鳴器鳴叫的時間，按要求可設置為1秒鐘。3、單元電路設計；（1）、鎖存器電路的設計鎖存器電路采用以74ls175為中心的鎖存器系統(tǒng)，當4個搶答輸入端中出現(xiàn)低電平輸入時信號時，鎖存器立即鎖存，禁止搶答，其原本為4個高電平的輸出端也變成3高一低，可以利用一個4輸入與非門將其與非，再接一個非門后，可以與74ls175的時鐘信號相與非，使得CLK端的輸入信號為底電平，從而阻止其余選手的搶答，從而達到鎖存的目的74ls175的真值表如下：鎖存器的單元電路設計如下：（2）、編碼器電路的設計編碼器采樣74ls148作

7、為編碼芯片，將輸入的信號進行編碼，然后輸出2二進制碼，由于74ls175為優(yōu)先編碼其，故需要將其未用到的高優(yōu)先級的端和74ls175的輸出的4與非端進行連接，避免在無人搶答時輸出型號。74ls148的真值表如右圖：編碼器電路如下：（3）、譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路的設計搶答部分和倒計時部分的譯碼器均采用74ls48芯片，而數(shù)碼管則選擇與之相對應的7段共陰數(shù)碼管搭配，為避免電路過小，可在譯碼器與數(shù)碼管間接上拉電阻以增大電流，上拉電阻選用1k的9針排阻。譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路設計如下：74ls48的真值表如下：（4）、倒計時電路的設計倒計時電路采用74ls190作為倒計時芯片，并將其輸入端置九

8、，clk信號輸入端采樣1hz的信號輸入，同時可利用其借位輸出端MAXMIN來控制搶答端，并且可以讓電路在到零時保持。74ls190真值表如下：倒計時單元電路如下：（5）、時鐘電路的設計在本電路中需要兩種時鐘脈沖，一種是給74ls175提供的1khz脈沖信號，另一種是給倒計時電路74ls190提供的1hz，根據(jù)555多諧振蕩器的頻率計算公式：可以求得1hz的電路電阻均取47k，電容取10uf，而1khz電路的電阻取4.7k，電容取0.1uf。（6）、單穩(wěn)態(tài)電路及蜂鳴器的設計為保證蜂鳴器鳴叫時間為一秒，可以使用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路來實現(xiàn)，單穩(wěn)態(tài)電路的芯片可以選擇74ls123。根據(jù)74ls123的暫穩(wěn)態(tài)

9、計算公式：我們可以選擇R為36k，C為100uf，則在誤差許可范圍內(nèi)，鳴叫時間大約是1秒。74ls123的真值表如下：蜂鳴器采用有源蜂鳴器，為避免單穩(wěn)態(tài)電路輸出端電流不足，可以使用一個NPN三極管來驅(qū)動蜂鳴器鳴叫。單穩(wěn)態(tài)電路及蜂鳴器電路如下：4、電路工作原理;搶答電路：使用74ls175作為鎖存電路，當有人搶答時， 利用鎖存器的輸出信號號將時鐘脈沖置零，74ls175立即被鎖存，同時蜂鳴器鳴叫1s，這時搶答無效，使用74ls148作為編碼器，對輸入的型號進行編碼，輸出4位的BCD碼，再將這四位的BCD碼輸入共陰數(shù)碼管里顯示出搶答者的編號。主持人電路：；利用74ls190計數(shù)器作為倒計時的芯片，

10、當主持人按下?lián)尨鸢粹o時，74ls190被置九，同時將顯示上次搶到題目的選手編號的數(shù)碼管清零，并開始倒計時，并通過74ls48編碼器將即時時間進行編碼，并送到7段共陰數(shù)碼管，顯示此時的時間。假如在9秒內(nèi)有人搶答，則計數(shù)器停止倒計時，將鎖存器鎖存，禁止選手搶答，蜂鳴器鳴叫一秒，停止倒計時。5、整體電路。（具體清晰電路請詳見附件）電路元件清單：名稱及標號型號及大小封裝形式數(shù)量鎖存器74ls175DIP161個編碼器74ls148DIP161個譯碼器74ls48DIP162個計數(shù)器74ls190DIP161個4與非門74ls20DIP142個2與非門74ls00DIP141個非門74ls04DIP14

11、1個556NE556NDIP141個單穩(wěn)觸發(fā)器74ls123DIP141個復位開關SW-PBSW-PB5個電阻200AXIAL-0.35個47kAXIAL-0.32個35kAXIAL-0.31個4.7kAXIAL-0.32個10kAXIAL-0.31個10AXIAL-0.31個電容100ufRB.3/.61個10ufRB.2/.4一個104RAD-0.21個103RAD-0.12個九針排阻1kSIP92個7段共陰數(shù)碼管2個NPN三極管8050T092-A2個蜂鳴器1個四、電路和程序調(diào)試過程與結(jié)果：先按照設計圖各個單元電路進行仿真，并對各個電路的性能及波形進行測試，發(fā)現(xiàn)電路的缺點和不足之處，例如

12、74ls190的借位輸出端端雖然在倒計時到0時有低電平出現(xiàn)，但是時間只有半個周期，無法與信號與非，故不能用來和鎖存觸發(fā)器，必須用maxmin代替。當調(diào)試好各個單元電路時，對各個電路進行連接組裝，連接好后對電路總的性能進行調(diào)試，看各部分的功能能達到要求。本電路在連接后，經(jīng)測試，各部分的功能均能實現(xiàn)，顯示正確五、總結(jié)本電路使用了鎖存器，編碼器，譯碼器數(shù)碼管等構(gòu)成倒計時電路使用了74ls190等電路實現(xiàn)倒計時，并利用使能端及門電路，實現(xiàn)各項鎖存，鳴叫，清零等功能，總結(jié)如下：優(yōu)點：電路功能原理清晰，各項功能均達到了要求，顯示準確，反應靈敏，無競爭冒險現(xiàn)象，基本滿足了普通競賽的搶答要求。缺點：如果長按住

13、按鈕不放，主持人清零后將能獲得搶答權(quán)，且由于編碼器電路是優(yōu)先編碼器，所以如果兩人搶答時間間隔在1ms以內(nèi)，將出現(xiàn)編號靠前的選手獲得搶答權(quán)的情況。改進：可以更改促發(fā)器的類型，如使用jk觸發(fā)器代替，則長按無效，或者在搶答端添加一個發(fā)光二極管，當有人作弊，二極管就會亮，從而阻止選手長按按鈕的缺陷。心得體會：通過這次課程設計，我對于數(shù)字電路知識有了更深的了解，尤其是對數(shù)字邏輯芯片的性能和使用方面的知識有了進一步的研究。同時實物的制作也提升了我的動手能力，實踐能力得到了一定的鍛煉，加深了我對數(shù)字電路設計方面的興趣。理論與實踐得到了很好的結(jié)合。一，搶答器介紹：搶答器適用于各類知識競賽，文娛綜藝節(jié)目，尤其是

14、各類知識競賽，除了了可以把各搶答組號，違例組號，搶答規(guī)定時限，大體時間倒計時等在儀器等在儀器面板上顯示外，還可以接大屏幕顯示屏顯給觀眾，既可以活躍現(xiàn)場氣氛，又便于監(jiān)督，做到公平競爭。例如：三星智力快車等大家耳熟能詳?shù)墓?jié)目。二，功能要求：（1） 本例中的搶答器最多可供4名參賽選手使用，編號為14號，各隊分別用一個按鈕（分別為S1S4）控制，并設置一個由主持人控制的系統(tǒng)清零，加分控制開關S，倒計時開關。（2） 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能，并將鎖存數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示出來，同時蜂鳴器發(fā)出聲響，主持人清零后，聲音提示停止。（3） 搶答器先后的分辨率為1ms.（4） 開關S作為清零及搶答器控制開關，當開關

15、S被按下時，搶答電路清零，松開后則允許搶答。輸入搶答信號由搶答按鈕開關S1S4實現(xiàn)。（5） 有搶答器信號輸入（開關S1S4中任意一個開關被按下）時，顯示出對應的組別號碼，此時再按下其他任何一個開關無效，指示燈依舊“保持”第一開關按下時所對應的狀態(tài)不變。（6） 加分電路由主持人控制，每次加分為一分，如果一人答錯，則由剩下的人再搶答，直至回答正確為止，倒計時電路是20秒倒計時電路。三，總電路：四，使用說明：在總電路中，為了方便看圖，我只畫出了一號的號碼顯示電路，計分電路，聲音發(fā)生電路。二號，三號，四號，可以同理畫出。KeyA, KeyB, KeyC, KeyD分別表示四個選手臺上的搶答按鈕，Key

16、E表示由主持人控制的清零按鈕。X9為號碼顯示電路，X6為聲音發(fā)生電路。在X1的下面是計分電路，四個按鈕也是由主持人控制的，每按下一次加一分。最下面是倒計時電路。游戲規(guī)則是：主持人說出題目后，按下倒計時電路，四位選手搶答，當某位選手按下按鈕，其前面的燈亮起，并發(fā)出報警聲，松開開關報警聲停止，但燈繼續(xù)亮著。選手要在規(guī)定時間內(nèi)回答出答案，當回答完畢后，主持人按下KeyE，清零，燈滅。五，各部分電路具體分析：A:20秒倒計時電路本電路用二片74169可逆計數(shù)器級聯(lián)而成，通過ABCD引腳可以設定幾秒計時，再通過數(shù)碼顯示管顯示出數(shù)字。當QA,QB,QC,QD都為0時，計數(shù)器重置再次進行計數(shù)。B：聲音發(fā)生電

17、路當開關不閉合時，555電路不起振，沒有矩形波產(chǎn)生，揚聲器不發(fā)聲；當開關閉合時，555電路RST端口處于高電平，555電路起振，產(chǎn)生矩形波，揚聲器發(fā)聲，修改U11的頻率可以改變矩形波的頻率，聽到的聲音會不一樣。C：四位搶答器數(shù)顯搶答器由觸發(fā)器，顯示譯碼器，清零電路等組成，用二級管顯示搶答器燈的亮滅，有人搶答后控制D觸發(fā)器時鐘信號自動閉鎖其他人的信號傳送，使其他組再按開關時失去作用。不同的組對應燈的顏色，按下按鈕則對應的燈亮起。D：選手號碼顯示電路74192的預置數(shù)控制端實現(xiàn)預置數(shù)。E：選手計分電路用二片74161實現(xiàn)從099的計數(shù)功能。六：問題做課程設計時，對芯片的功能大多忘了，因為分了好多模

18、塊，單個模塊仿真時沒問題，但是放在一起仿真時就有問題了，就說那個倒計時電路，在一起仿真時，開關閉合后，數(shù)字顯示不能自動倒計時，查了書，自己摸索，然后發(fā)現(xiàn)這個跟頻率有關，頻率高是計數(shù)器能自動計數(shù)，當頻率低時，只有當開關閉合一次，數(shù)字才跳轉(zhuǎn)一次。七：設計感想這次課程設計歷時一個月，通過運用EDA設計四路搶答器程設計，發(fā)現(xiàn)自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實踐經(jīng)驗還是比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力還急需提高。在這個過程中，我也曾經(jīng)因為實踐經(jīng)驗的缺乏失落過，也曾經(jīng)仿真成功而熱情高漲。生活就是這樣，汗水預示著結(jié)果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。雖然這只是一次的極簡單的課程制作

19、（四路搶答器），可是平心而論，也耗費了我不少的時間和精力，通過這次課程設計，我想說：為完成這次課程設計我確實很辛苦，但苦中仍有樂。當我遇到不會的時候就查書，詢問同學，一起討論，最終把問題解決。這個是最重要的。當我制作成功的時候，當我連好線，按下按鈕，LED亮了起來，喇叭響起的是我一生以來最好聽的聲音，我的心中就不免興奮，不免激動。以前種種艱辛這時就變成了最甜美的回憶！ 對我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學無止境的道理。我們每一個人永遠不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設計必將成為我人生旅

20、途上一個非常美好的回憶！四人智力搶答電路一、設計任務與要求1.設計任務設計一臺可供4名選手參加比賽的智力競賽搶答器。 用數(shù)字顯示搶答倒計時間，由“9”倒計到“0”時，無人搶答，蜂鳴器鳴響。選手搶答時，數(shù)碼顯示選手組號，同時蜂鳴器鳴響，倒計時停止。2.設計要求（1）4名選手編號為：1，2，3，4。各有一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號對應，也分別為1，2，3，4。（2）給主持人設置一個控制按鈕，用來控制系統(tǒng)清零（搶答顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。（3）搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，該選手編號立即鎖存，并在搶答顯示器上顯示該編號，同時揚聲器給出音響提示，封鎖輸

21、入編碼電路，禁止其他選手搶答。搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。搶答器具有定時搶答的功能。（4）當主持人按下開始按鈕后，定時器開始倒計時，定時顯示器顯示倒計時間，若無人搶答，倒計時結(jié)束時，揚聲器響。參賽選手在設定時間（10秒）內(nèi)搶答有效，搶答成功，揚聲器響，同時定時器停止倒計時，搶答顯示器上顯示選手的編號，定時顯示器上顯示剩余搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。(5)如果搶答定時已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效。系統(tǒng)揚聲器報警，并封鎖輸入編碼電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器顯示0。二、總體方案1.工作原理：本電路圖是用D觸發(fā)器和與非門組成的，555電路提供CP脈沖，主要提供給倒計時的脈沖。1,2,3,4按鈕為搶答者按鈕，Space按鈕為主持人復位按鈕。當沒有人搶答時，按鈕1,2,3,4均為高電平，這時芯片雖然有連續(xù)脈沖輸入,但74LS373的輸出端Q1-Q4均為1，發(fā)光二極管不亮，蜂鳴器輸入端為高電平，所以發(fā)聲。當有人搶答時，例如1鍵被按下時，在CP脈沖作用下，Q1立即變?yōu)?，發(fā)光二極管被點亮，同時蜂鳴器發(fā)聲，在經(jīng)反向后，控制脈沖不能再作用到觸發(fā)器，即使其他搶答者按下按鈕也將不起作用。倒計時結(jié)束時，在沒人回答的情況下，74LS192芯片通過反饋給