課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目:八路智力競賽搶答器設(shè)計(jì)初始條件：?教材：《電子線路設(shè)計(jì)?實(shí)驗(yàn)?測試》第三版謝自美主編華中科技大學(xué)出版社?元器件：74LS48三片，72LS192兩片，74LS279、74LS148、74LS00、74LS11、555各一片，數(shù)碼管三個(gè)，發(fā)光二極管一個(gè)，開關(guān)、電阻、電容若干，面包板，導(dǎo)線若干?仿真：Proteus仿真軟件要求完成的主要任務(wù):（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）?多路智力競賽搶答器功能要求：基本功能：1．設(shè)計(jì)一個(gè)智力競賽搶答器，可同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)參加比賽，他們的編號分別是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應(yīng)，分別是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。2．給節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（編號顯示數(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(dòng)搶答按鈕，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號，同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。擴(kuò)展功能：1．搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間可以由主持人設(shè)定。當(dāng)節(jié)目支持

人按下“開始”按鈕后，要求定時(shí)器立即倒計(jì)時(shí)，并在顯示器上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲

器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時(shí)間0.5s左右。2．參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。3．如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒有選手搶答，則本次搶答無效，系統(tǒng)短暫報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器上顯示00.報(bào)告要求：課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容要求用A4紙打印，且頁數(shù)不得少于20頁。時(shí)間安排：第20周理論設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)室安裝調(diào)試地點(diǎn)安排：鑒主15樓通信實(shí)驗(yàn)室一指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名：年月日摘要在各種智力競賽場合，搶答器是必不可少的最公正的用具。本次所設(shè)計(jì)的智力競賽搶答器可同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)參加比賽。電路由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成，分別由集成編碼器、計(jì)數(shù)器、鎖存器、定時(shí)器和必要的門電路等組成，其中主體電路的作用是完成主持人的控制系統(tǒng)清零與搶答開始功能以及完成參賽者的搶答并顯示其編號的功能，擴(kuò)展電路由控制電路，主要包括秒脈沖發(fā)生電路和定時(shí)電路，并且在設(shè)計(jì)中加入了報(bào)警電路，以提示選手和觀眾。經(jīng)Proteus仿真軟件驗(yàn)證搶答器原理圖無誤，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所要求功能。根據(jù)原理圖，在面包板上連接構(gòu)成實(shí)物。AbstractQuizinavarietyofoccasions,Answerisjustthemostessentialappliances.DesignedbyTheAnswerquizcanbeatthesametimeforeightplayersorteamstoparticipateineightgames.Circuitfromthemaincircuitandtheexpansionofthecircuitiscomposedoftwoparts,respectively,bytheintegrationofencoders,counters,latches,timersandnecessary,suchasgates,ofwhichtheroleofthemaincircuitiscompletedthecontrolsystemhostclearedwithAnswercontestantsbegantofunctionandthecompletionoftheAnsweranddisplaythefunctionofitsnumbertoexpandthecircuitbythecontrolcircuitry,includingpulsecircuitandtimingcircuit,andinthedesignofalarmcircuitisaddedinordertopromptplayersandspectators.ByProteusAnswersimulationsoftwaretoverifycorrectschematicdevicecanachievetherequireddesignfeatures.Accordingtotheprincipleofmapboardinconnectionconstituteakindofbread.目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"八路智力競賽搶答器的設(shè)計(jì) - 2 -\o"CurrentDocument"搶答器的功能要求 - 2 -整體設(shè)計(jì)思路 - 3 -\o"CurrentDocument"1.3單元電路的設(shè)計(jì) - 5 -1.3.1搶答電路設(shè)計(jì) - 5 -定時(shí)電路設(shè)計(jì) - 10 -1.3.3報(bào)警電路設(shè)計(jì) - 12 -1.3.4時(shí)序控制電路 - 12 -1．4搶答器整體電路 - 14 -電路仿真 - 16 -八路智力搶答器實(shí)物制作 - 17 -3.1面包板的使用 - 17 -電路板制作 - 19 -元器件清單 - 20 -小結(jié) - 21 -參考文獻(xiàn) - 22 -附錄八路智力競賽搶答器總圖 I八路智力競賽搶答器在各種智力競賽場合，搶答器是必不可少的最公正的用具。在我們各種競賽中我們也經(jīng)常能看到有搶答的環(huán)節(jié)，某些舉辦方采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會(huì)因?yàn)橹鞒秩说闹饔^誤斷造成比賽的不公平性，而搶答器的應(yīng)用就能避免這種弊端。隨著科技的飛速發(fā)展，能夠?qū)崿F(xiàn)搶答器功能的方式有多種，可以采用模擬電路、數(shù)字電路或模擬與數(shù)字電路相結(jié)合的方式以及利用微電腦芯片作為核心部件進(jìn)行邏輯控制及信號產(chǎn)生的單片機(jī)技術(shù)和C語言編程而設(shè)計(jì)的多路智力競賽搶答器。本設(shè)計(jì)將采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)一八路智力競賽搶答器。1八路智力競賽搶答器的設(shè)計(jì)搶答器的功能要求基本功能：設(shè)計(jì)一個(gè)智力競賽搶答器，可同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)參加比賽，他們的編號分別是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應(yīng)，分別是SO、SI、S2、S3、S4、S5、S6、S7。給節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（編號顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。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(dòng)搶答按鈕，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。擴(kuò)展功能：搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間可以由主持人設(shè)定。當(dāng)節(jié)目主持人按下“開始”按鈕后，要求定時(shí)器立即倒計(jì)時(shí)，并在顯示器上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時(shí)間O.5s左右。參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒有選手搶答，則本次搶答無效，系統(tǒng)短暫報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器上顯示OO.

1.2整體設(shè)計(jì)思路根據(jù)對功能要求的簡要分析，將定時(shí)搶答器電路分為主題電路和擴(kuò)展電路兩部分。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答器按鈕時(shí)，能顯示選手的編號，同時(shí)能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答及報(bào)警功能。比賽開始時(shí)，接通電源，節(jié)目主持人將開關(guān)置于“清零”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時(shí)顯示器上顯示設(shè)定時(shí)間。當(dāng)節(jié)目主持人宣布“搶答開始”，同時(shí)將控制開關(guān)撥到“開始”位置，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)。若定時(shí)時(shí)間到，卻沒有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。若選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答按鈕時(shí)，搶答器要完成以下四項(xiàng)工作：1.優(yōu)先編碼器電路立即分辨出搶答者的編號，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號；2.揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意；3?控制電路要對輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其他選手再次進(jìn)行搶答；4.控制電路要使定時(shí)器停止工作，時(shí)間顯示器上顯示剩余的搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當(dāng)選手將問題回答完畢時(shí)，主持人操作控制開關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。根據(jù)對功能要求的理解，設(shè)計(jì)了如下兩種方案。方案一系統(tǒng)框圖如圖1所示。鎖鴛譯碼七段數(shù)碼並不呂鎖鴛譯碼七段數(shù)碼並不呂圖1八路智力搶答器方案一設(shè)計(jì)框圖方案一所示搶答器工作過程：該方案是將搶答按鈕先直接與鎖存器而不是優(yōu)先編碼器相連，將最先搶答的選手的編號鎖定，再依次經(jīng)過優(yōu)先編碼器、譯碼器和七段顯示器，最后顯示的是搶答選手的編號，經(jīng)過優(yōu)先編碼器后的信號到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器又與報(bào)警電路直接連接，所以顯示編號的同時(shí)可以發(fā)出報(bào)警信號。另外由主持人控制開關(guān)和其他部分電路通過門電路實(shí)現(xiàn)對搶答電路、定時(shí)電路和報(bào)警部分電路的控制。方案二系統(tǒng)框圖如圖2所示。圖2八路智力搶答器方案二設(shè)計(jì)框圖方案二所示搶答器的工作過程：主持人按動(dòng)開始搶答的開關(guān)后，最先搶答的選手的電平信號先經(jīng)過優(yōu)先編碼器，再依次經(jīng)過數(shù)據(jù)鎖存器，此時(shí)已經(jīng)限制了其他選手的搶答，信號再經(jīng)過譯碼器和七段數(shù)碼顯示器，將最先搶答的該選手的編號顯示出來，并同時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號，到此完成的是搶答功能；如果沒有人搶答，30秒減計(jì)數(shù)器減到00時(shí)也會(huì)發(fā)出報(bào)警信號，此是完成計(jì)時(shí)功能。相比之下，第二種方案更好些。它的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：這種方案原理比較簡單。主持人對整體電路的控制只需幾個(gè)門電路就可完成，不必用特別的芯片來組成控制電路；更容易實(shí)現(xiàn)報(bào)警提示功能，在有選手搶答后或者計(jì)時(shí)開始和結(jié)束時(shí)。既減少了布線使整個(gè)電路更直觀簡單，又降低了產(chǎn)生錯(cuò)誤的可能性。

1.3單元電路的設(shè)計(jì)搶答電路設(shè)計(jì)搶答電路的功能有兩個(gè)：一是能分辨出選手按按鈕的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鈕操作無效。因此，選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279以及譯碼顯示電路完成上述功能，其引腳圖及真值表如下圖所示。74LS148引腳圖161574LS148引腳圖1615141312109—1234567圖3表1 74LS148真值表InputsOutputsEl01234567A2A1AOGSEOHXXXXXXXXHHHHHLHHHHHHHHHHHHLLXXXXXXXLLLLLHLXXXXXXLHLLHLHLXXXXXLHHLHLLHLXXXXLHHHLHHLHLXXXLHHHHHLLLHLXXLHHHHHHLHLHLXLHHHHHHHHLLHLLHHHHHHHHHHLH74LS148是一八線-三線優(yōu)先編碼器，該編碼器由8個(gè)信號輸入端，3個(gè)二進(jìn)制輸出端,輸入輸出均為低電平有效。EI為輸入使能端，低電平有效，當(dāng)EI為低電平時(shí)，編碼器處于工作狀態(tài)；EO為輸出使能端，只有在EI=O,且所有輸入都為1時(shí)，輸出為0；GS表征編碼器的工作狀態(tài)，當(dāng)且僅當(dāng)EI為低電平，且輸入至少有一各為有效電平時(shí)，GS才有效。因此，可根據(jù)EI、EO、GS功能擴(kuò)展端的特點(diǎn)，對電路進(jìn)行相應(yīng)控制。編碼器在搶答電路中功能是判斷搶答者的編號。圖474LS279引腳圖74LS279是由4個(gè)RS鎖存器組成，且均為與非門構(gòu)成的RS鎖存器。其中，1S和3S有兩個(gè)輸入端，S1和S2均為相與的關(guān)系。本設(shè)計(jì)中，將S2均接高電平，僅利用S1控制輸出。其引腳圖如圖四所示，下表為SR鎖存器的功能真值表，值得注意的是S和R不能同時(shí)為高電平，否則輸出不確定。表2 74LS279真值表InputsOutputS(1)RQ1JH*Qo74LS48為七段顯示譯碼器。該集成譯碼器設(shè)有多個(gè)輔助控制端，以增強(qiáng)器件的功能。BI/RBO為滅燈輸入，當(dāng)BI=0時(shí)，所有字形熄滅。LT為試燈輸入，當(dāng)LT=0且RBO=1時(shí)，顯示字形為8,常用于檢測自身的好壞。RBI為動(dòng)態(tài)滅燈輸入，當(dāng)LT=1，RBI=0且輸入均為0時(shí)，輸出均為低電平，數(shù)碼管“滅零”。其引腳圖和邏輯圖分別如圖5圖6所示，真值表如表3所示。

A1—116A2A1—116A2—215LT-314BI/RBO—413RBI—512A3—51IA0一710CND—89圖5 74LS48的引腳圖圖674LS48的邏輯圖表374LS48真值表DecimalInputsOutputsOrFunctionLTRBTA3AiAoBI/RBOabcdefg0(Note1)HHLLLLHHHHHHHL1(Note1)HXLLLHHLHHLLLL2HXLLHLHHHLHHLH3HXLLHHHHHHHLLH4HXLHLLHLHHLLHH5HXLHLHHHLHHLHH6HXLHHLHLLHHHHH7HXLHHHHHHHLLLLeHXHLLLHHHHHHHHgHXHLLHHHHHLLHH10HXHLHLHLLLHHLH11HXHLHHHLLHHLLH12HXHHLLHLHLLLHH13HXHHLHHHLLHLHH14HXHHHLHLLLHHHH15HXHHHHHLLLLLLLBT(Note2)XXXXXXLLLLLLLLRBF(Note3)HLLLLLLLLLLLLLLT(Note4)LXXXXXHHHHHHHH由真值表可以看出譯碼器74LS48輸出高電平有效，用以驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管。七段顯示譯碼器一般與七段數(shù)碼顯示器相連，共同構(gòu)成四輸入端的數(shù)碼顯示電路，如圖7所示。共陰極數(shù)碼顯示器的功能表如表4所示。

n四個(gè)輸入端aflafl_lba1>cdefLTBI/RBOFBIA3A2AlAOpT-. f丨0圖7 7448組成的四個(gè)輸入端的數(shù)碼顯示組合電路i_iii_i_i11i-ii_iii_i廠iiii11nii圖87448產(chǎn)生的顯示數(shù)字表4共陰極數(shù)碼顯示器的功能表十進(jìn)制A3A2A1A0abcdefg000001111110100010110000200101101101300111111001401000110011501011011011601100011111701111110000810001111111910011110011根據(jù)各芯片功能及搶答器的功能要求，搶答器電路如下所示11-WCMp--RQictI-'-.■TEHT>jtt1B■cEV/.SPaTSW5SW6=1EXT=-TdLSdS<1EXT-LJS?圖9搶答器電路SW2SW3SW6R7Sv/.SPST■1EXT11-WCMp--RQictI-'-.■TEHT>jtt1B■cEV/.SPaTSW5SW6=1EXT=-TdLSdS<1EXT-LJS?圖9搶答器電路SW2SW3SW6R7Sv/.SPST■1EXT?7dL?1do■?TEKT*51CRCEE1R1Q12I忖2FT2S血35Z恫U2工作原理：SW1-8為八位選手的搶答開關(guān)，SW9單刀雙擲開關(guān)設(shè)為主持人控制開關(guān)。當(dāng)主持人控制開關(guān)置于清零狀態(tài)時(shí)，RS觸發(fā)器的R端為低電平，輸出端全部為低電平。于是74LS48的BI為高，顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端ST為高電平，74LS148處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存電路不工作。當(dāng)SW9置于開始狀態(tài)，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時(shí)處于工作狀態(tài)°74LS279的1R、S均為高電平，由真值表可知，輸出1Q為低電平,從而使74LS148輸入使能端為低電平有效，即搶答器處于等待工作狀態(tài)。若有選手（假設(shè)為3號選手）按動(dòng)搶答開關(guān)（即閉合SW4），此時(shí)優(yōu)先編碼器74LS148輸入端I3接低電平有效，則輸出A2A1A0為100，A2A1A0分別接至4S、3S、2S，根據(jù)RS鎖存器真值表，2Q3Q4Q輸出分別為110，從而74LS48的輸入端DCBA為0011，經(jīng)74LS48譯碼，顯示器上顯示“3”與此同時(shí)，當(dāng)74LS148輸入端有一個(gè)為低電平時(shí)，GS為低電平有效，即標(biāo)志譯碼器處于工作狀態(tài)，從而使1S為0,此時(shí)1Q輸出為高電平，致使EI為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，其他選手搶答按鈕的輸入信號不會(huì)被接受。這就保證了搶答者優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。搶答結(jié)束后，主持人開關(guān)置于清零狀態(tài)，數(shù)碼管變灰，一切恢復(fù)初始狀態(tài)，以便進(jìn)入下一輪搶答環(huán)節(jié)。

定時(shí)電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求搶答器具有定時(shí)功能，且節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，可設(shè)定一次搶答的時(shí)間（設(shè)為30s）。設(shè)計(jì)中選用十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，74LS192是具有置數(shù)和清零功能，其引腳圖和邏輯圖如圖10所示，真值表如表5所示。_p_s?門_p_s?門--------1115iIPLPQP1P2P3CP0CPD3%HRQ0QiQJQJ1421rri70-13圖10 74LS192引腳圖和邏輯圖表5 74LS192真值表MRPLCPUCPt)ModeHXXXRosat(Asyn.)LLXXPrss&t(Asyn.)LHHHNuChartgaLH/HCountUpLHHCountDown根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要兩片74LS192構(gòu)成100進(jìn)制減計(jì)數(shù)器。由功能真值表可知，只需將個(gè)位74LS192的借位輸出端BO與十位74LS192的CPd即可實(shí)現(xiàn)100進(jìn)制減計(jì)數(shù)。值得注意的是，要使其實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)，CPu端口必須接高電平。

計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。秒脈沖電路由555構(gòu)成的多諧振蕩器構(gòu)成，如圖11所示。多諧振蕩器無需外加輸入信號就能在接通電源自行產(chǎn)生矩形波輸出。因?yàn)橹芷跒橐幻?，所以頻率是1赫茲。圖中電容的充放電時(shí)間分別是：11二RBXCXln2~0.7RBXCt2=(RA+RB)XCXln2~0.7(RA+RB)C所以555的3端輸出的頻率為：f=1/(11+12)~1.43/[(2RA+RB)C]我們采用的電阻和電容值分別是：RA=15KQ,R2=68KQ,C1=10uf,滿足上式，即得到的是秒脈沖。由以上集成芯片設(shè)計(jì)的定時(shí)電路如圖12所示。VCC沁A$R4KihSW1<1EmGN口yccLED訂nR3rCTBtT^R115kR2IlJ.>1廠:亍l&J<T曰卍0QtiRDCcv口7H：3 TH116■:TEGci1DR4KihSW1<1EmGN口yccLED訂nR3rCTBtT^R115kR2IlJ.>1廠:亍l&J<T曰卍0QtiRDCcv口7H：3 TH116■:TEGci1D：_-l1D0n燈BO■卜BHDDOD1D2EQDQ1Q2□3LIPICU□NICOPLIJ3774LS1E1訂曰T：1UN口DOQDD1Q1D2Q209Q3UPICUDNTCDPL你74LG1G2AQAPQDCDC□口口DlfRDDUERBIQFLTOG74LS4B<retr->U1U2AQABQBCDC□如BlfRDDQERDIQFLTDG74LS-W<TEKT>GND工作原理：首先主持人根據(jù)題的難易程度改變74LS192的輸入端D3D2D1D0的電平來確定搶答時(shí)間（假定為30秒），555構(gòu)成秒脈沖產(chǎn)生電路為計(jì)時(shí)電路提供脈沖。搶答開始前主持人閉合開關(guān)，74LS192的置數(shù)端PL為低電平有效，處于置數(shù)狀態(tài)，數(shù)碼管顯示定時(shí)時(shí)間。搶答開始，主持人打開開關(guān)，計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，555產(chǎn)生的秒脈沖與十位74LS192借位輸出端（其初始狀態(tài)為高電平）相與。計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)至00,十位74LS192借位輸出端為低電平，計(jì)數(shù)器停止工作，產(chǎn)生報(bào)警。計(jì)時(shí)期間有人搶答，減計(jì)數(shù)器停止計(jì)時(shí)，顯示器上顯示此刻時(shí)間。1.3.3報(bào)警電路設(shè)計(jì)U7\nR?TR'■i-|R6i-RSR5i<-i■■-C4-]0-■:TEXT)R9-1由555U7\nR?TR'■i-|R6i-RSR5i<-i■■-C4-]0-■:TEXT)R9-1/H"!■?:、■-■-C2fl"/H"!■?:、■-■-圖13報(bào)警電路1.3.4時(shí)序控制電路時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，需要完成以下三項(xiàng)功能：主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。

當(dāng)競賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無人搶答時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。本設(shè)計(jì)中采用門電路對控制開關(guān)、搶答電路、定時(shí)電路、報(bào)警電路進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)上述三項(xiàng)功能要求（如圖14所示）。G1其中，兩輸入與非門采用74LS00,引腳圖如圖15所示。三輸入與門采用74LS11，引腳圖如圖16所示。電路中利用與非門兩輸入端相連實(shí)現(xiàn)非門的邏輯功能。圖1674LS11引腳圖Al Bl A2 &2圖1674LS11引腳圖Al Bl A2 &2 C2 Y2 GIUIQY=ABC工作原理：門G1的作用是控制時(shí)鐘信號CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸入使能端。主持人控制開關(guān)從“清零”位置撥到“開始”位置時(shí)，74LS279的輸出1Q=O,經(jīng)G3反相，A=1，則從555輸出端來的時(shí)鐘信號CP能夠加到74LS192的CPd始終輸入端,定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)。同時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，74LS192的借位輸出端BO2為低電平,門G2的輸出ST為高電平，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能a的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答按鈕時(shí)，1Q=1，經(jīng)G3反相，A=0，封鎖CP信號，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門G2的輸出ST為低74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能b的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，來自74LS192的BO2為高，ST為高，74LS148處于禁止工作狀態(tài),禁止選手進(jìn)行搶答。同時(shí)，門G1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖CP信號，使定時(shí)電路保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能c的要求。1?4搶答器整體電路通過控制電路將搶答、定時(shí)電路進(jìn)行連接后，構(gòu)成了搶答器電路的整體設(shè)計(jì)，總電路圖如圖17所示：圖17總電路圖圖17總電路圖下面介紹八路智力競賽搶答器的使用原理。首先是各個(gè)選手分別對應(yīng)的按鈕編號是SO、SI、S2、S3、S4、S5、S6、S7,搶答后顯示器上顯示的分別是O、1、2、3、4、5、6、7。然后是主持人對整個(gè)電路系統(tǒng)清零,將開關(guān)置于“清零”的位置,輸出低電平,分為兩路：一路與鎖存器的1R2R3R4R端相連，使輸出端1Q2Q3Q4Q為低電平，1Q所輸出的低電平經(jīng)與門反饋給74LS148的EI端子，編碼器不工作，因此搶答部分顯示器滅燈無顯示，實(shí)現(xiàn)了清零；另一路低電平輸出到計(jì)數(shù)器74LS192的LD端，而CR端也是低電平，所以使得對應(yīng)顯示器輸出預(yù)置的數(shù)據(jù)。接下來主持人根據(jù)題目的難易程度設(shè)置搶答時(shí)間，此設(shè)定可以通過調(diào)節(jié)輸入兩片74LS192的四個(gè)輸入端D、C、B、A的高低電平來進(jìn)行（例如要設(shè)定時(shí)間為30秒，就將十位的74192的D、C、B、A分別置位為0、0、1、1,而將各位的74LS192的D、C、B、A都置于0）。當(dāng)主持人宣讀完題目說“開始”并將開關(guān)置于“開始”位置后，輸出為高電平，此高電平有兩路方向：一路輸出到74LS192的LD端，使其處于高電平而開始減計(jì)數(shù)；還有一路輸出到鎖存器的R端。當(dāng)任意一個(gè)選手搶答時(shí)，例如3號搶答時(shí)，74LS148三號端子輸入低電平有效，此時(shí)GS為低電平有效，表征編碼器在正常工作。編碼輸出A2A1A0為100，與其對應(yīng)的4S3S2S為100,經(jīng)74LS279鎖存，4Q3Q2Q輸出為011,經(jīng)譯碼顯示編號為3。與此同時(shí)，1Q所輸出的高電平反饋回編碼器的是能輸入端，使其停止工作。此時(shí)，其他選手若再按動(dòng)按鈕也無對應(yīng)輸出，這就保證了搶答者優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。另一路，74LS148的GS端輸出電平由高變低，與秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的秒脈沖相與后輸出為0，使得無脈沖抵達(dá)計(jì)數(shù)器74LS192的Down端。計(jì)數(shù)器停止工作，保持原來顯示不變，即實(shí)現(xiàn)了暫停減計(jì)數(shù)使其記錄搶答時(shí)間的功能。若沒有選手按動(dòng)按鈕，則74LS279輸出全為高電平，74LS148也輸出高電平，1Q端輸出低電平至74LS48的滅燈輸入RI/RBO端，使得信號經(jīng)74LS48到顯示器上時(shí)無顯示；若到定時(shí)部分計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)到00還無選手按動(dòng)按鈕的話，十位74LS192的借位輸出端輸出高電平反饋回個(gè)位Down端，停止計(jì)數(shù)。綜上所述，所設(shè)計(jì)的電路基本可以實(shí)現(xiàn)要求中的功能。

2電路仿真電路仿真米用Protues仿真軟件進(jìn)行的。Protues軟件可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件；可提供的仿真儀表資源：示波器、邏輯分析儀信號發(fā)生器、交直流電壓表電流表等。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。因此，選用該軟件對搶答器各單元電路及整體電路進(jìn)行仿真。?搶答電路仿真vrrsgte\*ICt門EX2U101234『幻口E74LSMB■*TEK「a■TEXTfe-z^'UOC??l_!；zrs>KTEXTKvrrsgte\*ICt門EX2U101234『幻口E74LSMB■*TEK「a■TEXTfe-z^'UOC??l_!；zrs>KTEXTK1門巳圖18搶答電路仿真?計(jì)時(shí)電路仿真SC!■rr■JCCAU5A U5B74LSM1 74LS0D?:TEE?:TBT>R31k甲<TECT>■I□HDR1■:TH<r>R2Wk-TSCT-sstsC2寧10u■B訂曰小UbuiOD°W_5?in (1"■rr■JCCAU5A U5B74LSM1 74LS0D?:TEE?:TBT>R31k甲<TECT>■I□HDR1■:TH<r>R2Wk-TSCT-sstsC2寧10u■B訂曰小UbuiOD°W_5?in (1"fi5M■:TB<T>GM口1'工10-,$?1占?ClKdnnBiT>LILI M□1 DI□± m口工 EIIP TCUON TCDPLypU474Lfi1fli<TEiTT>酬口74L545：■HEm.1...ABDDEil?90RBI訂EEA--H-r-DEFDoaDD口口QA-H-DDGFB

aaDQ-u-uD■13口HD整體電路仿真R1ma生UIRTU5IKyTECT\說:am■=TBTbGWDT4L^9Efill<TKT>TR?TH? 二5W-OlU-￡lfT5WS--TBTF11k■=7DTb'■TDfRUSB-avfiPDlcTDTt<TDT-USA整體電路仿真R1ma生UIRTU5IKyTECT\說:am■=TBTbGWDT4L^9Efill<TKT>TR?TH? 二5W-OlU-￡lfT5WS--TBTF11k■=7DTb'■TDfRUSB-avfiPDlcTDTt<TDT-USAr>usiie:euec：AOX9口,C□cU口口U'HKOE*nUfLTG90riLSia■TEX>1.R

RIIi-daRrA口幾PnilD□DiuinI3ERliQFLTCG■rTEKTu圖20 整體電路仿真通過對各單元電路及總電路的仿真，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)電路的正確性。3八路智力搶答器實(shí)物制作由于本設(shè)計(jì)使用芯片數(shù)量較多，管腳連線復(fù)雜，為避免在焊接過程中出現(xiàn)疏漏和錯(cuò)誤,故在搶答器的制作時(shí)選擇用面包板完成。3.1面包板的使用面包板是專為電子電路的無焊接實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)制造的。由于各種電子元器件可根據(jù)需要隨意插入或拔出，免去了焊接，節(jié)省了電路的組裝時(shí)間，而且元件可以重復(fù)使用，所以非常適合電子電路的組裝、調(diào)試和訓(xùn)練。

?常用面包板的結(jié)構(gòu)面包板圖21所示。插座板中央有一凹槽，凹槽兩邊各由65列小孔，每一列的五個(gè)小孔在電氣上相互連通。集成電路的引腳就分別插在凹槽兩邊的小孔上。插座上、下邊各一排(即X和Y排)在電氣上是分段相連的55個(gè)小孔，分別作為電源與地線插孔用。對于SYB-130插座板，X和Y排的1-15孔、16-35孔、36-50孔在電氣上是連通的。連通連通連通連通連通連通DD口CDDD口口口口口口口口口口口口口口口口口□□□口I口口Q口口□□口口口口口口口口口□口口3 10IS21 23 90 33 40 435C55 80E5口口□□□□□□口口口口口口口口口□□口口Q□口□□口口口￡|1口口口□□口口口口口□□口□□口口口口□□□□□□口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口E3口□口口口口口口□口口□口口口口口口口口口口□口口口口I□口□口□□口口口口口口口□口□□□C口口□□!□□□!□口口口口口口口□□□□□□□□口口!□□□□□□□□□□￡)]□□口 ￡1□口□口口QOI3D口DQDGDQQQ^口口口□口口口0口口口口口■口QQQQ口口￡口口口口口口口口口口口口口口Q口口QDQ口口口口口口口■口口DQQ口口口口口口□口口□口□□□□□□□□□□□□DaDQQlQDQiQ口口口口口口￡1口口口1口口□□□□□口□□□)□□口□□口口□□□□□□口口日□口□□□□□口口口口口口□□口口"口□□口口口口口口Q口口口□□口口口口□□□□□□口□□口口□□口口口口口□□口口口口□口口口口口口□口口￡1口口口□口□口口□口口口□□□￡!□口口口口口□口口口口口口口口口□口□□□□□口口口□口口口口口□ggogao口口口口口口口口口口口口口斗口口口口口口口ti口q口口口口i“口口口口口口口口口odqqdd口口sgg口口口口口口口口口口口口口口□口口口□口口口□口□□口口口「口口□□口口口□□□[!□□□□□□□口口□□□□□□：口口D□□□□□□□□口口□口口口口口□!□□□□口□□口口□￡!口□□□□□□□□□□□□□□口口￡1口口口口[3□口口□□□□□□□□口□□□□□□口□口口口口□□口5 10 15 20X3Q箔—4Q45 50 55 60B5□口□口□ □□□□[] □□□□□ □□□□□□□□□□□￡!□□□□□□□□□□□□EllDODOEllEl□□□Ell阱 連通 連通 逢通圖21面包板結(jié)構(gòu)圖面包板插孔所在的行列分別以數(shù)碼和文字標(biāo)注，以便查對。?面包板的使用方法及注意事項(xiàng)安裝分立元件時(shí)，應(yīng)便于看到其極性和標(biāo)志，將元件引腳理直后，在需要的地方折彎。為了防止裸露的引線短路，必須使用帶套管的導(dǎo)線，一般不剪斷元件引腳，以便于重復(fù)使用。一般不要插入引腳直徑〉0.8mm的元器件，以免破壞插座內(nèi)部接觸片的彈性。對多次使用過的集成電路的引腳，必須修理整齊，引腳不能彎曲，所有的引腳應(yīng)稍向外偏，這樣能使引角與插孔可靠接觸。要根據(jù)電路圖確定元器件在面包板上的排列方式，目的是走線方便。為了能夠正確布線并便于查線，所有集成電路的插入方向要保持一致，不能為了臨時(shí)走線方便或縮短導(dǎo)線長度而把集成電路倒插。根據(jù)信號流程的順序，采用邊安裝邊調(diào)試的方法。元器件安裝之后，先連接電源線和地線。為了查線方便，連線盡量采用不同顏色。例如：正電源一般采用紅色絕緣皮導(dǎo)線，負(fù)電源用藍(lán)色，地線用黑線，信號線用黃色，也可根據(jù)條件選用其它顏色。面包板宜使用直徑為0.6mm左右的單股導(dǎo)線。根據(jù)導(dǎo)線的距離以及插孔的長度剪斷導(dǎo)線，要求線頭剪成45。斜口，線頭剝離長度約為6mm左右，要求全部插入底板以保證接觸良好。裸線不宜露在外面，防止與其它導(dǎo)線斷路。連線要求緊貼在面包板上，以免碰撞彈出面包板，造成接觸不良。必須使連線在集成電路周圍通過，不允許跨接在集成電路上，也不得使導(dǎo)線互相重疊在一起，盡量做到橫平豎直，這樣有利于查線，更換元器件及連線。最好在各電源的輸入端和地之間并聯(lián)一個(gè)容量為幾十微法的電容，這樣可以減少瞬變過程中電流的影響。為了更好地抑制電源中的高頻分量，應(yīng)該在該電容兩端再并聯(lián)一個(gè)高頻去耦電容，一般取0.01~0.047Uf的獨(dú)石電容。在步線過程中，要求把各元器件在面包板上的相應(yīng)位置以及所用的引腳號標(biāo)在電路圖上，以保證調(diào)試和查找故障的順利進(jìn)行。所有的地線必須連接在一起，形成一個(gè)公共參考點(diǎn)。3.2電路板制作由于客觀條件限制，實(shí)物制作僅選擇了主體電路進(jìn)行制作調(diào)試，即搶答電路部分。首先，按照面包板的使用規(guī)則，將74LS148、74LS249及74LS48依次插在凹槽兩側(cè)。再將其余元器件（電阻、開關(guān)等）插入面包板。然后，按照搶答電路原理圖所示接線。接線過程中，應(yīng)注意面包板內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有效使用其相通插孔，減少接線數(shù)量。制作過程中，由