张家界航空工业职业技术学院
课程设计论文
课题名称 智力竞赛抢答器
姓 名 张雷 学 号 26 专 业 电气自动化 班
2011年12月
目 录
一 设计选题及目的……………………………………………3 （一） 设计选题………………………………………………3 （二） 设计目的………………………………………………3 二 功能介绍………………………………………………… 3 三 总体方案设计…………………………………………… 4 四 单元模块设计…………………………………………… 4 （一） 抢答电路模块…………………………………………4 （二） 定时电路模块…………………………………………6 （三） 报警电路模块………………………………………………8 五 组装和调试………………………………………………8 总结……………………………………………………………9 清单…………………………………………………………………9
一 设计目的及选题
（一） 设计目的
1．培养数字电路的基本设计能力；
2.掌握智力竞赛抢答器的设计方法及调试。
（二） 设计选题
设计选题：智力竞赛抢答器 设计功能要求：
1.抢答器可供6位选手参加比赛，编号分别为1、2、3、4、5、6，按钮的编号与选手编号相对应。
2.主持人的控制开关可用来控制系统的清零和开始。当按下“开始”键是，抢答电路进入正常工作。
3.具有限时抢答功能。每题答题时间设定为30S，当有选手抢答成功时，定时电路依次递减并显示。如答题时间到，选手未回答完毕，答题无效。
5.具有提示和报警功能。
a.若有选手抢答成功，蜂鸣器提示发音；
b．如答题时间到，蜂鸣器报警发音；或最后几秒，发三次音。
二 功 能 介 绍
1.抢答器可供6名选手参赛，编号为1~6号，各队分别用一个按钮（分别为S1~S6）控制，并设置一个系统清零和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
2.抢答器具有数据锁存功能,并将锁存数据用LED数码管显示出来，直到主持人清零。 3.开关S作为清零及抢答控制开关（由主持人控制），当开关S被按下时抢答电路清零，当开关S松开后则允许抢答。输入抢答信号由抢答按钮开关S1~S6实现。
4.有抢答信号输入（开关S1~S6中的任意一个开关被按下）时，并显示出相对应的组别号码。此时再按其他任何一个抢答器开关均无效，指示灯依旧“保持”第一个开关按下时所对应的状态不变。
5.抢答成功的同时发出报警声、定时器开始30秒倒计时，答题时间计到最后3S时蜂鸣器发音三次。
6.答题时间到，在主持人没有清零的情况下时间显示器上显示00.
三 总体方案设计模块
如图所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清零”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器为0，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”状态，抢答器工作。抢答器完成优先判断、编号锁存、编号显示。有人强答时，报警、定时器开始30秒倒计时、最后3S报警器发音三次，同时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。
主
四 单元模块设计
（一） 抢答器电路模块
该电路主要完成两个功能：
1．分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）； 译码器选用74LS48
2．禁止其他选手按键，其按键操作无效。
电路选用优先编码器 74LS148 和 由与非门构成的具有RS功能的锁存器来完成。
一．优先编码器 74LS148 二．锁存器
其工作过程：开关S置于"清零"端时，RS触发器的Q（U）端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的使能端为0，使之处于工作状态。当开关S置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时，显示器显示选手编号,此时消隐端为“1”，编码器使能端为“1”，禁止其他选手抢答，达到锁存的功能，如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。
主持（二） 定时电路模块
该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、同步十进制加减计数器74LS190减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。两块74LS190实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74LS190的预置数控制端实现预置数，预置30S倒计时，通过译码器显示到数码管上，当有人抢答时，显示器开始30S倒计时 一．计数器
定时电路：
设定一次答题的时间，通过定时电路对计数器进行时间预置，定时电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，电路如图所示.
二．555定时器
555定时器的内部电路框图如图所示：
C0.012F
T=(R9+2R1)*C=（470K+2*510K）*1uF=1S
（三）．报警电路模块
由555定时器和三极管构成的报警电路如图4.3.2所示。其中555和R1、R2、C1等组成可控多
谐振荡器，其输出信号由3脚输出经与门推动蜂鸣器。
五 组装和调试
在试验箱上按各个单元电路分别组装抢答器、定时译码显示电路、控制电路和报警电路。然后按照以下步骤进行调试：
1.组装调试抢答器电路，并使之能正常工作。
2.组装调试定时电路。输入1Hz的时钟信号，观察电路能否进行倒计时，并注意倒计时到零，电路能否输出低电平有效的信号。
3.组装调试报警电路和控制电路，并使之能正常工作。 4.整机联调，注意各单元电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。
总结
1. 在这次课程设计中，通过理论与实践相结合，使我们对以前学的数电又有了一定的新认识，
温习了以前学的知识。在设计过程中，也遇到了一定的问题，也有很多学过的知识在意识中也有点模糊，通过反复的看书，基本的问题还是能解决了。
2. 在这次课程设计中也突出了我们之间的团队合作精神，同学之间互相帮助，有什么不懂的
大家在一起商量，听听不同的看法能使我们更好的理解知识。
3. 在整个课设过程中，我们懂得了许多东西，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影
响。而且大大提高了动手的能力，使我们充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功的喜悦。虽然它不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我们终身受益。
清单
1.数电实验箱
2. 74LS20（二4入与非门）1片 74LS00（四2入与门）2片 74LS148（编码器）1片 74LS04（六非门）1片
74LS190 （10进制可预置可逆计数器）2片 HD14078（8入或非门）1片
74LS02(四2入或非门)1片
张家界航空工业职业技术学院
课程设计论文
课题名称 智力竞赛抢答器
姓 名 张雷 学 号 26 专 业 电气自动化 班
2011年12月
目 录
一 设计选题及目的……………………………………………3 （一） 设计选题………………………………………………3 （二） 设计目的………………………………………………3 二 功能介绍………………………………………………… 3 三 总体方案设计…………………………………………… 4 四 单元模块设计…………………………………………… 4 （一） 抢答电路模块…………………………………………4 （二） 定时电路模块…………………………………………6 （三） 报警电路模块………………………………………………8 五 组装和调试………………………………………………8 总结……………………………………………………………9 清单…………………………………………………………………9
一 设计目的及选题
（一） 设计目的
1．培养数字电路的基本设计能力；
2.掌握智力竞赛抢答器的设计方法及调试。
（二） 设计选题
设计选题：智力竞赛抢答器 设计功能要求：
1.抢答器可供6位选手参加比赛，编号分别为1、2、3、4、5、6，按钮的编号与选手编号相对应。
2.主持人的控制开关可用来控制系统的清零和开始。当按下“开始”键是，抢答电路进入正常工作。
3.具有限时抢答功能。每题答题时间设定为30S，当有选手抢答成功时，定时电路依次递减并显示。如答题时间到，选手未回答完毕，答题无效。
5.具有提示和报警功能。
a.若有选手抢答成功，蜂鸣器提示发音；
b．如答题时间到，蜂鸣器报警发音；或最后几秒，发三次音。
二 功 能 介 绍
1.抢答器可供6名选手参赛，编号为1~6号，各队分别用一个按钮（分别为S1~S6）控制，并设置一个系统清零和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
2.抢答器具有数据锁存功能,并将锁存数据用LED数码管显示出来，直到主持人清零。 3.开关S作为清零及抢答控制开关（由主持人控制），当开关S被按下时抢答电路清零，当开关S松开后则允许抢答。输入抢答信号由抢答按钮开关S1~S6实现。
4.有抢答信号输入（开关S1~S6中的任意一个开关被按下）时，并显示出相对应的组别号码。此时再按其他任何一个抢答器开关均无效，指示灯依旧“保持”第一个开关按下时所对应的状态不变。
5.抢答成功的同时发出报警声、定时器开始30秒倒计时，答题时间计到最后3S时蜂鸣器发音三次。
6.答题时间到，在主持人没有清零的情况下时间显示器上显示00.
三 总体方案设计模块
如图所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清零”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器为0，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”状态，抢答器工作。抢答器完成优先判断、编号锁存、编号显示。有人强答时，报警、定时器开始30秒倒计时、最后3S报警器发音三次，同时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。
主
四 单元模块设计
（一） 抢答器电路模块
该电路主要完成两个功能：
1．分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）； 译码器选用74LS48
2．禁止其他选手按键，其按键操作无效。
电路选用优先编码器 74LS148 和 由与非门构成的具有RS功能的锁存器来完成。
一．优先编码器 74LS148 二．锁存器
其工作过程：开关S置于"清零"端时，RS触发器的Q（U）端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的使能端为0，使之处于工作状态。当开关S置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时，显示器显示选手编号,此时消隐端为“1”，编码器使能端为“1”，禁止其他选手抢答，达到锁存的功能，如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。
主持（二） 定时电路模块
该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、同步十进制加减计数器74LS190减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。两块74LS190实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74LS190的预置数控制端实现预置数，预置30S倒计时，通过译码器显示到数码管上，当有人抢答时，显示器开始30S倒计时 一．计数器
定时电路：
设定一次答题的时间，通过定时电路对计数器进行时间预置，定时电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，电路如图所示.
二．555定时器
555定时器的内部电路框图如图所示：
C0.012F
T=(R9+2R1)*C=（470K+2*510K）*1uF=1S
（三）．报警电路模块
由555定时器和三极管构成的报警电路如图4.3.2所示。其中555和R1、R2、C1等组成可控多
谐振荡器，其输出信号由3脚输出经与门推动蜂鸣器。
五 组装和调试
在试验箱上按各个单元电路分别组装抢答器、定时译码显示电路、控制电路和报警电路。然后按照以下步骤进行调试：
1.组装调试抢答器电路，并使之能正常工作。
2.组装调试定时电路。输入1Hz的时钟信号，观察电路能否进行倒计时，并注意倒计时到零，电路能否输出低电平有效的信号。
3.组装调试报警电路和控制电路，并使之能正常工作。 4.整机联调，注意各单元电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。
总结
1. 在这次课程设计中，通过理论与实践相结合，使我们对以前学的数电又有了一定的新认识，
温习了以前学的知识。在设计过程中，也遇到了一定的问题，也有很多学过的知识在意识中也有点模糊，通过反复的看书，基本的问题还是能解决了。
2. 在这次课程设计中也突出了我们之间的团队合作精神，同学之间互相帮助，有什么不懂的
大家在一起商量，听听不同的看法能使我们更好的理解知识。
3. 在整个课设过程中，我们懂得了许多东西，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影
响。而且大大提高了动手的能力，使我们充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功的喜悦。虽然它不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我们终身受益。
清单
1.数电实验箱
2. 74LS20（二4入与非门）1片 74LS00（四2入与门）2片 74LS148（编码器）1片 74LS04（六非门）1片
74LS190 （10进制可预置可逆计数器）2片 HD14078（8入或非门）1片
74LS02(四2入或非门)1片