1、四路搶答器設計班級：組員：日期：2014.5.26 一.設計目的 1.掌握四人智力競賽搶答器電路的設計、組裝與調試方法。 2.熟悉數字集成電路的設計和使用方法 二. 設計任務 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，蜂鳴器連續響1秒。選手搶答時，數碼顯示選手組號，同時蜂鳴器響1秒，倒計時停止。三.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，用來控制系統清零（搶答顯示數碼管滅燈）和搶答的開始。 (3)搶答器具有數據鎖存

2、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，倒計時結束時，揚聲器響，音響持續1秒。參賽選手在設定時間（9秒）內搶答有效，搶答成功，揚聲器響，音響持續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。

3、系統揚聲器報警（音響持續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)可用石英晶體振蕩器或者555定時器產生頻率為1Hz的脈沖信號，作為定時計數器的CP信號三、四人智力競賽搶答器電路原理及設計1、設計方案搶答器具有鎖存、定時、顯示和報警功能。即當搶答開始后，選手搶答按動按鈕，鎖存器鎖存相應的選手編碼，同時用LED數碼管把選手的編碼顯示出來，并且開始搶答時間的倒計時，同時用LED數碼管把選手的所剩搶答時間顯示出來。而在選手按鍵搶答以及搶答時間倒計時到時的時候都有報警以提醒主持人和選手。搶答時間設定9秒，報警響聲持續1秒。接通電源后，主持人將開關撥到“清除”狀態，搶答器

4、處于禁止狀態，編號顯示器滅燈，定時器顯示設定時間；主持人將開關置“開始”狀態，宣布“開始”搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內搶答時，搶答器完成：優先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作“清除”和“開始”狀態開關。2、系統框圖 當主持人宣布開始，定時電路開始秒脈沖電路的作用而進行倒記時，并通過譯碼器在顯示器中顯示。報警電路給出聲音提示。當選手首先按某一開關鍵時，可通過觸發鎖存電路被觸發并鎖存，在輸出端產生相應的開關電平信息，同時為防止其它開關隨后觸發而產生紊亂，最先產生的輸

5、出電平變化又反過來將觸發電路鎖定。然后在譯碼器中譯碼，將觸發器輸出的數據轉換為數碼管需要的邏輯狀態。最后在顯示電路中顯示出所按鍵選手的號碼。若有多個開關同時按下時，則在它們之間存在著隨機競爭的問題，結果可能是它們中的任一個產生有效輸出。如圖1.4、單元電路設計及元器件選擇 （1）搶答電路 電路如圖2所示。該電路完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖定74LS175的功能真值表即優先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示選手編號；二是要使其他選手隨后的按鍵操作無效。其工作原理為： 當主持人控制開關處于“清除”時，D觸發器的清零端為低電平，使D觸發器被強制清零，輸入的搶答信號無效。當主持人將開關

6、撥到“開始”時，D觸發器Q非端前一狀態為高電平，四個Q非端與在一起為高電平，再和搶答按鍵信號和借位信號與在一起給D觸發器的脈沖端，當沒人搶答時，搶答信號為低電平，與門U11輸出端為低電平給D觸發器脈沖端，當一有人搶答時，搶答信號為高電平，并和U2的輸出信號和借位信號與在一起，使得U11輸出端為高電平給D觸發器，于是D觸發器就有一個上升沿，使得搶答信號經D觸發器觸發鎖存再經過譯碼器74ls48譯碼，把相應的信號顯示在數碼管上。另外，當選手松開按鍵后，D觸發器的Q非前一狀態為低電平，與在一起后給與門U11,使得U11的輸出端為低電平給D觸發器，則D觸發器的脈沖輸入端恢復原來狀態，從而使得其他選手按

7、鍵的輸入信號不會被接收。這就保證了搶答者的優先性及搶答電路的準確性。當選手回答完畢，主持人控制開關S是搶答電路復位，以便進行下一輪搶答。 （2）定時電路 節目主持人通過按復位鍵來進行搶答倒計時。如圖3。定時9秒，把74LS192對應的9，10，1，15四個端子預置為“1001”。計數器的時鐘脈沖由秒脈沖電路555提供。當復位開關按下時，給74ls192一個低電平，從而開始倒計時，每來一個脈沖信號進行減計數一次。當有選手搶答或借位信號時，就使得74ls192的輸入脈沖變成低電平，從而實現倒計時的停止。再按復位鍵時，再一次倒計時。（3）報警電路 由74ls121和蜂鳴器構成的報警電路，但仿真中沒有

8、74ls121，因此用功能相同的MONOSTABLEVIRTUAL（后文簡稱A1）來代替仿真，如圖4所示。其中A1的脈沖輸入端是由復位信號和Q非的與信號和借位信號與在一起來提供的。當其中一個信號為低電平時，使得A1得到一個下降沿脈沖，從而使A1的Q端輸出一個寬度為一秒的高電平，那么蜂鳴器就會響一秒。反之，電路停振，蜂鳴器不響。（4）時序控制電路 時序控制電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下三項功能： 1）主持人將控制開關撥到“開始”位置時，揚聲器發聲，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態。 2）當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發聲，搶答電路和定時電路停止工作。3）當設定的搶答時間到，無人搶答時

9、，揚聲器發聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。根據上面的功能要求，設計的時序控制電路如圖5所示。圖5中，U2與門74ls21作為搶答的控制信號；U12與門74ls11和U13與門74ls21的作用是控制時鐘信號CP的放行與禁止；U11與門74ls11的作用是控制74LS175的輸人脈端，U10的作用是控制74ls121的輸入脈沖端。工作原理是：主持人控制開關從“清除”位置撥到“開始”位置時，74LS175的輸出Q！=1，U2輸出為1，借位信號為1，則U12輸出為1，使U13輸出為1，則時鐘信號CP能夠加到74LS192的時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。同時，在定時時間未到時，則“定時到信號”為1，U11和U13的輸出為1，使74LS175和74ls192處于正常工作狀態，從而實現功能（1）的要求。當選手在定時時間內按動搶答鍵時，Q！0，U2輸出為0，封鎖CP信號，則U12輸出為0，使U13輸出為0，定時器停止倒計時處于保持工作狀態；同時,U11的輸出為1使D觸發器觸發而輸出信號，也使U10輸出為0，給了74ls121一個上升沿，使74LS121處于工作狀態給蜂鳴器一個一秒的高電平，從而實現功能（2）的要求。當定時時間到時，則“定時到信號”為0