1、數字邏輯期末課程設計四路智力競賽搶答器設計 專業班級： 計算機 0791 學號： 12 日期 指導老師 姓名： 陸超 成績 多路智能搶答器設計前言關于這次設計的用于多人競賽搶答的器件，在現實生活中很常見，尤其是在隨著各種智益電視節目的不斷發展，越來越多的競賽搶答器被用在了其中，這種搶答器的好處是不僅能夠鍛煉參賽選手的反應能力，而且能增加節目現場的緊張、活躍氣氛，讓觀眾看得更有情趣。可見搶答器在現實生活中確實很實用，運用前景非常廣泛。在知識競賽中，特別是做搶答題時，在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要有一個系統來完成這個任務。如果在搶答中，只靠人的視覺是很難判斷出哪組先答題。這

2、次設計就是用幾個觸發器以及三極管巧妙的設計搶答器，使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時間相差幾微秒，也可分辨出哪組優先答題。本文主要介紹了搶答器的工作原理及設計，以及它的實際用途。 目錄1 前言.22 設計內容及要求.33 系統設計方案（設計方案的比較和選定）.44 電路工作原理(設計思路) .65 元電路設計參數計算及元器件選擇.106 完整電路圖.177 系統需要的元器件清單.188 總結與體會.189 參考文獻.18一 . 設計內容及要求該電路的根本任務時準確的判斷出第一搶答者的信號并將其鎖存。實現這一功能可用觸發器和鎖存器等。在得到第一信號后應立即將電路的輸入封鎖，即使其他組再次發出搶

3、答信號也無效。同時還必須注意，第一搶答信號應該在主持人發出搶答命令之后才有效。當電路形成第一搶答信號之后，用編碼、譯碼及數碼顯示電路顯示出搶答者的組別，也可以用發光二級管直接指示出組別。 1 . 基本功能(1)搶答器同時供4名選手或4個代表隊比賽，分別用4個按鈕S0 S3表示。(2)設置一個系統清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。用來控制系統清零（編號顯示數碼管滅燈）和搶答的開始。(3)搶答器具有鎖存與顯示功能。即搶答開始后，選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在編號顯示器上顯示該編號。同時封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除為止。 2擴展功能（選

4、做）(1)搶答器具有定時搶答功能。要求定時器開始倒計時，并用定時顯示器顯示倒計時時間。(2)參賽選手在設定時間（9秒，30）內搶答，搶答有效，同時定時器停止倒計時，編號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。(3)如果定時搶答時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效。系統揚聲器報警（音響持續0.5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。 3 . 搶答器的組成框圖定時搶答器的總體框圖如圖1所示，它由主體電路和擴展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當選手按動搶答鍵時，能顯示選手的編號，同時能封鎖輸入電路，禁

5、止其他選手搶答。擴展電路完成定時搶答的功能。圖1所示的定時搶答器的工作過程是：接通電源時，節目主持人將開關置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態，編號顯示器滅燈，定時顯示器顯示設定的時間，當節目主持人宣布搶答題目后，說一聲“搶答開始”，同時將控制開關撥到“開始”位置，揚聲器給出聲響提示，搶答器處于工作狀態，定時器倒計時。當定時時間到，卻沒有選手搶答時，系統報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。當選手在定時時間內按動搶答鍵時，搶答器要完成以下四項工作： 優先編碼電路立即分辨出搶答者的編號，并由鎖存器進行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號； 揚聲器發出短暫聲響，提醒節目主持人注意； 控制電路要

6、對輸入編碼電路進行封鎖，避免其他選手再次進行搶答； 控制電路要使定時器停止工作，時間顯示器上顯示剩余的搶答時間，并保持到主持人將系統清零為止。當選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關，使系統回復到禁止工作狀態，以便進行下一輪搶答。圖1 定時搶答器總體框圖4 本實驗要求學生在所提供的元器件范圍內設計一個4人搶答器，其功能要求如下：（1）能判別輸入量的優先權；（2）具有鎖存優先判別功能；（3）主持人開關可以恢復下一輪搶答；（4）具有數字顯示和聲音提示。5 . 實驗室可將數字顯示和輸入開關電路板提供給學生，同學們只需將其與自己所設計并已接好的電路聯接在一起即可。二 . 系統設計方案（設計方案的比較和

7、選定）2.1 方案比較：以下設計的是智力搶答器的方案流程圖：秒脈沖計時控制顯示搶答控制器聲光提示倒計時顯示主持人控制計分器 圖2.1 方案一流程圖 搶答器主要是由四個三極管、和四個D觸發器以及四個或非門構成，其中三極管是與主持人一起配合使用，用來控制是否開始搶答，當主持人將開關接地時，三極管截至，此時三極管可以當作一個二極管使用當有選手搶答時就通過三極管將信號傳送給D觸發器，D觸發器在將信號傳送給或非門并將其他選手鎖存，同時將信號送給發光二極管與喇叭。其工作原理是當主持人按下搶答開關時，選手能進行搶答。當有選手搶時，搶答信號就通過三極管傳入D觸發器，并且最先收到搶答信息的D觸發器送出一個反饋信

8、號將其余三位選手的信號封鎖。當選手回答完畢問題時，主持人啟動計分器，并且給該選手加上或減去分數。計分器通過譯碼器將信號傳送給一數碼管顯示出來。選手搶答按鍵主持人控制搶答控制器定時器倒計時器聲光提示顯示時間圖2.2 方案二流程圖方案二的搶答器則主要是由四個RS觸發器，一個74LS48以及一個優先編碼器74LS148構成，其中四個RS觸發器的輸出接74LS48，74LS48在接數碼管，R端接5V電源其如圖RSQQRSRSQRSQ5v.主持人.10kR圖2.3 RS觸發器S端接74LS48連接選手的輸入信號，當主持人將開關接通時，RS觸發器的R端為低電平，輸出端也全部為低電，選手不能搶答。當斷開時，

9、RS觸發器處于工作狀態中，當有選手搶答時，信號輸入S端，并且鎖定其他選手。方案論證及選擇通過以上兩種方案的比較可知，方案一的設計是每當有選手搶答成功時，都會有聲光伴隨，而且是具體到每一位，給人直觀的感覺。方案二的設計則是用一個數碼顯示器顯示搶答成功者的號碼，與第一個相比顯得不能讓人一下就反映過來誰是搶答成功者；另外方案一更加的簡潔、易行，而且使用到的元器件也都是我們所常用到的一些元件比如：555，74LS148以及開關 二極管 電容 電的電路與方案二比較顯得更簡單、明了。這樣就是就選擇第一種方案。三 . 電路工作原理(設計思路) 1、搶答電路設計搶答電路的功能有兩個：一是能分辨出選手按鍵的先后

10、，并鎖存優先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無效。選用優先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能。查看優先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279的功能表和引腳圖等使用資料。也可以選用其他的器件完成此功能。工作過程：開關S置于"清除"端時，RS觸發器的 端均為，個觸發器輸出置，使74LS148的 ，使之處于工作狀態。當開關S置于"開始"時，搶答器處于等待工作狀態，當有選手將鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出 經RS鎖存后，1Q=1, =1,74LS48處于工作狀態，QQQ=101,經譯碼顯

11、示為""。此外，1，使74LS148 ，處于禁止狀態，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74LS148的 此時由于仍為，使 ，所以74LS148仍處于禁止狀態，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優先性。如有再次搶答需由主持人將開關重新置"清除"然后再進行下一輪搶答。表、74LS148的功能真值表2、定時電路設計節目主持人根據搶答題的難易程度，設定一次搶答的時間，通過預置時間電路對計數器進行預置，可以選用十進制同步加/減計數器74LSl92進行設計，計數器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。器構成圖如下：四 . 單元電路設計參數計算及元器件選擇1

12、. 74LS48芯片是一種常用的七段數碼管譯碼器驅動器，常用在各種數字電路和單片機系統的顯示系統中，下面我就給大家介紹一下這個元件的一些參數與應用技術等資料。2 . 74LS279中文資料.:54/74279四/R-/S 鎖存器簡要說明:279為四個/R-/S 鎖存器，共有 54/74279 和 54/74LS279 兩種線路結構型式,其主要電器特性的典型值如下(不同廠家具體值有差別):型號 tPD PD54279/74279 12ns 90mW54LS279/74LS279 12ns 19mW四個鎖存器中有 2 個具有 2 個置位端（/SA,/SB）。當/S 為低電平，/R 為高電平時，輸出

13、端 Q 為高電平。當/S 為高電平，/R為低電平時，Q 為低電平。當/S 和/R 均為高電平時，Q 被鎖存在已建立的電平。當/S 和/R 均為低電平時，Q 為不穩定的高電平狀態。對/SA和/SB，/S的低電平表示/SA和/SB只要有一個為低電平，/S的高電平表示/SA和/SB均為高電平。引出端符號：1Q4Q 輸出端/1S/4S 置位端（低電平有效）/1R/4R 復位端（低電平有效）外部管腿圖：邏輯圖：真值表：3 . 74LS148 在優先編碼器電路中，允許同時輸入兩個以上編碼信號。不過在設計優先編碼器時，已經將所有的輸入信號按優先順序排了隊。在同時存在兩個或兩個以上輸入信號時，優先編碼器只按優

14、先級高的輸入信號編碼，優先級低的信號則不起作用。74148是一個八線-三線優先級編碼器。如圖所示的是八線-三線編碼器74148的慣用符號及管腳圖引腳圖。 74148優先編碼器為16腳的集成芯片，除電源腳VCC(16)和GND(8)外，其余輸入、輸出腳的作用和腳號如圖中所標。其中I0I7為輸入信號，A2,A1,A0為三位二進制編碼輸出信號，IE是使能輸入端，OE是使能輸出端，GS為片優先編碼輸出端。由74148真值表可列輸出邏輯方程為：A2 = (I4+I5+I6+I7)IEA1 = (I2I4I5+I3I4I5+I6+7)·IEA0 = (I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I

15、7)·IE 使能輸出端OE的邏輯方程為： OE =I0·I1·I2·I3·I4·I5·67·IE 當使能輸入IE=1時，禁止編碼、輸出(反碼)： A2,A1,A0為全1。(如表5.1.2第一行所示。)當使能輸入IE=0時，允許編碼，在I0I7輸入中，輸入I7優先級最高，其余依次為：I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等級排列。OE為使能輸出端，它只在允許編碼(IE=0)， 而本片又沒有編碼輸入時為0。如表5.1.2中第二行所示)。 擴展片優先編碼輸出端GS的邏輯方程為： GS = (I0+I1+I2+I3+I4

16、+I5+I6+I7)·IE GS為片優先編碼輸出端，它在允許編碼(IE=0)，且有編碼輸入信號時為0(如表5.1.2中第三至第十行)；若允許編碼而無編碼輸入信號時為1(如表5.1.2第二行)；在不允許編碼(IE=1)時，它也為1(如表5.1.2第一行)。GS = 0表示“電路工作，而且有編碼輸入” 74148優先編碼器真值表 用兩片74148優先編碼器擴展為十六線-四線優先編碼器的連線圖4 . 十進制可逆計數器74LS192引腳圖管腳及功能表74LS192是同步十進制可逆計數器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：圖5-4 74LS192的引腳排列

17、及邏輯符號 （a）引腳排列 (b) 邏輯符號圖中：為置數端，為加計數端，為減計數端，為非同步進位輸出端， 為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計數器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數據輸出端。其功能表如下： 輸入 輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0 1 × × ×××××0000 0 0 × ×dcbadcba 0 1 1×××× 加計數 0 1 1 ×××× 減計數 74LS192的功能表5 . 55

18、5定時器 555定時器內部結構的簡化原理圖如下，它由3個阻值為5k的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發器、放電BJT以及緩沖器G 組成。定時器的主要功能取決于比較器的輸出控制RS觸發器和放電BJT T的狀態。圖中Rd為復位輸入端，當Rd為低電平時，不管其他輸入端的狀態如何，輸出Vo為低電平。因此在正常工作時，應將其接高電平。圖3.4 555結構原理圖由圖可知，當5腳懸空時，比較器C1和C2的比較電壓分別為2/3Vcc和1/3Vcc。當VI1>2/3Vcc，VI2>1/3Vcc時，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發器被置0，放電三極管T導通

19、，輸出端Vo為低電平。當VI1<2/3Vcc，VI2<1/3Vcc時，比較器C1輸出高電平,比較器C2輸出輸出低電平，基本RS觸發器被置1，放電三極管截止，輸出端Vo為高電平。當VI1<2/3Vcc，VI2>1/3Vcc時，基本RS觸發器R=1、S=1，觸發器狀態不變，電路以保持原狀態不變。表3.2 555功能表輸入輸出閥值輸入（VI1）R出發輸入（VI2）S復位（Rd）輸出（Vo ）放電管T××00導通<2/3Vcc1<1/3Vcc011截止>2/3Vcc0>1/3Vcc110導通<2/3Vcc1>1/3Vcc11不變不變五 . 完整電路圖六 . 系統