八路智力竞赛抢答器设计

武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书I课程设计任务书题目:八路智力竞赛抢答器设计初始条件：教材：《电子线路设计·实验·测试》第三版谢自美主编华中科技大学出版社元器件：74LS48三片，72LS192两片，74LS279、74LS148、74LS00、74LS11、555各一片，数码管三个，发光二极管一个，开关、电阻、电容若干，面包板，导线若干仿真：Proteus仿真软件要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）多路智力竞赛抢答器功能要求：基本功能：1．设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。2．给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。3．抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。扩展功能：1．抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定。当节目支持人按下“开始”按钮后，要求定时器立即倒计时，并在显示器上显示，同时扬声武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书II器发出短暂的声响，声响持续时间0.5s左右。2．参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。3．如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答，则本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00.报告要求：课程设计的内容要求用A4纸打印，且页数不得少于20页。时间安排：第20周理论设计、实验室安装调试地点安排：鉴主15楼通信实验室一指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书I摘要在各种智力竞赛场合，抢答器是必不可少的最公正的用具。本次所设计的智力竞赛抢答器可同时供8名选手或8个代表队参加比赛。电路由主体电路和扩展电路两部分组成，分别由集成编码器、计数器、锁存器、定时器和必要的门电路等组成，其中主体电路的作用是完成主持人的控制系统清零与抢答开始功能以及完成参赛者的抢答并显示其编号的功能，扩展电路由控制电路，主要包括秒脉冲发生电路和定时电路，并且在设计中加入了报警电路，以提示选手和观众。经Proteus仿真软件验证抢答器原理图无误，可实现设计所要求功能。根据原理图，在面包板上连接构成实物。武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书IIAbstractQuizinavarietyofoccasions,Answerisjustthemostessentialappliances.DesignedbyTheAnswerquizcanbeatthesametimeforeightplayersorteamstoparticipateineightgames.Circuitfromthemaincircuitandtheexpansionofthecircuitiscomposedoftwoparts,respectively,bytheintegrationofencoders,counters,latches,timersandnecessary,suchasgates,ofwhichtheroleofthemaincircuitiscompletedthecontrolsystemhostclearedwithAnswercontestantsbegantofunctionandthecompletionoftheAnsweranddisplaythefunctionofitsnumbertoexpandthecircuitbythecontrolcircuitry,includingpulsecircuitandtimingcircuit,andinthedesignofalarmcircuitisaddedinordertopromptplayersandspectators.ByProteusAnswersimulationsoftwaretoverifycorrectschematicdevicecanachievetherequireddesignfeatures.Accordingtotheprincipleofmapboardinconnectionconstituteakindofbread.武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书-1-目录1八路智力竞赛抢答器的设计..............................................-2-1.1抢答器的功能要求................................................-2-1.2整体设计思路....................................................-3-1.3单元电路的设计...................................................-5-1.3.1抢答电路设计...............................................-5-1.3.2定时电路设计..............................................-10-1.3.3报警电路设计..............................................-12-1.3.4时序控制电路..............................................-12-1．4抢答器整体电路................................................-14-2电路仿真.............................................................-16-3八路智力抢答器实物制作...............................................-17-3.1面包板的使用...................................................-17-3.2电路板制作.....................................................-19-4元器件清单...........................................................-20-5小结.................................................................-21-6参考文献.............................................................-22-附录八路智力竞赛抢答器总图...........................................I武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书-2-八路智力竞赛抢答器在各种智力竞赛场合，抢答器是必不可少的最公正的用具。在我们各种竞赛中我们也经常能看到有抢答的环节，某些举办方采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性，而抢答器的应用就能避免这种弊端。随着科技的飞速发展，能够实现抢答器功能的方式有多种，可以采用模拟电路、数字电路或模拟与数字电路相结合的方式以及利用微电脑芯片作为核心部件进行逻辑控制及信号产生的单片机技术和C语言编程而设计的多路智力竞赛抢答器。本设计将采用数字电路实现一八路智力竞赛抢答器。1八路智力竞赛抢答器的设计1.1抢答器的功能要求基本功能：设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。扩展功能：抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定。当节目主持人按下“开始”按钮后，要求定时器立即倒计时，并在显示器上显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间0.5s左右。参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答，则本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00.武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书-3-1.2整体设计思路根据对功能要求的简要分析，将定时抢答器电路分为主题电路和扩展电路两部分。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答器按钮时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答及报警功能。比赛开始时，接通电源，节目主持人将开关置于“清零”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器上显示设定时间。当节目主持人宣布“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，抢答器处于工作状态，定时器开始倒计时。若定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。若选手在定时时间内按动抢答按钮时，抢答器要完成以下四项工作：1.优先编码器电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；2.扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；3.控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；4.控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕时，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。根据对功能要求的理解，设计了如下两种方案。方案一系统框图如图1所示。图1八路智力抢答器方案一设计框图武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书-4-方案一所示抢答器工作过程：该方案是将抢答按钮先直接与锁存器而不是优先编码器相连，将最先抢答的选手的编号锁定，再依次经过优先编码器、译码器和七段显示器，最后显示的是抢答选手的编号，经过优先编码器后的信号到单稳态触发器，单稳态触发器又与报警电路直接连接，所以显示编号的同时可以发出报警信号。另外由主持人控制开关和其他部分电路通过门电路实现对抢答电路、定时电路和报警部分电路的控制。方案二系统框图如图2所示。图2八路智力抢答器方案二设计框图方案二所示抢答器的工作过程：主持人按动开始抢答的开关后，最先抢答的选手的电平信号先经过优先编码器，再依次经过数据锁存器，此时已经限制了其他选手的抢答，信号再经过译码器和七段数码显示器，将最先抢答的该选手的编号显示出来，并同时产生报警信号，到此完成的是抢答功能；如果没有人抢答，30秒减计数器减到00时也会发出报警信号，此是完成计时功能。相比之下，第二种方案更好些。它的优点表现在以下几个方面：这种方案原理比较简单。主持人对整体电路的控制只需几个门电路就可完成，不必用特别的芯片来组成控制电路；更容易实现报警提示功能，在有选手抢答后或者计时开始和结束时。既减少了布线使整个电路更直观简单，又降低了产生错误的可能性。武汉理工大学《数字电子