四人智力竞赛抢答器实验报告
四人智力竞赛抢答器
设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。 用数字显示抢答倒计 时间，由“9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器连续响1秒。选手抢答时，数 码显示选手组号，同时蜂鸣器响1秒，倒计时停止。
(1) 4名选手编号为：1, 2, 3, 4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手 的编号对应，也分别为1，2，3，4。
(2) 给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零(抢答显示数码管灭灯) 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，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响 提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。抢答选手的编号一直保持到主持 人将系统清零为止。
(4) 抢答器具有定时(9秒)抢答的功能。当主持人按下开始按钮后，定时 器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器 响，音响持续1秒。参赛选手在设定时间(9秒)内抢答有效，抢答成功，扬声 器响，音响持续1秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号， 定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。
(5) 如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器报 警(音响持续1秒)，并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器 显示0。
⑹ 可用石英晶体振荡器或者 555定时器产生频率为1H Z 的脉冲信号，作 为
定时计数器的CP 信号。
数字抢答器总体方框图
如图11、1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"清除"状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间;
:掙人
住制
绷开关
电
S4
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1
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图11、1数字抢答器框图
主持人将开关置开始"状态，宣布"开始"抢答器工作。定时器倒计时，选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示，当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示零。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。
2 ?单元电路设计
(1)抢答器电路
参考电路如图11、2所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按
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；二是禁止
其他选手按键操作无效。工作过程：开关S置于"清除"端时，RS触发器的端均为0，4个触发器输出置0,使74LS148的=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(如按下S4),74LS148的输出经RS锁存后，1Q=1,74LS48处于工作状态，4 Q3 Q2 Q=1OO, 经译码显示为"4"。此外，1Q=1，使74LS148 = 1,处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的此时由于仍为1Q=1，使ST=1，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。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。74LS148为8线—3线优先编码器.
图11、2数字抢答器电路
(2)定时电路
Key = Space
图11、3可预置时间的定时电路
由节目主持人设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置， 计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计 数器74LS192进行设计，具体电路如图11、3所示。 (3) 报警电路
74LS148D
(5)时序控制电路
时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能:
U14
151109 一
迤
14
A B C D
QA QB QC QD 3 2 6 7
?
LOAD ?
BCCJ3 VCC
5V
4 ---------- i
U12B >UP 》DOWN
74LS08
14
U10 U174192N
U11A
DDDDDDDD QQ QQ QQ QQ 1234 5678
12
15 16 19
74LS21D
10
T C 3
10uF
ON
CG R199 A / s
、
7
SN
U27 BUZZER 0
200 Hz 74121N
74LS373N
(4) 零点锁存电
路
U14
U9
15
11 A Be D
A Be D QQQQ
U19D ?LOAD CLR ~BO ?CO 13
12 74F04N
>UP > DOWN
01234567— DDDDDDDDE
AOA1A2GSEO
74192N
00VCC
RINT
RTCT CT A1 A2 ?
B
GND
6 3
①主持人将控制开关拨到"开始"位置时，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。
②当参赛选手按动抢答键时，抢答电路和定时电路停止工作，倒计时归零。
③当设定的抢答时间到，无人抢答时，抢答电路和定时电路停止工作。
四. 元件选择
1
.
集成电路：7ULS1U8 1片7ULS373 1片7ULSU8 2 片
7ULS192 1片NE555 1片7ULS00 2片
7ULS121 2片7ULS21 1片7ULS32 1 片
7ULS08 1片
2
.
电阻|: 100K Q2只U0Q 2 只15k Q l只68k Q l只
3
.
电容：10UF 3只10 nf 1只
u
.
苴
、
它：共阴极显示器2只，双刀单闸开关 1 只，PBNO 开关4 只，buzzer 蜂鸣器2只
五, 整体电路及软件仿真的效果图以及仿真调试结果分析
C9
D
9
H
S
L
/
7
N
4
u
r
?
4
P
Q
4
1
L
4
7
1
U
C6
/5
-
J
1
1
G
o
E
u
E CO
B u
OB/m~ k R K ~ C5 一 9 R D O Q — U / 3 A v 3 n o i C0 8 ^ 2 今 OOOOOOG 4 1 N 4 U T 4 / 4 1 I E 7 D 6 D 5 D 4 O1 A: I P A L 4 Q D R / I B ~ D c B <6 N 4 u _ t ? D y l u O O H 6 4 C 5 A 3 1 U 1 5 N 2 9 f 21 31, Q u- Q b - D u C Q8 R L D a o L ~ 41 D c B A 9 C0 5 1 D 2 O S L f A 6 1 U F Q 6 2343341 m- 9 o- 彳 ￥ D c B A Q R K 1 h ^ ~ T L ~ V o d ■2 3 1■2- 3* AG DDDDDDDDE 4 4 一 一 V A R 1 - ^ 3 C3 2 - - V A R 1 - - V A R W V Q — ±_ A d d u C C V e c a D S - - v e R1 DIS 15k| THR 200 Hz /4LSU8D 200 Hz SN/41 Key J5 i8Q Key = 4 5D 7D 8D 2 —--3 Key = 2 J3 = □ BUZZER F 10uF Key = 1 J2r = D R2 5 TRI LM555CM CON C1 10nF U12B 74LS08D 74LS08D U12A 9 ■ ■ 22 U6 ~OC ENG 3 74192N 51 U20F 74F04N UP DOWN I—1 、 U13A ■■ 74LS32D U19D ■ ■ 74F04N ~LT 'RBI ~BI/RBO OA OB OC OD OE OF OG 74LS48D 6 — U1F 2 — QQQQQQQQ DDDDDDDD C N 2 2 J U18 e f i l 4 3 /4IS21D J16A 74LS32D U9 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A0 A1 A2 U2A —74 A 74F04N U7B 30 GS EO 74LS148D 15 “ 74U04N 74F04N 33 34 U5 s~BI/RBO 74LS48D 555的秒脉冲图 六. 工作原理 1.置数：通过单刀双掷开关将74IS192的load输入端先置为高电平，使 74IS192实现置数功能，将其置为1001，再通过开关，将load输入端先置为低电平，使其开始倒计时。 2.当主持人按下开始按钮时，蜂鸣器响，选手开始抢答，并且倒计时开始倒计，当有任何一个选手按下按钮时LS148被锁存,蜂鸣器响，其他选手按下无效，同时倒计时制止，数码管显示剩余时间和选手对应的号码，倒计时数码管显示为0,蜂鸣器响，禁止选手抢答。主持人再置为开始状态，其他选手才可以继续抢答，倒计时从新倒计，进入下一个抢答状态? 3.当无选手按按钮是，倒计时继续直到倒计时为零，此时零点到的信号将LS148锁存,选手再按下按钮无效，同样只有当主持人清零后再置为开始状态，其他选手才可以继续抢答。 4.锁存的实现：LS373的有信号输入时，通过74LS21将信号反馈回74LS373 的使能端EI,此时LS373被高电平锁住，停止工作，禁止其它选手抢答，同时将低电平信号反馈回74IS192的倒计时输入端，使其停止工作，保持剩余抢答时间。当倒计时为0时，通过74LS32将信号反馈回74LS148的使能端EI，此时LS148 被锁在低电平，停止工作，禁止有选手超时抢答，同时将低电平信号反馈回74IS192的倒计时输入端，使其停止工作，停止倒计时。主持人通过单刀双掷开关对LS373和LS148的使能端的控制来清除锁存信号,并使得抢答器重新工作。