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长沙学院数电课程设计说明书题目八人智力竞赛抢答器系(部)专业(班级)姓名学号指导教师起止日期数字电子技术课程设计任务书(9)系（部）：专业：指导教师：长沙学院课程设计鉴定表目录一．八人智力竞赛抢答器 (4)二．设计思路及电路仿真 (5)1.74HC4511和七段显示数码管 (5)2.抢答部分原理 (7)3.用555定时器组成的多谐振荡器 (8)4.74LS192芯片 (9)5.定时部分原理 (10)三．设计心得与体会 (11)四．参考文献 (12)一．八人智力竞赛抢答器1.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，他们的选号分别是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）和抢答器的开始。
（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。
2.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（如15 秒）。
当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出声响。
（2）参加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，却没有选手抢答时，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0。
二．设计思路及电路仿真1.74HC4511和七段显示数码管74HC4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器（如图2）的BCD 码—七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。
数字电子课程设计系别：电气工程专业：电气工程及其自动化班级：2002级5班姓名：指导老师：目录第一章：序言 (3)第二章：设计任务书 (3)第三章：电路组成和工作原理 (4)第四章：设计步骤及方法 (5)第五章：安装和调试 (11)第六章：总结 (13)参考文献 (13)第一章序言智力竞赛抢答计时器是一名的裁判员，它的任务是从若干名竞赛者中确定出最先的抢答者，并要求参赛者在规定的时间里回答完问题。
第二章设计任务书一、设计题目：智力竞赛抢答计时器二、技术要求：1.设计一个三人参加的智力竞赛抢答计时器。
2.当有某一参赛者首先按下抢答开关是，相应显示灯亮并伴有声响。
此时，抢答器不再接收其他输入信号。
3.电路具有回答问题时间控制功能。
要求回答问题的时间小于100秒（显示为0~99），时间显示采用倒计时方式。
当达到限定时间是，发出声响以示警告。
三、给定条件及器件1.要求电路主要选用中规模COMS集成电路CC4000系列。
2.电源电压为5~10v。
3.本设计要求在数字电路实验箱上完成。
四、设计内容1.电路各部分的组成和工作原理。
2.元器件的选取及其电路图和功能。
3.电路各部分的调试方法。
4.在整机电路的设计调试过程中，遇到什么问题，其原因及解决的办法。
第三章电路组成和工作原理根据上面所说的功能要求，智力竞赛抢答计事系统的组成框图如下图所示。
它主要有六部分组成：显示声响电路清零装置抢答器计时、声响电路抢答控制电路振荡电路一、抢答器——智力竞赛抢答器的核心。
当参赛者的任意一位首先按下抢答开关事，抢答器即刻接受该信号，指使相应发光二极管亮（或音响电路发出声音），与此同时，封锁住其他参赛者的输入信号。
二、抢答控制器——由三个开关组成。
三名参赛者各控制一个，拨动开关使相应控制端的信号为高电平或低电平。
三、清零装置——供比赛开始前裁判远使用。
它能保证比赛前触发器统一清零，避免电路的误动作和抢答过程的不公平。
四、显示、声响电路——比赛开始，当某一参赛者按下抢答器开关时，触发器就接受该信号，在封锁其他开关信号的同时，使该路的发光二极管发出亮光和蜂鸣器发出声响，以引起人们的注意。
课程设计《数字式智力抢答器》系统设计要求：设计一个智力抢答器，可以判断第一抢答者，并具备计分功能。
抢答器有4路抢答按钮。
设置抢答器使能信号，当此信号有效时，若参赛者按下抢答开关，则抢答器能判断出第一抢答者并指示该组抢答成功，其他参赛者的抢答开关不起作用。
若提前抢答，则对相应的参赛者发出警报。
系统具有清零功能。
当清零信号有效时，抢答器对前一轮抢答的第一抢答者判断结果进行清零，恢复为初始状态。
数字式智力抢答器还具有计分功能。
如果抢答成功的参赛者满足得分条件，则增加相应分数，答错不扣分。
一、系统方案设计根据系统设计要求，系统主要由三个主要的电路模块组成，分别为第一抢答判断电路、计分电路、显示电路。
其中第一抢答判断电路主要完成最快抢答者的判断功能；计分电路存储每组竞赛者的分数；显示电路显示抢答器的状态和各组的分数。
因此，数字竞赛抢答器的输入信号包括：复位信号CLR、抢答器使能信号EN、四组抢答按钮A/B/C/D、加分信号ADD；输出信号：四组抢答状态的显示LEDx；对应的得分SCOREx；抢答器抢答成功的组别显示、报警信号FALSE。
二、单元电路设计1、第一抢答判断电路第一抢答判断电路模块具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。
（1）当复位CLR信号有效(高电平)时，电路清零。
（2）当使能信号EN为低电平时，如果有人抢答，则提前抢答报警信号FALSE[3..0]的对应位输出高电平，以示警告。
（3）当EN为高电平时，抢答开始。
首先将报警信号FALSE[3..0]清零，然后根据四组竞赛者的抢答情况选择最先抢答的信号，显示抢答状态显示信号LEDA—LEDD。
（即LEDA—LEDD对应输出高电平）。
抢答成功者的组别编号由信号Q[3..0]输出，并锁存抢答器此时的状态，直到CLR信号有效为止。
（4）在每一轮新的抢答之前，都要使用复位信号CLR，清除上一轮抢答留下的痕迹，使电路恢复初始状态。
library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity qd isport(clr,en:in std_logic;A,B,C,D:in std_logic;LEDA,LEDB,LEDC,LEDD:out std_logic;--抢答成功指示灯FALSE:out std_logic_vector(3 downto 0);--提前抢答报警Q: out std_logic_vector(3 downto 0)); --抢答成功组显示End qd;Architecture behave of qd isSignal temp: std_logic_vector(3 downto 0);Signal TAG : std_logic; --设置锁存标志位BeginTemp<=A&B&C&D;PROCESS(clr,EN,A,B,C,D)BEGINIF clr=’1’ then -- 电路清零Q<=”0000”;LEDA<=’0’;LEDB<=’0’;LEDC<=’0’;LEDD<=’0’;FALSE<=”0000”;TMG<=’0’;ELSIF (EN=’0’) THEN -- 提前抢答报警IF A=’1’ THEN --A提前抢答报警FALSE(3)<=’1’;END IF;IF B=’1’ THENFALSE(2)<=’1’;END IF;IF C=’1’ THENFALSE(1)<=’1’;END IF;IF D=’1’ THENFALSE(0)<=’0’;END IF;ELSE –抢答开始FALSE<=”0000”;IF TAG=’0’ THEN -- 尚未有抢答成功者IF TEMP=”1000” THENLEDA<=’1’;LEDB<=”0”;LEDC<=”0”;LEDD<=’0’;Q<=”1000”; --显示A抢答成功TAG<=’1’; --锁存此状态ELSIF TEMP=”0100” THENLEDA<=’0’;LEDB<=”1”;LEDC<=”0”;LEDD<=’0’;Q<=”0100”; --显示B抢答成功TAG<=’1’; --锁存此状态ELSIF TEMP=”0010” THENLEDA<=’0’;LEDB<=”0”;LEDC<=”1”;LEDD<=’0’;Q<=”0010”; --显示A抢答成功TAG<=’1’; --锁存此状态ELSIF TEMP=”0001” THENLEDA<=’0’;LEDB<=”0”;LEDC<=”0”;LEDD<=’1’;Q<=”0001”; --显示A抢答成功TAG<=’1’; --锁存此状态END IF;END IF;END IF;END PROCESS;END behave;2、计分电路计分电路在参赛者抢答成功后，根据比赛情况进行比较分数的调整。
萍力/攵知学电子技术课程设计成绩评定表设计课题:智力竞赛抢答器学院名称： _____________ 电气工程学院专业班级： ____________ 电气1503学生： _______________ 段帅朋学号：201523010310指导教师 : _____________________________________ 设计地点： ______________ 31-220设计时间：2017.6.26-2017.7.2指导教师意见：成绩：签名：年月日电子技术课程设计任务书目录1. 绪论................................................................. 3..1.1设计目的........................................................ 3.1.2设计要求........................................................ 3.2. 方案设计.............................................................3..2.1系统工作流程图.................................................3.2.2元器件活单...................................................... 4.2.3主要元器件选择与分析............................................ 5.2.3.1轻触开关.................................................. 5.2.3.2 74LS192计数芯片 ......................................... 5.2.3.3共阴极数码管以及其驱动芯片74LS48 (6)2.3.4 74LS175四路D触发器 (7)2.3.5 555 定时器................................................ 8.2.3.6集成门电路................................................ 8.2.3.7无源蜂鸣器................................................ 8.3. 原理分析............................................................. 9..3.1抢答必答模式选择及其指示电路 (9)3.2抢答电路........................................................ 9.3.3脉冲产生电路.................................................. 1.03.4单稳态定时电路 (11)3.5定时电路....................................................... 1.23.6音响电路....................................................... 1.33.7整机电路分析................................................... 1.33.8加减分数电路................................................... 1.44. 设计总结 (15)1. 绪论1.1设计目的1、注重培养学生正确的设计思想，掌握课程设计的主要容、步骤和方法。
八人智力竞赛抢答器数电课程设计长沙学院数电课程设计说明书题目八人智力竞赛抢答器系(部)专业(班级)姓名学号指导教师起止日期数字电子技术课程设计任务书(9)系（部）：专业：指导教师：长沙学院课程设计鉴定表目录一．八人智力竞赛抢答器 (5)二．设计思路及电路仿真 (6)1.74HC4511和七段显示数码管 (6)2.抢答部分原理 (7)3.用555定时器组成的多谐振荡器 (8)4.74LS192芯片 (9)5.定时部分原理 (10) (11)三．设计心得与体会 (11)四．参考文献 (12)一．八人智力竞赛抢答器1.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，他们的选号分别是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）和抢答器的开始。
（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。
2.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（如15 秒）。
当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出声响。
（2）参加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，却没有选手抢答时，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0。
二．设计思路及电路仿真1.74HC4511和七段显示数码管74HC4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器（如图2）的BCD 码—七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。
竞赛抢答器要求：设计一个供四人参赛的抢答器，能准确分辨、记录第一个有效按下抢答键者，并用光指示；主持人没有宣布抢答开始时，抢答不起作用。
主持人宣布抢答开始时，按“开始”键，抢答开始，同时启动计时器计时；拓展要求：外加一个计时器，计时器计时采用正计数的方式，以加强现场气氛，增加紧迫感。
若预定时间内无人抢答，自动给出信号停止抢答，以免冷场。
倒计数定时器的时间精确到秒，最多为两分钟，一旦超出限时，则取消抢答权。
设计提示：关键是要存住第一抢答者的信息，并阻断以后抢答者的信号。
可用集成的多组触发器或锁存器辅以逻辑门实现；；计时器可用加法计数器完成；各单元电路分别设计、调试，最后合成。
目录1. 前言 ................................ - 1 -2. 总体方案设计 ............................ - 3 -2.1 方案说明. ................................................ - 3 -2.2 方案优点............................. - 4 -3. 单元模块设计 ............................ - 4 -3.1 抢答器电路........................... - 5 -3.2 计时器，数字显示器电路....................... - 8 -4. ......................................................................... 主要器件介绍- 9 -5. ......................................................................... 系统功能调试- 10 -6. 总结与体会 ............................ - 11 -【参考文献】 (18)附录................................. - 11 -1 前言关于这次设计的用于多人竞赛抢答的器件，在现实生活中很常见，尤其是在随着各种智益电视节目的不断发展，越来越多的竞赛抢答器被用在了其中，这种抢答器的好处是不仅能够锻炼参赛选手的反应能力，而且能增加节目现场的紧张、活跃气氛，让观众看得更有情趣。
多路智力抢答器课程设计一、选题的意义在现代社会生活中，智力竞赛作为一种生动活泼的教育形式和方法能够引起观众极大的兴趣。
而在竞赛中往往分为几组参加，这时针对主持人提出的问题，各组一般要进行必答和抢答，对必答一般有时间限制，到时有声响提示；对于抢答，要判定哪组先按键，为了公正，这就要有一种逻辑电路抢答器作为裁判员。
抢答器是竞赛问答中一种常用的必备装置,从原理上讲,它是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑电路和时序电路。
抢答器的发展也是比较快的，从一开始的光具有抢答锁定功能的一个电路，到现在的具有倒计时、定时、自动（或手动）复位、报警（即声响提示，有的以音乐的方式来体现）、屏幕显示、按键发光等多种功能的技术合并，这就可以说明其多种功用及发展的快速。
当今智力竞赛抢答器、有锁定功能抢答器、多功能智力抢答器……可以说是多不胜数。
抢答器适用于各类知识竞赛、文娱综艺节目，尤其是在电视上的各种知识竞赛，除了可以把各抢答组号、违例组号、抢答规定时限、答题时间倒计时/正计时在仪器面板上显示外，还可外接大屏幕显示屏显示给赛场与观众，活跃现场气氛，便于监督，公平竞争。
二、总体方案1设计目的（1）熟悉集成电路的引脚安排。
（2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。
（3）了解面包板结构及其接线方法。
（4）了解数字抢答器的组成及工作原理。
（5）熟悉数字抢答器的设计与制作。
2 设计要求：a 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0 ~ S7表示。
b 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
c 抢答器具有锁存与显示功能。
d 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。
e 参赛选手在设定的时间内进行抢答，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的时间，并保持到主持人将系统清除为止。
3 定时抢答器的总体框图如图1所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。
主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，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。
设计题目：简易智力竞赛抢答器的设计与制作一、设计要求抢答器可供四组抢答，有人抢答时，蜂鸣器发声，同时优先抢答者对应的指示灯亮，而后抢答者对应的指示灯不亮。
主持人具有将抢答器复原的功能。
智力竞赛抢答器是用来判断哪一个预定状态首先发生的电路，主要由开关阵列电路、触发锁存电路、显示电路几部分构成。
二、总体设计电路由选手和主持人开关、触发锁存电路、抢答鉴别电路和显示电路组成。
三、单元电路设计1、选手开关和主持人开关选手开关由下面四个开关组成，四位抢答者通过开断各自的开关开关实现抢答，给译码器输入高低电平，其中低电平为有效信号2Q03Q17Q16Q210Q211Q315Q314D04D15D212D313CLK9MR1+5V200200200200R4CV5TR2GND1TH6DC7Q3VCC847K47K0.01U0.01UFGND+5V910121374LS04246810874LS2013121245674LS20GNDLED74LS1752、触发锁存电路此电路有74LS175组成。
它具有以下功能：①清零功能用集成触发器清除端实现，由主持人输入手动负脉冲控制②四个抢答键控制功能有按键实现③显示功能用数字逻辑箱中的发光二极管实现④脉冲信号控制功能由主持人输入手动正脉冲控制74LS175真值表如下GN10K 10K 10K 10K47K47K0.01UFGND135911LED4、显示电路电路由四个发光二极管和四个200欧电阻串联组成，哪个选手先抢到对应的灯即亮。
1TH6 DC7 Q3847K47K0.01UF GND+5V5、时钟脉冲电路由555定时器和两个0.01uF 的电容和470欧姆的电阻组成多谐振荡。
2Q03Q17Q16Q210Q211Q315Q314D0D1D2D3CLK MR200200200200910121374LS04874LS2013121274LS20GND LED74LS175四、总电路图抢答开始时，主持人清楚信号按下复位开关，74SL175的输出Q1~Q全为0，所有发光二极管LED均熄灭。
......电子技术课程设计成绩评定表设计课题：智力比赛抢答器学院名称：电气工程学院专业班级：电气 1503学生：段帅朋学号：201523010310指导教师：设计地址：31-220设计时间：指导教师建议：成绩 :署名：年月日学生题目课题性质指导教师主要容（参数）任务要求（进度）主要参照资料审察建议......电子技术课程设计任务书段帅朋专业班级电气1503学号201523010310智力比赛抢答器工程设计课题根源自拟用 TTL 或 CMOS 集成电路设计智力比赛抢答器逻辑控制电路，详细要求以下：1.抢答组数为 4 组，输入抢答信号的控制电路应由无颤动开关来实现。
2.鉴别选组电路。
能快速、正确地判处抢答者，同时能清除其余组的扰乱信号，闭锁其余各路输入使其余组再按开关时失掉作用，并能对抢中者有光、声显示和呜叫指示。
3. 计数、显示电路。
每组有三位十进制计分显示电路，能进行加/减计分。
4.准时及音响。
必答时，启动准时灯亮，以示开始，当时间到要发出单音调“嘟”声，并熄灭指示灯。
抢答时，当抢答开始后，指示灯应闪亮。
当有某组抢答时，指示灯灭，最先抢答一组的灯亮，并发出音响。
也能够驱动组别数字显示（用数码管显示）。
第 1-2 天：熟习课程设计任务及要求，查阅技术资料，确立设计方案。
第3-4 天：依照确立的方案设计单元电路。
要求画出单元电路图，元件及元件参数选摘要有依照，各单元电路的设计要有详尽阐述。
第 5-6 天：撰写课程设计报告。
要求容完好、图表清楚、文理流利、格式规、方案合理、设计正确，篇幅合理。
[1]康华光．电子技术基础（模拟部分）（第 5 版） [M] ．：高等教育， 2004[2]阎石．数字电子技术基础（第 5 版） [M] ．：高等教育， 2006[3]光明 .电子技术书课程设计与综合实训 [M] ．航空航天 . 2007系（教研室）主任署名：年月日......目录1.绪论 (3)设计目的 (3)设计要求 (3)2.方案设计 (3)系统工作流程图 (3)元器件清单 (4)主要元器件选择与剖析 (5)轻触开关 (5)74LS192计数芯片 (5)2.3.3 共阴极数码管以及其驱动芯片 74LS48 (6)74LS175四路 D 触发器 (7)555 准时器 (8)集成门电路 (8)无源蜂鸣器 (8)3.原理剖析 (9)抢答必答模式选择及其指示电路 (9)抢答电路 (9)脉冲产生电路 (10)单稳态准时电路 (11)准时电路 (12)音响电路 (13)整机电路剖析 (13)加减分数电路 (14)4.设计总结 (15)....c......1.绪论1.1 设计目的1、着重培育学生正确的设计思想，掌握课程设计的主要容、步骤和方法。
竞赛抢答器课程设计一、教学目标本课程旨在通过竞赛抢答器的制作和使用，让学生掌握基础的电子电路知识，提高学生的动手能力和团队协作能力。
在知识目标上，学生需要了解竞赛抢答器的工作原理，掌握相关的电子元器件的使用方法。
在技能目标上，学生需要能够独立完成竞赛抢答器的电路设计和搭建，并能够进行调试和优化。
在情感态度价值观目标上，学生通过参与课程的学习，能够增强对科学的兴趣和好奇心，培养团队合作意识和创新精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括竞赛抢答器的工作原理、电路设计、搭建和调试。
首先，学生需要了解竞赛抢答器的基本工作原理，包括信号的发射、接收和处理等。
然后，学生将学习如何根据工作原理设计电路图，选择合适的电子元器件，并进行电路搭建。
接下来，学生将学习如何对竞赛抢答器进行调试和优化，以提高其稳定性和准确性。
最后，学生将通过实际操作，体验竞赛抢答器的使用，并总结整个制作过程的经验和教训。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法。
首先，通过讲授法，向学生介绍竞赛抢答器的工作原理和相关知识。
然后，通过讨论法，让学生在小组内交流和分享自己的设计思路和经验。
接着，通过案例分析法，分析实际中的问题和挑战，引导学生思考和寻找解决方案。
最后，通过实验法，让学生亲自动手进行电路搭建和调试，增强学生的实践能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将选择和准备适当的教学资源。
教材方面，我们将选择内容丰富、难度适中的竞赛抢答器相关教材，以提供理论知识和指导。
参考书方面，我们将推荐一些与竞赛抢答器相关的书籍，以供学生深入学习和参考。
多媒体资料方面，我们将准备一些与竞赛抢答器相关的视频和动画，以形象生动地展示和讲解相关知识。
实验设备方面，我们将准备竞赛抢答器制作所需的电路板、电子元器件等，以供学生进行实际操作和实验。
五、教学评估本课程的评估方式将包括平时表现、作业和考试三个部分，以全面、客观、公正地评估学生的学习成果。
电子技术课程设计成绩评定表设计课题：智力竞赛抢答器学院名称：电气工程学院专业班级：电气1503学生：段帅朋学号： 201523010310 指导教师：设计地点：31-220设计时间： 2017.6.26-2017.7.2电子技术课程设计任务书目录1.绪论 (3)1.1设计目的 (3)1.2 设计要求 (3)2.方案设计 (3)2.1系统工作流程图 (3)2.2 元器件清单 (4)2.3主要元器件选择与分析 (5)2.3.1 轻触开关 (5)2.3.2 74LS192计数芯片 (5)2.3.3共阴极数码管以及其驱动芯片74LS48 (6)2.3.4 74LS175四路D触发器 (7)2.3.5 555定时器 (8)2.3.6 集成门电路 (8)2.3.7 无源蜂鸣器 (8)3.原理分析 (9)3.1 抢答必答模式选择及其指示电路 (9)3.2 抢答电路 (9)3.3 脉冲产生电路 (10)3.4单稳态定时电路 (11)3.5 定时电路 (12)3.6 音响电路 (13)3.7整机电路分析 (13)3.8加减分数电路 (14)4.设计总结 (15)1.绪论1.1设计目的1、注重培养学生正确的设计思想，掌握课程设计的主要容、步骤和方法。
2、巩固加深对电子技术基础知识的理解，培养学生发现问题、独立分析问题、解决问题，提高综合运用所学知识的能力。
3、通过查找资料、选方案、设计电路、写报告等环节的训练，熟悉设计的过程、步骤。
为以后从事电子电路设计、研制电子产品打下基础。
4、了解电子线路设计的工程，学会书写设计说明书。
5、培养学生严肃、认真的科学态度和工作作风。
6、在课余实践，有效地激发学生对电子设计的兴趣，丰富课外生活。
7、培养学生自主学习能力，扩展知识面。
8、提高动手能力的同时对常用的集成芯片有一定的了解，在电路设计方面有感性的认识。
9、另外还要掌握电路原理和分析电路设计流程，每个电路的设计都要有完整的设计流程。
这样才能在分析电路有良好的思路，便于找出错的原因。
1.2 设计要求用TTL或CMOS集成电路设计智力竞赛抢答器逻辑控制电路，具体要求如下：1. 抢答组数为4组，输入抢答信号的控制电路应由无抖动开关来实现。
2. 判别选组电路。
能迅速、准确地判处抢答者，同时能排除其它组的干扰信号，闭锁其它各路输入使其它组再按开关时失去作用，并能对抢中者有光、声显示和呜叫指示。
3. 计数、显示电路。
每组有三位十进制计分显示电路，能进行加/减计分。
4. 定时及音响。
必答时，启动定时灯亮，以示开始，当时间到要发出单音调“嘟”声，并熄灭指示灯。
抢答时，当抢答开始后，指示灯应闪亮。
当有某组抢答时，指示灯灭，最先抢答一组的灯亮，并发出音响。
也可以驱动组别数字显示（用数码管显示）。
2.方案设计2.1系统工作流程图系统流程图如2.1所示，控制电路是核心组成部分，它控制抢答电路、音响电路、指示灯电路以及定时电路。
主要由门电路与门、与非门、或门等实现控制逻辑。
主持人和参赛选手都是通过按钮输入控制信号到控制电路，通过控制电路的逻辑实现对各个模块的控制。
1K脉冲主要用于触发器时钟，秒脉冲主要用于计时器。
另外每个组都有一个三位十进制加减分数的电路用于统计比赛得分。
图2.1 智力竞赛抢答器系统流程图2.2 元器件清单绘制完原理图后使用Altiumdesigner 导出元器件清单如表2.1所示，主要有按键、门电路、驱动芯片、数码管、555定时器及其常用的电容电阻晶体管等。
表2.1 元器件清单抢答按钮 锁存电路 译码电路 显示电路控制电路 主持人 音响电路指示灯电路秒脉冲 定时电路 译码显示电路四组三位十进制加减分电路1KHZ 脉冲2.3主要元器件选择与分析2.3.1 轻触开关轻触开关又叫按键开关，最早出现在日本[称之为：敏感型开关]使用时以满足操作力的条件向开关操作方向施压开关功能闭合接通，当撤销压力时开关即断开，其部结构是靠金属弹片受力变化来实现通断的。
图2.2 轻触开关轻触开关由：嵌件、基座、弹片、按钮、盖板组成其中防水类轻触开关在弹片上加一层聚酰亚胺薄膜如图2.2所示。
关于五脚轻触开关的脚位问题：两个引脚为一组，向开关体正确施压时四个引脚相导通，第五个引脚为接地作用。
2.3.2 74LS192计数芯片74LS192十进制同步加减可逆异步预置数计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列如图2.3所示，逻辑符号如图2.4的所示。
图中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端，为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。
其功能如表2.2所列。
表2.2 74LS192功能表输入输出MR P3 P2 P1 P0 Q3 Q2 Q1 Q01 × × ×××××0 0 0 0× d c b a d c b a0 0×0 1××××加计数10 1 1 ××××减计数图2.3 74LS192引脚排列图2.4 74LS192功能图2.3.3共阴极数码管以及其驱动芯片74LS48共阴极则是把所有led的阴极连接到共同接点com，而每个led的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点），如图2.5所示。
图中的8个led分别与上面那个图中的a~dp各段相对应，通过控制各个led的亮灭来显示数字。
在实际使用中，处理器很少直接输出7位二进制码来控制数码管的显示，一般都采用译码器和数码管连接的方式。
因为采用了译码器后，译码工作由译码器独立完成，中央处理器的输出信号可以由7位二进制信号减少成4位8421BCD 码。
并且极提高了电路安全性和稳定性，其连接方式如图2.6所示。
74LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（Ya～Yg）端外，74LS48还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。
其功能参照功能表2.3表2.3 74LS48功能表74ls48功能表—七段译码驱动器功能表十进数或功能输入BI/RBO 输出备注LT RBI D C B A a b c d e f g0 H H 0 0 0 0 H 1 1 1 1 1 1 0 11 H x 0 0 0 1 H 0 1 1 0 0 0 02 H x 0 0 1 0 H 1 1 0 1 1 0 13 H x 0 0 1 1 H 1 1 1 1 0 0 14 H x 0 1 0 0 H 0 1 1 0 0 1 15 H x 0 1 0 1 H 1 0 1 1 0 1 16 H x 0 1 1 0 H 0 0 1 1 1 1 17 H x 0 1 1 1 H 1 1 1 0 0 0 08 H x 1 0 0 0 H 1 1 1 1 1 1 19 H x 1 0 0 1 H 1 1 1 0 0 1 110 H x 1 0 1 0 H 0 0 0 1 1 0 111 H x 1 0 1 1 H 0 0 1 1 0 0 112 H x 1 1 0 0 H 0 1 0 0 0 1 113 H x 1 1 0 1 H 1 0 0 1 0 1 114 H x 1 1 1 0 H 0 0 0 1 1 1 115 H x 1 1 1 1 H 0 0 0 0 0 0 0BI x x x x x x L 0 0 0 0 0 0 0 2RBI H L 0 0 0 0 L 0 0 0 0 0 0 0 3LT L x x x x x H 1 1 1 1 1 1 1 4图2.5 数码管图2.6 74LS48与数码管连接图2.3.4 74LS175四路D触发器74ALS175为一四路的锁存器，当CLK引脚输入上涨沿时，1D-4D被锁存到输出端（1Q-4Q）。
在CLK其他状态时，输出与输入无关。
其功能表如表2.4所示表2. 4 74LS175功能表2.3.5 555定时器如图2.7所示：555 定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器C1 的同相输入端的电压为2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。
若触发输入端TR 的电压小于VCC /3，则比较器C2 的输出为0，可使RS 触发器置1，使输出端OUT=1。
如果阈值输入端TH 的电压大于2VCC/3，同时TR 端的电压大于VCC /3，则C1 的输出为0，C2 的输出为1，可将RS 触发器置0，使输出为低电平，其功能表如表2. 5所示表2. 5 555定时器功能表2.3.6 集成门电路集成门电路主要用于实现逻辑控制功能，此次设计使用到的集成门电路有74LS00两输入四与非门、74LS20四输入两与非门、74LS08两输入四与门、74LS32两输入四或门。
2.3.7 无源蜂鸣器无源蜂鸣器利用电磁感应现象，为音圈接入交变电流后形成的电磁铁与永磁铁相吸或相斥而推动振膜发声，接入直流电只能持续推动振膜而无法产生声音，只能在接通或断开时产生声音，因此需要脉冲震荡信号才能发图2.7 555定时器内部结构图2.8 蜂鸣器生。
如图2.83.原理分析3.1 抢答必答模式选择及其指示电路如图3.1所示，这是一个模式选择电路，主要由开关和门电路组成，由主持人通过单刀双掷开关来选择是必答模式还是抢答模式。
当开关S6拨到1引脚即连接GND为低电平时，与非门U3C的9引脚输入低电平，则8引脚必然输出高电平，然后经过一个与门输入到U1D的13引脚，12引脚为其他模块的控制信号，当12引脚为高电平时与门打开，13引脚的高电平信号可以被送到11引脚，点亮LED灯，当单刀双掷开关拨到3引脚即接高电平时，10引脚1HZ的秒脉冲信号可以通过与非门送到8引脚，然后通过控制与门送到11引脚使LED灯闪烁，需要熄灭指示灯时，只需要让与门的12引脚的控制信号为低电平，与门关闭，11引脚始终输出低电平，达到熄灭指示灯的效果。
图3.1 抢答/必答模式选择电路3.2 抢答电路如图3.2所示，抢答电路是由抢答按钮、74LS175四路D触发器、控制门电路（74LS20两输入与非门、74LS08两输入与门）、LED发光二极管和电容电阻构成。
首先需要主持人通过图 3.2的模式选择选择抢答模式，这样2引脚的“QD-BD”高电平信号就送到了图3.2 U1A的与门1引脚输入端，然后主持人按下复位按钮S 1,低电平信号通过与门送到74LS175的1引脚，进行触发器清零，此时1Q’、2Q’、3Q’、4Q’都是高电平经过74LS20与非、74LS00取非之后输出高电平到与非门U3B的5引脚，使得1KHZ的时钟脉冲信号加在74LS175的CLK上，等待竞赛选手抢答同时U3A输出的信号也会作为控制信号送到其他门电路参与系统控制。
