数字电路四路抢答器设计(论文)

数字电子技术课程设计-四人抢答器电路设计
四人抢答器电路是一种应用电子技术检测问答游戏中玩家反应速度的设备，它的电路
设计需要标准的电子元件、稳压电源以及电路逻辑运算模块等部件，由此可构成一个能够
检测四人抢答时的谁先按键的简单电路。

该电路设计方案的基本原理是，将每个参与游戏的玩家所使用的按键连接至电路的输
入级，通过判断输入的按键信号来决定答题者，该按键信号由外加个按键模块（如电容触
摸按键模块）来实现，装载在此按键模块中的电容将检测按键被按下时输出一个高电平信号，故当A、B、C、D四名玩家同时按下四个按键时，模块中的四个电容就会依次输出四
个高电平信号，然后将这四个高电平信号输入到电路的门驱动器（如电子开关模块）中，
其门驱动器根据输入的四个高电平信号的先后顺序来判断出哪个按键是最先按下的，从而
实现对四人抢答结果的检测。

同时，为使检测准确无误，电路中加入了定时电路模块，其定时电路能够设置游戏的
抢答时间，当总时间到达终点时，控制器模块被激活并输出一个控制信号，该信号则可以
激活LED指示灯或声音报警模块，以提示游戏答题结束。

此外，为了使四人抢答电路设计能可靠地工作，还需加入多功能控制器的模块，该控
制器可以根据已设置的抢答时限来控制游戏的进程，并在游戏结束时完成游戏结果的输出
以及其它各种复位等操作，同时，该控制器还可以实现自动重启等功能，以确保四人抢答
器电路设计能够实现正常运行。

由此可见，四人抢答器电路设计是一个综合性很强的电路设计专题，既需要借助数字
电子技术，同时又需要多个电子模块的配合来保证最后的抢答结果准确准确的检测和显示，并且各个模块之间的工作都要通过控制器实现良好的协调。

数字电子技术综合实验——四路竞赛抢答器的设计1 设计要求与方案论证1.1设计要求利用基本逻辑门电路、组合逻辑电路和触发器，设计一个四人抢答器，要求：①每个参加者控制一个按键，用其发出抢答信号。

②主持人有一个控制按键，用于将电路复位。

③开始后，先按动按钮者将其对应的发光二极管点亮，其他3人对该电路不起作用。

1.2 设计方案论证①方案一：用一片四D触发器74LS175和四输入2或非门CD4002实现。

四D触发器输出经四输入或非门到四路抢答按键开关，加到触发器的四个输入端，同时经四输入或非门和反相器作为四D触发器的时钟信号，四D触发器清零端经上拉电阻接电源，同时经过清零控制开关到地。

电路简单成本低，稍加扩展就能达到实用化。

②方案二：用一片八线－三线优先编码器74LS148、四RS触发器74LS279和七段译码器74LS48实现数显四路（八路）抢答器，电路稍显复杂，但功能较完善。

方案二电路比较完善，但成本较高，而本课题要求四路抢答，方案一电路简单成本低，性价比高，能够满足课题要求，故采用方案一设计。

2 抢答电路原理2.1 抢答电路框图控制电路由D触发器构成，完成基本的抢答功能。

主持人控制清零复位按钮，当有选手按动抢答键，对应的指示灯点亮，指示对应选手的编号，同时逻辑电路封锁其他按键抢答输入电路，禁止其他选手抢答。

2.2 四路抢答器电路设计四路抢答器在Multisim9.0环境下设计并仿真，设计电路如图1所示。

电路由4D触发器74LS175、4输入或非门CD4002、6反相器74LS04、4个抢答按键、1个清零复位按键和4个发光二极管组成。

抢答开始前，主持人按动“E”键清零复位，作好抢答准备，抢答队员开始抢答。

若“A”键按下，对应的指示灯LED1点亮，此时，若“B”键或“C”键或“D”键按下，均不改变显示状态，维持LED1灯亮，A队回答完问题后，开始下一题抢答前，主持人必须按动“E”键清零。

图1 四路抢答器电路图3 单元电路设计及元器件选择3.1 单元电路设计（1）控制单元控制单元由D触发器构成，接通电源时，输入状态为零，无输出指示，但由于触发器在电源接通瞬间，输出状态有不确定因素（由于本设计无开机复位电路），所以，在抢答前，主持人必须按一下“E”键清零，作好抢答前的准备。

数字电路课程设计——四路抢答器专业：班级：姓名：学号：组员：指导教师：一、二、 1、 2、三、 1、数字电子技术课设—— 四路抢答器设计题目四路竞赛抢答器设计目标掌握四路竞赛抢答器电路的设计、组装与调试方法。

熟悉数字集成电路的设计和使用方法。

设计任务抢答器参赛者分为 4 组， 每组序号分别为 1、2、3、4，按键 SB0~SB3 分别对应 4 个组， 抢答者按动本组按键， 组号立即在 LED 显示器上 显示，同时封锁其他组的按键信号。

系统设置外部清除键，按动清除键， LED 显示器自动清零灭灯。

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 (LED 显示)， 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。

抢答器具有定时(30 秒)抢答的功能。

当主持人按下开始按钮后， 定时器开始计时，显示时间，若无人抢答，计时到 30 秒的时候， 扬声器发出声响， 声响持续 1 秒。

若参赛选手在 30 秒内有人抢答， 扬声器响，同时 LED 灯亮，并保持到主持人将系统清零为止。

可用 555 定时器和一定数值的电阻和电容产生频率为 1KHz 的脉冲， 作为触发器的 CLK 信号。

再经分频器输出秒脉冲作为定时器的 CLK 信号。

四 、 进度安排序号 内容 时间1 课题介绍 0.5 学时2 查找资料理论设计并仿真 2 学时3 安装、调试电路 2 学时4 技术指标测试 1 学时5 答辩 0.5 学时五 、 设计方案1 、 所需电路元器件：74LS74×2 555 定时器× 1 74LS160×54、5、2、 3、74LS20×174LS00×274LS04×12 、各芯片的引脚图及功能表74LS74 引脚图及其功能真值表555 定时器的引脚排列图74LS160 引脚图管脚图74LS160 的功能真值表74LS20 引脚图及其功能真值表74LS00 引脚图及其功能真值表74LS04 引脚图及其功能真值表六、各部分电路设计原理1 、判别电路：需要 74LS74 两个芯片， 74LS20,74LS00,74LS04 各一个，开关 5 个 K1,K2,K3,K4,K5， 1KHZ 的脉冲，指示灯等，按照总体设计电路图 (见七、总体电路分析设计四路及过程) 连接，首先使每个芯片都正常工作，在第一个 D 触发器中， 2 接 K1,12 接 K2， 5 和9 分别接指示灯， 6、8 接到四输入的非门上，第二个 D 触发器中，2 接 K3， 12 接 K4， 5 和 9 分别接指示灯， 6、8 也接到四输入的非门上，而两个 D 触发器中的 1 和 13 共四个口分别连在一起接开关K5，两个 D 触发器中 3 和 11 都连在一起，接出一根红线 L1，然后在将 74LS20 的输出端接在 74LS04 的输入端，其中的输出端接74LS00 输入一端，另一个输入端接 1KHZ 的脉冲，它的输出正好接在红线 L1 上，此时完成了抢答器。

兰州交通大学博文学院本科毕业设计（论文）成绩评定表根据答辩小组的评定成绩填写成绩项兰州交通大学博文学院毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)开题报告表毕业设计（论文）学生自查表摘要抢答器很广泛的用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程上丰富了人们的业余生活。

本文介绍一种数字式抢答器，能使四个队同时参加抢答,赛场中设有1个裁判台，4个参赛台，分别为A号、B号、C号、D号参赛台.抢答操作方便，在很多的场所都可以使用，并且给人的视觉效果非常好。

数字抢答器由抢答电路,定时电路,报警电路,时序电路组成。

优先编码电路,锁存器,译码电路将参赛选手的输入信号在显示器上输，通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能,用控制电路和报警电路实现报警功能。

以上几部分组成主体电路，从而构成数字抢答器。

关键字:抢答电路定时电路报警电路AbstractAnswer a wide range of devices for television stations, businesses and schooLS, for the contest added a provocative, entertaining, to some extent, the rich people's spare time. This paper presents a digital Answer, and can participate Answer four teams at the same time, in court with a magistrateof Taiwan, Taiwan's four entries, namely, A, B number, C No., D No. entries Taiwan. Answer operation convenient, in many places are available, and it gives very good visual effects.Answer by Answer browser digital circuits, timing circuits, alarm circuits, timing circuit. Priority encoder circuit, latch, decoder circuit will be participants in the display of the input signal is lost, through the timing circuit and decoding circuit to generate puLSe signaLS in the display output timing function, with control circuitry and alarm circuit alarm function. Above the main circuit composed of several parts, which pose a number of Answer devices.Keyword: Answer circuits timing circuits alarm circuits目录第一章、概述 (4)第二章、方案选择 (6)一、设计目的 (6)二、设计任务与要求 (6)(一) 设计任务 (6)（二）设计要求 (6)三、四人智力竞赛抢答器电路原理及设计 (7)（一）设计方案 (7)（二）系统框图 (7)第三章、元器件功能原理介绍 (9)一、设计中用到的元器件明细表 (9)二、元器件介绍 (10)（一）七段数码管 (10)（二） 74LS48功能介绍 (11)（三）74LS175 说明 (14)（四）计数器74LS192 (16)（五）NE555 (17)（六）74LS121 (19)第四章、单元电路设计及元器件选择 (20)一、抢答电路 (20)二、定时电路 (22)三、报警电路 (24)四、时序控制电路 (25)五.数字译码管的显示电路 (27)第五章、关键电路波形图 (29)一、555定时器产生CP脉冲波形图 (29)二、计时电路低位片4个输出的波形图 (29)第六章、四路抢答器总电路图 (30)致谢、 (31)参考文献 (32)第一章概述用户单位举办知识竞赛的需求一般会通过小组必答题、个人必答题、抢答题、风险题、限时快速答题、现场观众题、附加题等多种题型来举办知识竞赛，其中抢答题是各企事业单位举行知识竞赛的必备题型，也是最重要的题型，其抢答过程也是竞赛的最重要过程。

基于PLC四路抢答器的设计毕业论文目录摘要 ................................................. 错误!未定义书签。

1 PLC四路抢答器概述 (1)1.1PLC四路抢答器概述 (1)1.2PLC智能抢答器的工作原理 (3)2 PLC概述 (4)2.1PLC的产生、定义、组成、特点及发展趋势 (4)2.2PLC工作原理 (9)2.3PLC的编程语言 (10)2.4PLC的分类及性能指标 (10)3 系统硬件设计 (12)3.1控制系统选取 (12)3.2控制系统的硬件组成 (12)3.3系统控制要求 (13)3.4控制系统I/O分配表 (14)3.5系统硬件连接图 (15)4 系统软件设计 (17)4.1整体设计 (17)4.2PLC控制程序 (18)5 模拟运行与调试过程 (36)5.1程序的模拟运行 (36)5.2程序的现场调试 (37)致谢 (43)参考文献 (44)1 PLC四路抢答器概述1.1 PLC四路抢答器概述抢答器广泛用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。

本文介绍一种数字式抢答器，能使四个队同时参加抢答,赛场中设有1个裁判台，4个参赛台，分别为1号、2号、3号、4号参赛台.总体设计选用西门子PLC控制,抢答操作方便，在很多的场所都可以使用，并且给人的视觉效果非常好。

抢答器，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反应时间，思维运转快慢的新型电器。

随着社会科技技术的不断发展，他的应用场合也随之增加；技术含量大大提升；更加方便可靠。

目前, 形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学校及企事业单位, 它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性, 在一定程度上丰富了人们的业余生活。

用PLC进行知识竞赛抢答器设计，其控制方便，灵活，只要改变输入PLC的控制程序，便可改变竞赛抢答器的抢答方案。

PLC智能抢答器与单片机抢答器相比，在许多方面都显示出优越性.首先说一下单片机抢答器，所谓单片机系统就是采用目前市场上的单片机CPU及其它外围芯片，根据不同系统设计电路板，最终设计成一台简易的计算机系统，并在此基础上设计程序以达到所要求的控制功能。

四人抢答器摘要：随着电子技术的发展，它在各个领域的应用也越来越广泛。

人们对它的认识也逐步加深。

人们也利用了电子技术以及相关的知识解决了一些实际问题。

如：智能抢答器的设计与制作。

抢答器是竞赛问题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。

数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。

优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；主持人按开始按钮示意开始，以上两部分组成主体电路。

通过定时电路实现计时功能，构成扩展电路。

经过布线、焊接、调试等工作后数字抢答器成形。

在抢答电路中利用一个优先编码器译出最先抢到答题权的选手的编号并经LED显示器显示出来，同时还要封锁电路以防其他选手再抢答。

当选手答题完成后，主持人将系统恢复至零。

关键词：抢答；计时；锁存Answer four devicesAbstract: With the development of electronic technology, it's application in various fields has become increasingly widespread. People have gradually deepened understanding. People have also made use of electronic technology and related know-how to solve some practical problems. Such as: Smart Answer Design and production. Answer is in the race must have a common device, from the principle, it is a typical digital circuit. Answer the number of circuits is controlled by the main circuit and expansion. Priority encoder circuit, latch, decoder circuit will be teams of the input signal in the display output; host by the beginning of the start button above the main circuit composed of two parts. Time through the timing circuit functions, constitute the expansion of the circuit. After wiring, welding, testing, etc. Answer the number of devices after the forming. Answer circuit in a priority encoder to use given the right answer the first player to grab the code and displayed by the LED display, but also to prevent other players blocking circuits Answer again. When players complete answer, the host to bring the system back to zero.Keywords: Answer; time; Latched目录第一章设计选题及目的 (1)第一节设计选题 (1)第二节设计目的 (1)第二章功能介绍 (1)第一节主要功能介绍 (1)第二节扩展功能介绍 (1)第三章总体方案设计 (2)第四章单元模块设计 (2)第一节抢答电路模块 (2)第二节定时电路模块 (5)第三节控制电路 (9)第五章组装和调试 (11)参考文献 (12)致谢 (13)附录 (14)第一章设计选目及目的第一节设计选题设计选题：四人抢答器的设计设计功能要求：1.主持人有开始键和复位键，按下开始键后才能开始抢答，否则犯规。

单片机课程设计报告项目名称基于单片机的抢答器设计摘要此次设计提出了用STC89C52单片机为核心控制元件,设计一个简易的抢答器，本方案以STC89C52单片机作为主控核心，发光二极管、数码管、蜂鸣器等构成四路抢答器，利用了单片机的按键复位电路、时钟电路、定时/中断等电路，设计的抢答器具有实时显示抢答选手的的特点，还有复位电路，使其再开始新的一轮的答题和比赛，同时还利用C语言编程，使其实现一些基本的功能。

本设计的系统实用性强、判断精确、操作简单、扩展功能强。

它的功能实现是比赛开始，主持人读完题之后按下总开关，此时数码管显示初始状态0，直到有一个选手抢答时，对应的会在数码管上显示出该选手的编号，同时发光二极管出现闪烁状态，蜂鸣器也会发出声音，以提示有人抢答本题，主持人按下复位键，示意可以答题。

关键字：STC89C52单片机；动态显示；中断；按键控制AbstractThis design use STC89C52as the core control element is presented to design a simple responder, this scheme is STC89C52 single chip microcomputer as control core, light-emitting diode, digital tube, buzzer and so on four road vies to answer first device, using the single chip microcomputer button reset circuit, clock circuit, timing/interrupt circuit, design of vies to answer first appliance has the characteristic of real-time display vies to answer first contestant's number, and reset circuit, to start a new round of the answer and, at the same time also use of C language programming, make it implements some basic functionality.The design of the system is practical, accurate judgment, simple operation, strong extended functionality. Its function realization is the match began, and the host to read the topic after press the main switch, the digital tube display initial condition 0, until there is a contestant vies to answer first, the corresponding in the contestant's serial number is shown on the digital tube, light-emitting diodes, flicker status at the same time, the buzzer will sound, to remind someone vies to answer first ontology, host press the reset button, the signal can be the answer.Keywords:STC89C52 microcomputer; Dynamic display; Interrupt; The key control目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 单片机抢答器的背景11.2 单片机抢答器的意义11.3 抢答器的应用1第2章系统硬件部分的设计22.1设计要求22.2 总体设计方案22.3 单元模块设计32.3.1 单片机简介32.3.2 最小系统的设计52.3.3 数码管显示电路62.3.4 按键模块设计6第3章系统的软件设计 (8)3.1 抢答器工作原理83.2 流程图83.3 KEIL软件简介9第4章系统的仿真与调试114.1 软件的仿真与调试114.2硬件的安装与调试114.2.1晶振电路的测试114.2.2复位电路的测试124.2.3显示电路的测试12总结13参考文献13附录1源程序代码14附录2 元件清单16附录3 仿真图17附录4 实物照片展示18致19第1章绪论1.1 单片机抢答器的背景二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。

目录1设计目的和要求 (1)1.1设计目的 (1)1.2设计要求 (1)1.3设计背景 (2)1.4设计意义 (2)2功能介绍 (3)2.1设计思路 (3)2.2设计中存在的问题 (3)3 设计方案和内容 (3)3.1总体方案 (3)3.2器件清单 (4)3.3电路原理图的设计与过程 (9)3.4焊接过程 (11)总结 (15)致谢 (18)4路智力竞赛抢答器的设计摘要：实现抢答器的方式有多种，可以采用模拟电路，数字电路和混合电路，可以实现多路抢答的功能。

现介绍的是用数字电路设计的四路抢答器，以74LS175、74LS00、74LS20为核心，具有反应快、功能齐全、实用性强的特点。

关键词：四路抢答器电路仿真设计前言在日常生活中各种竞赛场合经常要用到抢答器，在电视台和娱乐场所等大型场合中的智力抢答更是不可缺的系统，其利用的是大型显示屏显示数字。

抢答器不但在以上场合取到很大的作用，而且在现代制造业中也有很重要的作用。

现代电子技术的飞跃发展，各类智能化产品相应而出，抢答器器也不例外；数字电路具有电路简单、可靠性高、成本低等优点，本设计就以数字电路为核心设计四路抢答器。

而本次课程设计技术目标与要求是设计四路的抢答器，附有简单的抢答功能，不仅可以用于比赛，娱乐抢答，知识竞赛等也可以用于各类需要竞争的场合，抢答器的运用常附有人性化，应用非常广泛。

1设计目的和要求1.1设计目的1.进一步掌握数字电子技术课程所学的理论知识。

2.熟悉几种常用集成数字芯片，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。

3.了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。

4.培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。

1.2设计要求1.每个参加者控制一个按钮，用按动按钮发出抢答信号。

2.竞赛主持人另有一个按钮，用于将电路复位。

3.竞赛开始后，先按动按钮者对应的一个发光二极管点亮，此后其他3人再按动按钮对电路不起作用。

1.3设计背景信息时代的21世纪，人类社会的进步和科学技术的发展非常迅猛，人类开始迈入了数字化和科技化的智能世界。

四人抢答器电路设计抢答器是一种用于游戏或竞赛中的设备，能够实现多人同时抢答，并且能够准确显示哪个人最先抢到答案。

在设计四人抢答器电路时，需要考虑到多个方面，包括硬件设计、电路原理等。

以下详细介绍四人抢答器电路设计的具体细节。

硬件设计四人抢答器电路设计采用的是数字电路，主要由以下硬件组成：四个拥有独立编号的按键开关，用于标记每个人的答案。

四个LED灯，用于显示每个人按下按键的时间。

一块控制板，用于完成按键开关输入信号的处理和LED灯的控制功能。

一块显示器，用于显示每个人按下按键的时间。

四个音响装置，用于声音提示。

拥有独立编号的按键开关为了保证每个人的按键开关能够与其他人的区分开来，需要让每个按键开关拥有独立编号。

按键开关使用触点式开关，因为它们可以提供更好的触感和可靠的连接。

同时，为了增加按键的可视性，在每个按键开关的周围安装不同颜色的外壳，以便于区分。

LED灯LED灯用于显示每个人按下按键的时间。

当有人按下开关时，LED将发出闪烁的信号，以便于知道谁最先抢到答案。

LED使用外置电阻后的串联电路连接到控制板上，这些电阻的作用是将电源电压降低到LED所需的工作电压，以保护LED灯的长期稳定性。

控制板控制板是四人抢答器电路设计的核心部分。

它的作用是将按键开关的输入信号进行处理，并控制LED灯的亮灭。

控制板使用单片微处理器作为控制芯片，并通过程序设计实现按键开关的输入检测、数据处理、LED灯的控制等功能。

此外，控制板还需要提供电源和接口，以便于与其他硬件组件连接。

控制板里还要有一个定时电路，来记录并比较每个按键的时间，以判断谁先抢到了答案。

显示器显示器用于显示每个人按下按键的时间。

它可以是液晶显示屏、LED显示屏或数码管显示屏等。

当有人按下按键时，控制板将该信息传输到显示器上，显示器相应地显示出来，以便于观众或参赛者观看。

音响装置音响装置用于发出声音提示。

当有人抢到答案时，它将发出声音，以引起其他人的注意。