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电子课程设计八路数字抢答器学院：专业班级: 姓名：学号：指导教师:2013年12月一.设计任务及要求--------------------- 2二.总体框图 -------------- 2三.选择器件 -------------- 3四.功能模块 -------------- 6五.总体设计电路图--------------------- 9六.收获心得与体会--------------------- 12八路数字抢答器第一部分设计任务与要求一个可供八个人抢答的多路抢答器，可以显示优先抢着的序号，并同时有灯光提示。
当一次抢答完毕，可由主持人按复位键重新开始下一次抢答。
（1）抢答器同时供8名选手或8组选手比赛，他们的编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7;（2）设置一个系统清零和抢答器控制开关，该开关由主持人控制；（3）抢答器具有锁存和显示功能，即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示。
（4）设置指示灯，有人抢答则灯亮。
第二部分总体框图1、总体框图图1抢答电路原理图如图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“清零”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器显示0,主持人将开关置“开始”状态，宣布"开始"抢答器工作。
选手开始抢答到抢答完成：优先判断、编号锁存、编号显示。
当一轮抢答之后，禁止二次抢答。
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、设计思路本题目的根本任务是准确判断出第一个抢答者并将其锁存。
实现这一功能可选择使用触发器或锁存器等在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信号无效，同时还必须注意，第一个抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码电路及数码显示电路显示出抢答者的组别，同时该组的指示灯亮。
需等主持人清零后开始下一轮抢答。
数字电路课程设计报告8路数字抢答器1.概述抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0 ~ S7表示。
另外设置系统清除开关一个，该开关由主持人控制。
抢答器具有锁存与显示功能。
即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声器发出声响提示，并在七段数码管上显示选手号码。
选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
当主持人按下清除键后，参赛选手可以进行抢答，同时倒计时电路开始倒计时，抢答有效时，红灯亮，倒计时停止，显示器上显示选手的编号，并保持到主持人将系统清零为止。
2、8路数字抢答器各主要芯片介绍2.1、74LS14874LS148是一个8线—3线优先编码器。
74LS148外部管脚图、真值表如图所示：图一 74ls148 真值表由表不难看出，在0=S 电路正常工作状态下，允许70~I I 当中同时有几个输入端同时为低电平，即有编码输入信号。
7I 的优先权最高，0I 的优先权最低。
当07=I 时，无论其它输入端有无输入信号（表中以x 表示），输出端只给出7I 的编码，即000012=Y Y Y ，当74LS148的功能表输 入输 出S0I 1I 2I 3I 4I 5I 6I 7I2Y 1Y 0Y S Y EX Y1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 x x x x x x x x 1 1 1 1 1 1 1 1 x x x x x x x 0 x x x x x x 0 1 x x x x x 0 1 1 x x x x 0 1 1 1 x x x 0 1 1 1 1 x x 0 1 1 1 1 1 x 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0U CC Y EX Y S I 3 I 2 I 1 I 0 Y 0I 4I 5I 6I7S Y 2Y 1GND 图２ 74LS148管脚图16 9 74LS148 1 80167==I I 、时，无论其它输入端有无输入信号，只对6I 编码，即输出为001012=Y Y Y 。
8路智能数字抢答器的设计作者：任灵金巧咪王舜摘要数字抢答器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。
扩展电路完成定时抢答的功能。
抢答器还可以分为抢答电路模块，定时电路模块，报警电路模块，时序控制电路模块几个部分。
其中，抢答电路模块主要选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279等实现抢答功能；定时电路模块的组成主要有十进制同步加减计数器 74LS192 ， 7448 七段显示译码器,555 定时器等；报警电路模块由555 定时器和三极管构成；时序控制电路模块分抢答与定时电路的时序控制电路和报警电路的时序控制电路，其中抢答与定时电路的时序控制电路（图a）由逻辑门构成。
U2和U3控制时序信号CP的放行与禁止，U4控制74LS148的输入使能端/ST。
报警电路的时序控制电路（图b）由单稳态触发器74121构成，74121用于控制报警电路及发声的时间。
抢答器的特色是抢答电路模块中的红外发射、红外接收电路和无线发射专用的编解码电路。
红外发射电路由放大电路和红外发射管组成；红外接收电路由CX20106和红外接收管组成；编码电路由集成电路MC145026组成，可以将并行数据转换为串行数据；解码电路由与MC145026相匹配的集成电路MC145027构成，将串行数据转换为并行数据。
目录一、系统设计部分 (4)1.设计要求： (4)2.总体框图： (4)二、方案论证 (5)1. 总体设计方案论证 (5)2. 单元电路设计方案论证 (6)2.1定时电路 (6)2.2无线电路 (6)三、单元电路的设计 (7)1. 抢答电路的设计 (7)2. 定时电路的设计 (9)3. 报警电路的设计 (11)4. 时序控制电路的设计 (12)5. 红外发射电路的设计 (14)6. 红外接收电路的设计 (14)四、系统测试 (15)1.测试仪表 (15)2.测试方法 (15)3.测试结果及分析 (15)五、总结 (16)六、附录：（主要芯片引脚及其功能） (16)七、参考文献 (19)一、系统设计部分1.设计要求：数字抢答器的功能要求如下：（a）智能数字抢答器可同时供8 名选手参加比赛；（b）有一个主控开关，发出抢答开始指令，用以控制系统的清零（显示回答问题的选手号码的数码管熄灭）和本轮抢答的开始；（c）抢答器具有数据锁存功能。
1 前言1.1主要功能介绍（1）抢答器最多可供8名选手参赛，编号为1~8号，各队分别用一个按钮（分别为S1~S8）控制，并设置一个系统清零和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
（2）抢答器具有数据锁存功能,并将锁存数据用LED数码管显示出来，同时蜂鸣器发出间歇式声响（持续时间为0.5秒），主持人清零后，声音提示停止。
（3）开关S作为清零及抢答控制开关（由主持人控制），当开关S被按下时抢答电路清零，松开后则允许抢答。
输入抢答信号由抢答按钮开关S1~S8实现。
（4）有抢答信号输入（开关S1~S8中的任意一个开关被按下）时，并显示出相对应的组别。
此时再按其他任何一个抢答器开关均无效，指示灯依旧“保持” 第一个开关按下时所对应的状态不变。
1.2扩展功能介绍（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30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，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间0.5秒左右。
（2）参加选手在设定的时间抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示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00。
（4）当选手抢答完后，主持人可根据相关题的加减分对选手进行加分或减分。
2总体方案设计此次课程设计我们有两套方案一是硬件部分主要由单片机、74LS373锁存器、LED显示器、声音报警器和其它基本外围电子电路组成软件部分则采用51系列单片机通用C语言精心设计编写。
它所具有的功能包括：抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，当开关S按下，抢答器发出0.5秒的报警声系统开始进行计时，选手可进行抢答，当计时30秒之后若没人抢答，则系统发出警报并禁止抢答，定时显示数码管上显示00字样，之后等待开关S按下，系统复位；若在30秒有选手进行抢答，此时扬声器会发出3秒时间的警报，同时在定时显示数码管上显示选手抢答时间(以秒为最小单位)，编号显示数码管上显示抢答选手编号，显示器上的状态直到开关S按下将系统复位为止；系统复位时所有的数码管不显示任何的数据。
课程设计任务书1 设计内容⒈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1、2、3、4、5、6、7、8，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。
⒉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。
⒊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，同时蜂鸣器给出音响提示。
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。
4.用中小规模集成电路组成智力竞赛抢答器电路，画出各单元电路图和总体逻辑框图，正确描述各单元功能，合理选用电路器件，画出完整的电路设计图以及写出设计总结报告2 设计要求⒈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30s)。
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，同时蜂鸣器发出声响。
⒉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。
⒊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00。
摘要抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。
工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛, 抢答记分器是必要设备。
在我校举行的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节，举办方多数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。
但抢答器的使用频率较低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低。
作为一个单位，如果专门购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展，为解决这个问题，我们小组准备就本次大赛的机会制作一个低成本但又能满足学校需要的八路数显抢答器。
八路数字抢答器电路的设计一、概述本文这次设计的是用与多人竞赛抢答的器件，在现实生活中很常见，尤其是在随着各种益智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，抢答器的好处不仅能够锻炼选手的反应能力，而且能增加节目现场的紧张、活跃的气氛，让观众看得更有情趣，可见抢答器在现实生活中确实很实用运用前景非常广泛。
在知识竞赛中，特别是做抢答题时在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任务，如果在抢答中，只靠人的视觉是很难判断出哪组先答题，这次设计就是用几个触发器以及三极管巧妙的设计抢答器，是以上问题得以解决。
即使两组的时间相差几微妙，也可以分辨出哪组优先抢答。
本文介绍了抢答器的工作原理及设计，以及它的实际用途。
这个抢答器具有锁存显示功能，有主持人控制电路开始，有定时抢答的功能，定时时间为30秒，如在时间内无人抢答系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00.二、方案论证该方案的主要功能是抢答功能、显示抢答成功的选手编号、定时功能。
该方案的原理框图如图1。
图1 八路数字抢答器电路的原理框图按功能要求，抢答器应该由抢答电路、控制电路、锁存电路、译码显示电路、定时电路和报警电路等几部分组成。
其中抢答电路的作用是在外加信号的控制下对抢答者的输入信号进行编码，编码后经锁存电路锁存并送译码显示电路显示出抢答者的编号。
另外，优先编码的优先扩展输出端还可以作为定时电路的控制信号，即当一个抢答者在30秒之内按下抢答按钮时，其余人的强大输入将无效，并且秒计数器也随之停止计数。
这样，当主持人按下开始按钮时，外部清除/起始信号进入门控电路，产生编码选通信号，使编码器开始工作，等待数据输入。
此时一旦强打着按下按钮，则产生的低电平信号立即被优先编码器编码，经过锁存电路锁存并通过显示译码器到LED显示器上显示相应数字，同时发出声音报警。
与此同时，门控电路的输出反相，优先编码电路被禁止工作，知道主持人再次按下开始按钮才进入下一次抢答三、电路设计该设计由秒脉冲发生电路、抢答电路、定时器电路、报警电路等几部分组成。
智力竞赛抢答器前言随着各种智力竞赛越来越多，在答题的过程中一般要分为必答和抢答两种。
必答有时间的限制，到时间要警告。
而抢答则要求参赛者做好充分的准备，等主持人说完题目，参赛者开始抢答，谁先按钮，就由这个参赛者答题，但是很难确认谁先按的，因此使用抢答器来完成这一功能是很有必要的。
本设计是一个可供八个人抢答的多路抢答器。
可以显示优先抢者的序号，幷同时有音响提示。
幷具有倒计时功能。
当锁定时间到了的时候会有音响提示。
当一次抢答完毕，可由主持人按复位键重新开始下一次抢答。
我们在这里所设计的抢答器是一种比较简易的抢答器，没有使用特别多的复杂的元件。
从原理上来讲，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。
它的特点是电路简单、制作方便、操作简单、性能可靠、适用于多种智力竞赛活动。
实验目的通过八路数字抢答器的设计实验，要求学生回顾所学数字电子技术的基础理论和基础实验，掌握组合电路、时序电路、编程器件和任意集成电路的综合使用及设计方法，熟悉掌握优先编码器、触发器、计数器、单脉冲触发器、555电路、译码/驱动电路的应用方法，熟悉掌握时序电路的设计方法。
达到数字实验课程大纲所要求掌握的基本内容。
1设计及原理1.1总体方案设计1.1.1设计思路★本题的根本任务是准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。
实现这一功能可选择使用触发器或锁存器等。
在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信号无效。
同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。
★当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，也可以用发光二极管直接指示出组别。
★在主持人没有按下开始抢答按钮前，参赛者的抢答开关无效；当主持人按下开始抢答按钮后，开始进行30秒倒计时，此时，若有组别抢答，显示该组别并使抢答指示灯亮表示“已有人抢答”；当计时时间到，仍无组别抢答，则计时指示灯灭表示“时间已到”，主持人清零后开始新一轮抢答。
1.2 各模块设计方案及原理说明1.2.1 抢答电路：此部分电路主要完成的功能是实现8路选手抢答并进行锁存，同时有相应发光二极管点亮和数码显示。
使用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 来完成。
该电路主要完成两个功能：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（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。
工作过程：开关S 置于"清除"端时，RS 触发器的 R、S 端均为0，4 个触发器输出置0，使74LS148 的优先编码工作标志端＝ 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，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148 的输出经RS 锁存后，CTR=1,RBO =1, 七段显示电路74LS48 处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。
此外，CTR ＝1，使74LS148 优先编码工作标志端＝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CTR＝1，使优先编码工作标志端＝1， 5 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。
只要有一组选手先按下抢答器，就会将编码器锁死，不再对其他组进行编码。
通过74LS48译码器使抢答组别数字显示0-7。
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。
原理图如下：图1.2.1-1 抢答模块原理图RS触发器：★保持状态。
当输入端接入S=R=1的电平时，如果基本SR触发器现态Q=1、Q=0，则触发器次态Q=1、Q=0；若基本SR触发器的现态Q=0、Q=1，则触发器次态Q=0、Q=1。
即S=R=1时，触发器保持原状态不变。
★置0状态。
当S=1，R=0时，如果基本SR触发器现态为Q=1、Q=0，因R=0，会使Q=1，而Q=1与S=1共同作用使Q端翻转为0；如果基本SR 触发器现态为Q=0、Q=1，同理会使Q=0，Q=1。
只要输入信号S=1，R=0，无论基本SR触发器的输出现态如何，均会使输出次态置为0态。
★置1状态。
当S=0、R=1时，如果触发器现态为Q=0、Q=1，因S=0，会使G1的输出端次态翻转为1，而Q=1和R=1共同使G2的输出端Q=0；同理当Q=1、Q=0，也会使触发器的次态输出为Q=1、Q=0；只要S=0、R=1，无论触发器现态如何，均会将触发器置1。
★不定状态。
当S=R=0时，无论触发器的原状态如何，均会使Q=1，Q=1。
所以要避免此状态出现.表1.2.1-1 74LS148真值表74LS148的输入端和输出端低电平有效。
0I ~7I 是输入信号，2Y ~0Y 为三位二进制编码输出信号，S I ＝1时，编码器禁止编码，当S I ＝0时，允许编码。
S Y 是技能输出端，只有在S I ＝0，而0I ~7I 均无编码输入信号时为0。
EXY 为优先编码输出端，在S I ＝0而0I ~7I 的其中之一有信号时，EXY＝0。
I ~7I 各输入端的优先顺序为：7I 级别最高，0I 级别最低。
如果7I ＝0（有信号），则其它输入端即使有输入信号，均不起作用，此时输出只按7I 编码，2Y 1Y 0Y ＝000。
优先编码被广泛用于计算机控制系统中，当有多个外设申请中断时，优先编码器总是给优先级别高的设备先编码。
图1.2.1-2 译码显示电路二进制译码器是将输入的二进制代码的各种状态按特定含义翻译成对应输出信号的电路。
也称为变量译码器。
若输入端有n 位，代码组合就有2n 个，当然可译出2n 个输出信号。
字符显示器：分段式显示是将字符由分布在同一平面上的若干段发光笔划组成。
电子计算器，数字万用表等显示器都是显示分段式数字。
而LED 数码显示器是最常见的。
通常有红、绿、黄等颜色。
LED 的死区电压较高，工作电压大约1.5~3V ，驱动电流为几十毫安。
图1-3是七段LED 数码管的引线图和显示数字情况。
74LS47译码驱动器输出是低电平有效，所以配接的数码管须采用共阳极接法；而74LS48译码驱动器输出是高电平有效，所以，配接的数码管须采用共阴极接法。
图1.2.1-2是共阴式LED 数码管的原理图，使用时，公阴极接地，7个阳极a~g由相应的BCD七段译码器来驱动。
1.2.2 倒计时电路1.2.2.1 原理图图 1.2.2.1-1 倒计时模块原理图该部分主要由555 定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192 减法计数电路、74LS48 译码电路和 2 个 7 段数码管即相关电路组成。
完成的功能是当主持人按下开始抢答按钮后，进行30s倒计时，到0s时倒计时指示灯亮。
当有人抢答时，计时停止。
两块74LS192 实现减法计数，通过译码电路 74LS48 显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。
74LS192 的预置数控制端实现预置数30s，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。
按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。
1.2.3 报警电路由555定时器和三极管构成报警电路。
其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo＝ 1.43／［（RI＋2R2）C］，其输出信号经三极管推动扬声器。
PR 为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。
控制输入信号为经过编码的抢答选手的信号，当有人在有效时间内抢答时，定时时间到时无人抢答时，输入信号为高电平，报警电路发出报警信号；反之，输入信号为低电平时，报警器不工作。
图附1-1 电路原理图附录2：元件引脚图图 附2-2 74LS00引脚图图 附2-3 74LS148引脚图图附2-4 74LS192引脚图图附2-5 74LS48引脚图图附2-6 共阴数码管引脚图图附2-7 555定时器引脚图附录3：元件器清单5V 共阴数码管 3个译码器74LS48 3个RS 触发器 74LS279 1个优先编码器74LS148 1个可逆计数器74LS192 2个555定时器 1个2输入与非门74LS00 1个4输入与非门74LS20 1个10k Ω电阻 9个1k Ω电阻4个50k Ω电阻 1个15k Ω电阻 1个100Ω电阻 1个发光二极管 2个触点开关8个单刀双掷开关 1个10μF 电解电容 1个0.01μF 瓷片电容 1个导线 若干图 附2-8 74LS279引脚图2.心得体会这次课程设计的电路是比较复杂的。
虽然以前在模电设计中接触过一些电子电路，但在初期还是感到无从下手。
但上网查了些资料后慢慢地熟练以后十分顺手。
在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，在多种方案的选择中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后还是在通多次对电路的改进，终于使整个电路可稳定工作。
设计过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。
设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。
因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。
设计单元电路阶段，这个阶段可以说是考察数电书本知识的阶段。
所有的设计方法还有步骤在数电书上都有，而且还有例题。
这个阶段遇到的主要问题就是以前的知识忘记不少，所以做设计的时候要常随手翻阅课本，等于是做了几道数电作业题。
这个阶段的难度也不是很大，一般翻课本就可以找到答案并解决问题。
另外就是要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。
这是应用课本知识的大好时机。
总之，通过这次练习我有了很多收获。
在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了动手能力。
在改进电路的过程中，同学们共同探讨，最后的电路已经比初期设计有了很大提高。
在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。
