绪言
为了加深对数字电子技术课程理论知识的理解，有效地提高动手能力，独立分析问题、解决问题能力，协调能力和创造性思维能力，树立严谨的科学作风，培养综合运用理论知识解决实际问题的能力。现设计一个四人智能抢答器，通过电路的设计、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。
四人智力竞赛抢答器
一、设计任务与要求
1．设计任务
设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。由主持人控制，抢答前锁定抢答器，抢答时开启电路；用发光二极管LED显示哪个选手抢到。
2．设计要求
（1）4名选手编号为：1，2，3，4。各有一个抢答按钮和发光二极管，按钮和发光二极管的编号都与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。
（2）给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零和抢答的开始。
（3）抢答器具有数据锁存功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，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。
二、电路原理分析
下图为供4人用的智力竞赛抢答装置电路，用以判断抢答优先权。图中F1为4D触发器74LS175，它具有公共置0端和公共CP端；F2为双4输入与非门74LS20；F3是由74LS00组成的多谐振荡器；F4是由74LS74组成的4分频电路。F3，F4组成抢答电路中的CP时钟脉冲源。抢答开始时，由主持人清除信号，按下复位开关S5，74LS175的输出Q1~Q4全为0，所有发光二极管LED均熄灭。当主持人宣布“抢答开始”后，首先做出判断的参赛者立即按下开关，对应的发光二极管点亮，同时，通过与非门F2送出的信号锁住其余3个抢答者的电路，不再接受其他信号，直到主持人再次清除信号为止。
四人智力抢答器原理图
三、电路设计与单元电路分析
1.电路设计
电路由选手开关电路、主持人开关电路、触发锁存电路、时间脉冲电路、抢
答鉴别电路和显示电路组成。
2.单元电路分析
（1）选手开关
此电路由4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，给编码器输入高低电平，其中低电平为有效抢答信号。
（2）主持人开关
此电路由1个开关和一个1kΩ的电阻组成，主持人通过开断开关控制整个电路开合。
（3）触发锁存电路
此电路由4D触发器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(用数字逻辑实验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)。
其功能表如下：
（4）时间脉冲电路
此电路由74LS00组成的多谐振荡器和74LS74组成的4分频电路组成。其中，74LS00的内部结构图和真值表如下：
真值表：
74LS74的内部结构如下：
（5）抢答鉴别电路
此电路由双4输入与非门74LS20组成，用以鉴别灯的亮与不亮。其内部结构和真值表如下：
（6）显示电路
此电路由四个发光二极管LED和四个100Ω电阻串联组成，当哪个选手抢答到，则其对应的发光二极管亮。
四、总原理图及元器件清单
1．总原理图（见上原理图）2.Multisim仿真图如下：
此图为一号选手抢答到时的情况3．元件清单
五、结论与心得
此次设计我们得到的最终结论如下：抢答开始时，由主持人清除信号，按下复位开关，所有发光二极管LED均熄灭。当主持人宣布“抢答开始”后，首先做出判断的参赛者立即按下开关，对应的发光二极管点亮，同时，通过与非门F2送出的信号锁住其余3个抢答者的电路，不再接受其他信号，直到主持人再次清除信号为止。
此次设计圆满完成，但也有不足之处。例如，当其中的一个开关出现故障时（如短路），主持人开关电路将不能清零。
通过此次设计，我们进一步加深了对数字电路知识的认识与理解，掌握了四人智力竞赛抢答器电路的设计、组装与调试方法。更加熟练的运用仿真软件，并学习了运用软件测试、调试、改进电路。培养了独立思考、分析、解决问题的能力，并培养了我们的动手能力。
最后，我们要感谢老师的指导，谢谢。
六、参考文献
［1］康华光.电子技术基础:模拟部分. 北京:高等教育出版社,1988
［2］陈世和.电工电子实习教程.北京:北京航空航天大学出版社.2007
