六人智力竞赛抢答器

广西科技大学（筹）课程设计说明书课程名称数字逻辑设计课程设计题目名称六人智力竞赛抢答器学生学院职业技术教育学院专业班级电子Z102班学号201002203053学生姓名孙思琪2012年6月8号摘要抢答器是机关学校开展智力竞赛活动必不可少的设备。

智力竞赛是一种生动活泼的教育形式和方法，通过抢答的方式引起参赛者和观众的兴趣。

它发展较快，从开始的仅具有抢答锁定功能的一个电路，到现在具有倒计时，报警，定时等功能。

本设计是一个可提供六人或六组参赛的抢答器，具有倒计时以及有人抢答和倒计结束时扬声器响，锁存等功能。

设计过程采用系统设计的方法，先分析任务，得到系统要求，然后进行总体设计，划分子系统，然后进行详细设计，决定各个功能子系统中的内部电路，最后进行测试。

本文针对智力竞赛抢答器的设计要求，提出了两种整体设计方案，在比较两个方案的优缺点后，选择了其中较优的一个方案，进行先分模块后整合的设计，先定义和规定各个模块的结构，再对模块内部进行详细设计。

详细设计的时候又根据可采用的芯片，分析各芯片是否适合本次设计，选择较合适的芯片进行设计，最后将设计好的模块组合调试，并最终在Quartus下仿真通过。

关键字：智力竞赛抢答器六路锁存倒计时扬声器响由于现代社会的数字电子技术高速发展，抢答器应运而生，又由于电子技术的不断改进，采用中规模的逻辑器件可以使抢答器的体积变得很小，实用更加方便，应用更加广泛。

作为电子信息工程专业的学生，我们都应该能够运用学到的数电和模电知识，去解决和分析一些逻辑电路的问题，继而学会设计具有一定逻辑功能的逻辑器件，这次课程设计给我们一个能力全面提升的契机。

我们设计的抢答器，严格按照设计要求，具有倒计时，扬声器响，锁存的功能，而且增加了停止计时，停止蜂鸣，只能出现有一个参赛者抢答成功等功能。

特别是，我们的电路能防止多人同时抢答成功的情况发生等，这些都是我们组，区别于其他组的地方。

参考文献：《数字逻辑设计》网上查询一、设计题目二、设计任务和要求1）设计任务2）设计要求三、设计过程1、设计方框图2、方案选择3、单元电路设计1)以触发器为中心的的显示电路2)倒计时模块3)扬声器部分电路4、完整电路图5、仿真波形图6、总的工作原理四、总结1、优点2、缺点3、心得体会六人智力竞赛智力抢答器设计报告一、设计题目：六人智力竞赛抢答器二、设计任务和要求1）设计任务六人参赛每人一个按钮，主持人一个按钮，按下就开始；每人一个发光二极管，强中者灯亮；有人抢答时，喇叭响两秒；答题时限为10秒，从有人抢答开始，用数码管倒计时间，0、9、8···1、0；倒计时到0的时候，喇叭发出两秒的。

声响。

2）设计要求（1）六名选手编号为1,2,3,4,5,6，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1,2,3,4,5,6,。

（2）给主持人设计一个控制按钮，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，该选手编号立即被锁存，并用二极管灯亮显示该编号，同时扬声器响两秒，同时也要封锁输入编码电路，阻止其他选手抢答时出现多人抢答成功的情况。

抢中者的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

(4) 抢答器具有答题限时10秒的功能。

从有人抢答开始，用数码管倒计时间，从9 到0，倒计到0 时，喇叭响两秒。

三、设计过程1、设计总体方框图电路主要由锁存编码及LED灯显示电路（支持人的清零装置包括在内），倒计时及数码管显示电路，扬声器产生电路组成。

当有选手抢答时，抢中者其编号被锁存，其他选手再抢答也是无效的，LED灯只会显示一个人抢答成功，不会出现多人抢答成功的情况。

在有人抢答时，扬声器响两秒，同时开始倒计时10秒，到0时扬声器又响两秒。

当一轮抢答过后，倒计时停止，禁止二次抢答，数码管显示0。

如果再次抢答必须由主持人清零之后才能进行。

2、方案选择方案一：电路大致由三个功能模块组成：以触发器为中心的显示电路部分，倒计时显示电路部分，扬声器电路部分。

在以触发器为中心的显示部分电路中，由两片74LS175芯片，一个与门6，一个与门2，一个或门6和六个LED灯组成。

当有人抢答时，利用74LS175输出的非和与门6将时钟脉冲置零，74LS175立即被锁存，同时扬声器响两秒，这时再有人抢答也是无效的，用相应LED灯显示抢中者编号；在倒计时显示电路部分，用一片74LS192和一片74LS48，74LS160芯片，或门和非门。

利用74LS192计数器作为倒计时的芯片，当有人抢答时，它被置9，并开始倒计时，并通过74LS48编码器将计时时间进行编码，并送到数码管，显示此时的时间。

在倒计时自动停止部分电路中，利用74LS161计数器让倒计到0时自动停止，此时扬声器响两秒。

扬声器电路部分，利用74LS160计时器芯片，让扬声器响两秒。

可是完成电路图，仿真波形时，发现这个方案有点问题。

它不稳定，不允许多人同时抢答，并且扬声器部分也不能达到目的。

方案二：电路大致由三个功能模块组成：以触发器为中心的显示电路部分，倒计时显示电路部分，扬声器部分。

在以触发器为中心的显示部分电路中，有六个JK触发器，一个或非门，6个与门，一个非门组成。

在此部分中，用JK触发器输出的或非和与门一起将时钟脉冲置零，触发器立即被锁存，同时扬声器响两秒，这时再有人抢答也是无效的，用相应LED灯显示抢中者编号；在倒计时显示电路部分，利用74192芯片，它的输出直接接四个输出引脚，因为数码管不需要7448芯片驱动。

当有人抢答时，在74192作用下，开始倒计时，并且显示倒计时间。

在倒计自动停止部分，用一个JK触发器。

而扬声器部分用两个JK触发器。

以上触发器加上适当的门电路后，效果比方案一好，稳定,并且允许多人同时抢答，结果只能是有一个抢中。

所以最终选择方案二。

3、单元电路设计1）以触发器为中心的显示电路该电路可以准许多人同时抢答，并且能分辨选手按键的先后，而且锁存抢中者的编号，用相应LED灯显示，同时禁止其他选手抢答。

电路原理：首先令每个触发器的J=K=1，J,K均接高电平（即Q的次态等于Q的非时）。

设Q的初态为0，当有人抢答时，（上升沿触发）Q从0变为1，也就是说输出为1，这时用一个或非门连接每个Q的输出，而或非门的输出和各个按钮开关（用输入引脚表示）相与再送到各个时钟端。

因为或非门的输出为0，经过与门后会将时钟脉冲置0，相当于触发器处于截止的状态，达到锁存的效果。

每个触发器的输出分别连接一个发光二极管（这里用一个输出引脚表示），发光二极管会显示相应抢中者。

把每个触发器的清零端（低电平有效）连在一起后加一个非门，作为主持人的按钮开关（这里我们选用的是按下去后会自动松开的那种）。

当没按开关时，它处于0状态，经过非门后变成1状态，说明触发器在工作；当按下开关时，它处于1状态，经过非门后为0状态，达到系统清零的效果。

在有人答题而主持人未清零时，任何人按下按钮再抢答都是无效的。

再进行一轮抢答的话，须由主持人清零过后才行。

JK触发器功能表如下：电路图：2）倒计时显示模块：该单元电路由74192计数器，与门，或门，非门，JK触发器组成。

可以实现有人抢答时马上从9到0倒计10秒，10秒后自动停止倒计时，同时在数码管显示倒计时间的功能。

电路原理：74192是可逆十进制计数器，它具有两个时钟端，分别是DN和UP。

当时钟接DN端时，为倒计数；接UP端时，为顺计数，实验要求倒计时，故须接DN端，所以UP,LDN端和J,K接高电平。

JK触发器的清零端CLRN与时钟信号相与后接到74192的DN端，控制倒计时。

当倒计时从9到1的过程中，或门4均输出1，经过非门变为0，再和清零信号reset与非后变为1，而CLRN低电平有效，故不清零，继续倒计时。

当倒计时从1跳变到0时，或门4输出0，经非门后为1，JK触发器上升沿触发，输出端Q从初态翻转为1,1和reset相与后仍为1，接到74192的CLR清零端，而CLR高电平有效，进行清零，倒计时停止。

显示倒计时间的话，就是直接从74192那里的四个输出端加四个输出引脚，就可以实现这个功能了。

（根据七段显示数码管的原理）H=高电平 L=低电平 X=不定（高或低电平）↑=由“低”→“高”电平的跃变模块电路图：3) 扬声器部分电路：该电路由两个JK触发器，与非门，与门，非门组成。

把触发器接成四进制计数器，状态分别为00,01,10,11。

因为扬声器需要交流信号，所以要给它一个时钟脉冲cp。

让Q2Q1为00,01状态时扬声器响，需要让Q2的非和cp经过一个与门，再给它个输出（即扬声器）；在11状态时停止响，须让Q2，Q1经过一个与非门后接到时钟信号端clk，此时JK触发器截止，达到扬声器响两秒后自动停止的效果。

(该触发器的清零说明：在倒计时从9倒计为1的过程中，74192的输出QDQCQBQA经或门后仍是1,1和主持人的清零信号相与还是1，接到它下面触发器的CLRN清零端，而CLRN低电平有效，故不清零；在从1倒计为0时，74192的输出QDQCQBQA经或门后为0，0和主持人的清零信号相与，结果是0，达到清零的要求)。

电路图：4、 完整电路图：5、仿真波形图如下：6、总的工作原理：主持人一键清零时，各触发器也处于清零状态，各触发器的输出经过或非门后输出高电平，和各选手输入连接的各个与门处于待输入状态，并且给74192清零，让它处于待倒计时状态，74192下面的JK 触发器也处于待触发状态。

一旦有选手输入，产生一个高电平，经过与门使触发器产生一个上升沿，让触发器触发，从而使各触发器的输出端Q从初态0翻转为1，同时Q经过或非门输出低电平，使前面待输入状态的与门转变为禁止输入状态，从而防止其他选手再次抢答,达到锁存的目的。

与此同时，74192从9开始倒计时，喇叭响两秒。

在74192倒计为0时，让它通过一个非门输出1，产生一个上升沿，它下面的JK触发器被触发，Q从0翻转为1，再让Q通过一个或门使74192的清零端清零（高电平有效），这样74192就会停止倒计时。

而当74192倒计到1时，给QA经过一个非门后再和QB,QC,QD通过或门后连接与门输出0，最后通不过与门5，这样就能让扬声器重新进入循环，因为它之前响过一次，进入了死循环。

74192倒计到0时，扬声器响两秒。

该电路实现了多人同时抢答时，只能有一个选手抢中的功能。

而且在有选手抢答时，再有其他选手抢答，是无效的，就算是倒计时结束而主持人为清零时抢答，同样无效。

也就是说重新进行一轮抢答需要主持人清零过后才行。

7、电路元件选择：四、总结对该电路的总结如下：1、优点：电路思路清晰，各功能模块均实现了其功能，显示准确，反应灵敏。