八路智力竞赛抢答器课程设计

1

赣南师院

物理与电子信息学院

数字电路课程设计报告书

姓名：

班级：电子信息工程

学号：

时间：

2

论文题目 八路智力竞赛抢答器设计

课程论文

要

求

1.基本功能

①设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8个代表队参加比赛，他们的编号分别是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）和抢答开始。

③抢答器具有数据锁存和显示功能。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30S）。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的声音，声响持续时间0.5S左右。

②参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

3 抢答时刻的时间，并保持到组成人将系统清零为止。

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，禁止选手超时抢答，时间显示器上显示00。

设计过程

1. 设计方案与论证

1.1 方案一的设计

用单片机以及外围电路组成，由于采用单片机，使得外围电路非常简单，而且功能一般的抢答器还要多。组成的抢答器具有智能化，性能好，以及可编程控制等优点，但是考虑到单片机花费成本高以及个人对单片机的知识有限，假如我们的课程设计用单片机来设计就会需要我大量的金钱和时间（花在给单片机知识学习与复习上）显得有点“力不从心”，所以不采用。

1.2 方案二的设计

利用数字电路来自行设计抢答器。自行设计的抢答器针对性强，并且还可以兼顾实用性，可靠性以及经济成本的合理性。另外我对数字电路技术这门课程中的知识的掌握也比较牢固、扎实，能够比较熟练地利用所学知识发挥个人的设计思路，在设计中改进，在改进中设计，针对我们课程设计课题，采用数字电路来自行设计抢答器的方法还可以检查我对我们所学知识的掌握能力，锻炼我们的动手能力，为以后的毕业设计甚至是在一些项目开发中打下基础。

1.3 抢答器的组成框图

综上述权衡优劣分析，我选择方案二对抢答器进行设计。抢答器的总体组成框图如图1所示。

4

图 1，抢答器总体框图

根据对功能要求的简要分析，将抢答器电路分为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，当选手按动抢答按钮时，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。

其工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器上显示设定的时间，当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，扬声器给出声响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答按钮时，抢答器要完成以下四项工作：① 优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；② 扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；③ 控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；④ 控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕时，主持人操作控制开关，使系统恢复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。

1.4 单元电路设计

5

设计过程

1.4.1 抢答电路设计

抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按按钮的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按按钮操作无效。选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图2所示。

图 2，抢答电路

6

设计过程

图 3,74LS48引脚图

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 g

0 H H 0 0 0 0 H 1 1 1 1 1 1 0

1 1 H x 0 0 0 1 H 0 1 1 0 0 0 0

2 H x 0 0 1 0 H 1 1 0 1 1 0 1

3 H x 0 0 1 1 H 1 1 1 1 0 0 1

4 H x 0 1 0 0 H 0 1 1 0 0 1 1

5 H x 0 1 0 1 H 1 0 1 1 0 1 1

6 H x 0 1 1 0 H 0 0 1 1 1 1 1

7 H x 0 1 1 1 H 1 1 1 0 0 0 0

8 H x 1 0 0 0 H 1 1 1 1 1 1 1

9 H x 1 0 0 1 H 1 1 1 0 0 1 1

7

10 H x 1 0 1 0 H 0 0 0 1 1 0 1

11 H x 1 0 1 1 H 0 0 1 1 0 0 1

12 H x 1 1 0 0 H 0 1 0 0 0 1 1

13 H x 1 1 0 1 H 1 0 0 1 0 1 1

14 H x 1 1 1 0 H 0 0 0 1 1 1 1

15 H x 1 1 1 1 H 0 0 0 0 0 0 0

BI x x x x x x L 0 0 0 0 0 0 0 2

RBI H L 0 0 0 0 L 0 0 0 0 0 0 0 3

LT L x x x x x H 1 1 1 1 1 1 1 4

表 1，74ls48引脚功能真值表—七段译码驱动器功能真值表

图 4,74LS148引脚图

输 入 输 出

EI 0 1 2 3 4 5 6 7 A2 A1 A0 CS Eo

8

设计过程

1

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

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1 1 1

1 0

0 1

0 1

0 1

0 1

0 1

0 1

0 1

0 1

表 2,74LS148(8—3）优先编码器功能真值表

工作原理是：当主持人控制开关处于“清除”位置时，RS触发器的R端为低电平，输出端（4Q~1Q）全部为低电平。于是74LS48的BI=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST=0,74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端7I···0I输入信号，当有选手将按钮按下时（如按下5S），74LS148的输出210YYY=010，EXY=0，经RS锁存器后，CTR=1，BI=1,74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器上显示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁其他按钮的输入。当按下的按钮松开后，74LS148的EXY为高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其他按钮的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。其中，图3是74LS48芯片的引脚图，表1为其功能真值表，图4是74LS148芯片的引脚图，表2为其功能真值表。