四人智力抢答器（优秀）

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实验课程名称 近代电子学实验 实验项目名称 四人智力竞赛抢答器 学 院 理学院 专 业 班 级 电子科学与技术

学 生 姓 名 杨晓玲 学 号 1007010043 指 导 老 师 李良荣 实 验 时 间 2012年9月10日

一、实验目的1、4名选手编号为：1，2，3，4。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J1，J2，J3，J4。

2、给主持人设置一个控制按钮J5，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和一个加分按钮J6，用来给同学加分，设定最高分为93、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，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。

4、抢答器具有定时30秒答题倒计时的功能。当选手按下抢答按钮后，开始倒计时，显示器显示倒计时间，倒计时结束时，扬声器响，保持到主持人将系统清零为止。

二、实验设计方案

1、设计思路

抢答器整个系统可分为三个主要模块：抢答鉴别模块、计分模块、答题倒计时模块。即当抢答开始后，选手抢答按动按钮，锁存器锁存相应的选手编码，同时用数码管把选手的编码显示出来，对应加分模块的发光二极管也会发光。当有选手抢答成功后，30秒答题倒计时开始跑秒，若选手在规定的时间内答对题，主持人按下J6给相应的选手加一分并且按下J5，系统清零。

2、系统框图

抢答开始后，当选手首先按某一开关键时，可通过触发锁存电路被触发并锁存，在输出端产生相应的开关电平信息，同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱，最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。然后在译码器中译码，将触发器输出的数据转换为数码管需要的逻辑状态。最后在显示电路中显示出所按键选手的号码。若有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，结果可能是它们中的任一个产生有效输出。如图1.3、单元电路设计及元器件选择（1）抢答电路

电路如图1所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁定74LS175的功能真值表即优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示选手编号；二是要使其他选手随后的按键操作无效

图1 抢答电路

其工作原理为：本电路采用74LS175四上升沿D触发器，～CLR为清除端（低电平有效）由主持人控制按键J5控制。选用该芯片的三个输入与输出（见图2）

开始时，输入端1、2、4分别接低电平，J3通过两个二极管D1、D2接到输入1和2端，因此，当J3按下时输出1和2均为高电平，为十进制的3，通过数码管便可显示抢答的组别。当主持人按下J5时，74LS175的清零端为低电平，使其被强制清零，输入的抢答信号无效。开始时74LS175的清零端接高电平，74LS175正常工作，四个Q非端与在一起为高电平，再和输入的时钟脉冲信号一起给74LS175脉冲端，当有人抢答时，输出有一个为高电平，74LS21输出为低电平，没有脉冲信号输入，因此74LS175被锁定，从而使得其他选手按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性及抢答电路的准确性。当选手回答完毕或时间到后，主持人按下控制开关J5,抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。（2）计分电路 电路如图2所示。当有选手抢答后，计分部分对应的优先抢答的选手的发光二极管会发光，当其在规定的时间内答对题的话，主持人按下计分按键J6,则该选手的分数会加一，答错或没答上来会不加分，同时主持人按下控制开关J5,抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。

图2 计分电路

其工作原理为：开始有74LS138对输出端1、2和4进行译码，由138的输出Y1、Y2、Y3和Y4输出为低电平表示对应于的抢答按键依次按下，取反后分别连在74LS160的ENP和ENT端从而对四片160进行选择，同时连接的发光二极管用以显示优先抢答的组别。而160的脉冲输入端由J6控制，由于160时钟脉冲下降沿有效，因此先接入高电平，当按下J6时，接入低电平，160对此开始计数。160的输出端连接数码管，用以显示该选手的得分情况。

（3）倒计时电路

电路如图3所示。由两个74LS192构成30秒倒计时。开始时为39秒，当选手抢答后，倒计时器开始倒计时，30秒跑完后，蜂鸣器开始响至主持人按下复位控制按键J5时，蜂鸣器响停止，同时显示为30秒，等待下一轮抢答。

图3 倒计时电路

其工作原理为：与非门74LS05连接抢答电路74LS175输出端～1Q、～2Q和～4Q控制74LS192的置数端，同时将U4的输入A端和B端接高电平，同时将剩下的输入端和U6的输入端接地。而U6的～BO端接U4的DOWN脉冲端，输出端接连数码管显示时间，倒计时部分的的192的连接见图4。由三个或非门分别对输出端进行选择，再将其进行相与，输出连接蜂鸣器和非门，非门输出再与时钟脉冲相与接到U6的DOWN脉冲端。当输出不全为零时，非门的输出为高电平，脉冲正常工作，当输出全为零时，非门输出为低电平，U6的DOWN脉冲端一直为低电平，从而使192不能正常工作，从而实现30秒倒计时和到点蜂鸣器响的效果。

（4）秒脉冲发生器

秒脉冲发生器是有555构成的多谐振荡器。由于在电路中仿真时函数传递很缓慢，因此在电路用时钟脉冲电源代替，不过在实际设计时还是要用555构成的多谐振荡器

图4 555多谐振荡器

4、四路抢答器总电路图

图4 总电路图

将积分电路部分的74LS138的三个输入端接到抢答电路部分的74LS175的1Q、2Q和4Q输出，将倒计时电路部分的与非门74LS05连接抢答电路74LS175输出端～1Q、～2Q和～4Q，变形成了总的抢答器电路图，如上图。

四、测试结果

打开仿真开关后，组别显示数码管和计分电路的数码管均显示零，而倒计时部分的数码管显示的为答题的时限30。如下图：

当开始抢答后，组别显示数码管会显示优先抢答的选手组别，同时抢答电路被锁定，其他选手再按下抢答按键时也不会显示，倒计时电路会开始倒计时，同时计分电路中对应的选手组别的发光二极管会发光。若选手在规定的答题时间内答对题时，主持人会按下加分按键J6，则该选手对应的分数会相应的加一，同时主持人按下复位按键J5，电路回到初始状态，等待下一轮的抢答；若选手在30秒内答错或没有答题时，时间一到蜂鸣器会报警，此时该选手不得分，主持人按下复位按键J5，电路回到初始状态，等待下一轮的抢答。显示结果图见图5，为第一组的选手抢答成功，组别显示为一，同时对应的发光二极管会发光，并且该选手在30秒内答对了题目，因此他的分数显示为一，此时倒计时跑秒到21秒。当主持人按下J5时，电路清零，答题的显示结果如图6，只是第一组的分数显示为一。随着抢答题目的增多，不同选手对应的分数也会发生相应的变化。

1、一号选手抢答时，电路显示如下:

给一号选手加分，电路显示如下:

2、号选手抢答时，电路显示如下:

给二号选手加分时，电路显示如下:

3、三号选手抢答时，电路显示如下:

给三号选手加分，电路显示如下:

4、四号选手抢答时，电路显示如下:

给四号选手加分电路显示如下:

事物电路图如下所示:

五、设计过程中的问题和解决办法（1）在开始设计抢答电路部分时，遇到不知如何让组别输出显示为三的问题。经过查找资料和分析后，逐步更改测试达到了上面抢答电路的电路图。

（2）设计倒计时电路的秒脉冲时，用555构成多谐振荡器产生秒脉冲，但是仿真时在仿真时传递函数时间很缓慢，改变555扩展的电阻和电容增加产生的信号的频率。

（3）对总电路仿真时，传递函数时间很缓慢，等上长时间倒计时部分不出结果，因此改变秒脉冲信号和抢答部分74LS175的时钟脉冲的频率。

（4）用555多谐振荡器做脉冲信号时，改变频率进行调试时，比较麻烦，因此在电路中用时钟脉冲电源代替555多谐振荡器。

六、心得体会

这一课程设计使我将课堂上的理论知识有了进一步的了解，并增强了对数字电子技术这门课程的兴趣，同时对用Multisim软件对电路进行设计和仿真有了初步的了解。对平时数电课上所学的电子元件的工作原理有了更进一步的了解，如：74LS175、74LS138、74LS160、74LS192等。这次的抢答器电路设计也让我认识到光靠理论的知识连起来的电路并不一定能够实现，要对其就出现的现象进行不断的修改和测试，争取完美，此次由于我个人能力的问题，只能按照我个人的理解连接出电路图，虽然基本上完成了所要求的题目，但距离期望的结果还是相差很远。因此在以后的学习生活中，我会努力学习，培养自己独立思考的能力，积极参加多种设计活动，培养自己的综合能力，从而使得自己成为一个有综合能力的人才而更加适应社会。