数电课程设计：数字式竞赛抢答器设计

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1、数电课程设计报告题目：数字式竞赛抢答器学院：专业班级：姓名：学号指导老师：2013年5月20日-13-1、设计题目数字式竞赛抢答器2、设计要求1）给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和抢答的开始。2）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1，2，3，4。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，该选手编号立即锁存，抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。4）抢答器具有定时（9秒）抢答的功能。

2、当主持人按下开始按钮后，定时器开始显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响持续1秒。参赛选手在设定时间（9秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响持续1秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。5）如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器报警（音响持续1秒），并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。3、设计方案3.1各功能方案选择抢答器具有锁存、定时、显示和报警功能。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，

3、同时用LED数码管把选手的编码显示出来，并且开始抢答时间的倒计时，同时用LED数码管把选手的所剩抢答时间显示出来。而在选手按键抢答以及抢答时间倒计时到时的时候都有报警以提醒主持人和选手。抢答时间设定9秒，报警响声持续1秒。接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时

4、间。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。1）抢答功能实现方案方案一：用一片四D触发器74LS175和四输入2或非门CD4002实现。四D触发器输出经四输入或非门到四路抢答按键开关，加到触发器的四个输入端，同时经四输入或非门和反相器作为四D触发器的时钟信号，四D触发器清零端经上拉电阻接电源，同时经过清零控制开关到地。电路简单成本低，稍加扩展就能达到实用化。方案二：用一片八线-三线八进制优先编码器74LS148、四SR触发器74LS279和七段译码器74LS48实现四路抢答功能。虽然方案一的电路简单能够满足要求，但是

5、由于需要4个4D触发器，接线繁琐，增加了电路设计与仿真的难度；而方案二的电路较简单，更容易实现。所以我决定采用方案二。-13-2）定时功能实现方案方案一：采用555定时器。方案二：采用石英晶体振荡器。虽然采用石英晶体振荡器可产生高精度的秒脉冲，但因为方案一的555电路相对较简单，更容易实现，所以我决定采用方案一。3）显示功能实现方案采用74LS48加上共阴极数码管比较容易实现。4）报警功能实现方案采用有源蜂鸣器，并与三极管、电阻、电解电容搭配比较简单。3.2单元电路设计1）整体电路流程图由电路流程图可以看出，数字抢答器电路主要分为三个部

6、分：抢答电路、定时电路以及报警电路。2）抢答电路抢答器控制电路要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁定最先抢答者的编号，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。-13-工作原理：该抢答控制电路的工作原理为：当主持人控制开关处于“清除”时，D触发器的清零端为低电平，使D触发器被强制清零，输入的抢答信号无效。当主持人将开关拨到“开始”时，D触发器Q非端前一状态为高电平，四个Q非-13-端与在一起为高电平，再和抢答按键信号和借位信号与在一起给D触发器的脉冲端，当没人抢答时，抢答信号为低电平，与门U11输出端为

7、低电平给D触发器脉冲端，当一有人抢答时，抢答信号为高电平，并和U2的输出信号和借位信号与在一起，使得U11输出端为高电平给D触发器，于是D触发器就有一个上升沿，使得抢答信号经D触发器触发锁存再经过译码器74LS48译码，把相应的信号显示在数码管上。另外，当选手松开按键后，D触发器的Q非前一状态为低电平，与在一起后给与门U11,使得U11的输出端为低电平给D触发器，则D触发器的脉冲输入端恢复原来状态，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，主持人控制开关S是抢答电路复位，以便进

8、行下一轮抢答。74LS148的真值表74LS279的真值表74LS48的真值表3）定时电路该部分主要由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1个共