江汉大学物理与信息工程学院
课程设计报告
课题名称：四路抢答器的设计
(英文) : The Design of Four- routes Priority-answer Set
专业：电子信息工程（光电信息工程）
班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
2008年9 月26 日
四路抢答器的设计
一、设计任务及要求
1、设计一个四路抢答器（有线控制）用通用板实现，当四组参赛者之一抢先按下开关时，抢答器能准确的判断出是哪一组抢答成功，指示灯显示抢答组别，扬声器发出声音。

2、抢答器具备鉴别第一个信号和锁存能，在主持人复位开始抢答后，将第一个抢答信号锁存，阻止其他信号输入，复位后开始新一轮抢答。

二、设计框图及整机概述
整机设计框图如图1所示（Windows画图工具），参赛者按钮是四路单刀双掷开关，选择前接低电平；主电路由4个D触发器组成，D脚接开关，Q脚接输出；由TTL与非门形成特定电平控制边沿触发器的CP，使触发器暂时封锁；抢答成功通过发光二极管显示，同时蜂鸣器发出声音提示。

设计抢答器的关键是主电路和CP脉冲产生电路的方案确定，将在下面详细说明。

图1 四路抢答器设计框图
三、单元电路的设计方案及原理说明 1、主电路的设计方案
方案一:可以由编码器构成抢答部分，编码器有优先选择的特点，也可以达到抢答的效果，但它有不准确的缺点，如果两人同时抢答的话，那么，那么优先级比较高的选项会抢得机会。

而且编码后的结果为二进制编码，需经过一译码器才能显示，电路的可用性不高。

方案二:用边沿触发器实现抢答部分，可以由是否产生脉冲来封锁触发器。

当有人按下抢答按键时(即Di=“1”)，n i Q 和n
i Q 有改变，n i Q 的状态与i D 的
输入直接相关，再与脉冲经过若干与非门后，便可封锁后来的按键。

而且它比方案一更准确（能最大可能的区分抢答先后），而且可以直接由n i Q 与外部显示相连，这种方案既方便又准确，而且电路比较简单易于实现。

比较两套方案后，选择方案二。

电路原理图如图2所示（protel99 SE ）。

图2 主电路原理图
2、脉冲产生电路的设计方案
方案一:由与非门实现脉冲振荡，这种电路的频率范围由RC 的变化确定，这种电路虽然简单，但起振频率范围有限，电路只会在一定的范围内产生振荡。

方案二:由555定时器和外接元件R1、R2、C 构成多谐振荡器，电路只有两
个暂稳态，不需外加触发信号，仅利用电源通过R1、R2、C 在3V CC 和32V CC
之间
充放电即可。

外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，且555定时器所产生的方波振荡频率精度高，工作输出能力强。

该电路产生的脉冲不但频率范围宽电路集成度高、简洁而稳定。

该电路的频率计算公式为：C *）R 0.7（R 1
f 21+=。

经比较，我们采用方案二，且取R1=R2=5.1K Ω，C=103=0.01uF,f=9.3KHz 。

电路原理图如图3所示（protel99 SE ）。

图2 脉冲产生电路原理图
3、整机原理说明
整机原理图如图4所示（protel99 SE ）。

选手通过S1、S2、S3、S4来抢答，而主持人则通过K1控制抢答时机，K1接到高电平允许抢答，按下时为低电平则“清零”，抢答无效。

当主持人宣布开始抢答之前， Q1、Q2、Q3、Q4 均输出为“0”， 1Q 、 2Q 、 3Q 、 4Q 的输出均为“1”，因此在第二个74LS00的输出端输出的为与555脉冲发生器频率相同，相位相反的脉冲，由于此电平的频率很高，所以可在CP 端形成高电平。

当K1按下位低电平时，由74LS74的真值表可知当任意一人先按下时（若是S1）则对应的Q1端为高电平，1Q 端则为低电平，这样在74LS20端输出为高电平，使喇叭发出声音。

第一个二端与非门处的输出端位低电平，因此第二个二端与非门处的输出端总是输出为高电平，因不会出现变化的上升沿或下降沿的脉冲，所以无论以后输入什么都不会影响输出，从而达到封锁的目的。

直到主持人再次将K1按下“清零”,重新抢答为止。

图4 整机原理图
四、总结
1、制作
按照原理，每个单刀双掷开关需控制一个二极管，故开关应与二极管的顺序一一对应，以便能方便地观察电路功能实现情况，为了操作方便开关均焊在靠近边沿位置，参看原理图，各个芯片应摆在合适位置，多借助同电位点，放置元件时注意将整个版面布满，而且要巧妙利用上下两排公共的线作为+5V和地。

开始焊接时，尽量使电路看起来简单，减少导线的使用以减小干扰。

注意多处电源以及地的焊接，避免飞线和虚焊。

2、调试
按照原理图检查一遍电路后，接上+5V直流稳压电源，首先使4个开关均接低电平。

接通电源以后，按下复位开关后，二极管全部熄灭。

将任意一个单刀双掷开关接高电平后，有且仅有其对应的二极管发光，断开接通的开关，二极管不熄灭；再接通其它单刀双掷开关，对应的二极管均不发光，即输入的信号被锁存。

断开所有单刀双掷开关，重新按下复位键，二极管熄灭，重复上述操作得到相同的结果。

对照电路功能，各现象均正常。

断开电源后再接通，重复上述过程，现象均相同，说明电路稳定，调试成功。

3、体会
在本次课程设计中，我做得比较顺利。

在调试过程中，首先可以初步通过现象判断问题所在，依照原理解决这类问题；其次，如果有一定难度，应该将电路分成一个一个的模块，分开来检查问题所在。

我学到的最重要的一点是，在电路焊接中，一定要将各个单元电路独立焊接，便于后期的调试，尤其是在做一个系统的制作中。

参考文献：
[1] 胡小波. 数字电子技术实验指导书. 自编，2005.
[2] 罗杰，谢自美. 电子线路设计·实验·测试. 4版. 北京: 电子工业出版社，2008
[3] 余孟尝. 数字电子技术基础简明教程. 3版. 北京: 高等教育出版社，2006
附录:
1、元器件清单
2、使用仪器设备。