八路抢答器设计报告目录一、设计的目的 (2)二、设计任务和要求··································2-3三、设计的方案的选择与论证··························3-5四、电路设计计算与分析·····························5-191、基本功能电路的设计·····························5-171.1抢答电路的设计·····························5-111.2定时电路的设计····························11-141.3报警电路的设计····························14-171.4时序控制电路设计 (17)2、扩展功能电路的设计·····························20-212.1六路彩灯循环电路的设计 (20)2.2计分电路的设计 (21)五、总结及心得 (22)六、附录 (23)七、参考文献 (24)一、设计目的（1）掌握抢答器电路的原理。

（2）了解数字集成电路的使用方法。

（3）进行电路原理设计，并学会运用PROTEL等电路设计及仿真软件。

（4）熟悉Multisim的基本使用方法，运用Mulsitim进行电路设计的仿真。

二、设计任务与要求设计一个智力竞赛抢答器，可同时共8 名选手参加比赛，并具有定时抢答功能。

具体功能要求如下：1.抢答器的基本功能：（1）设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8 名选手或8 个代表队参加比赛，他们的选号分别是1、2、3、4、5、6、7、8，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S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8。

（2）设置一个节目主持人控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答器的开始。

（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，编号立即锁存，并在LED 数码管上显示出选手的编号，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。

(4) 加入报警电路，当主持人选择开始时报警器报警，开始后有选手抢答此时报警电路报警，当设置的倒计时时间走完时报警电路报警。

（5）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30 秒）。

当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间 0.5 秒左右。

（6）参加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抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。

（7）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，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。

2.抢答器的扩展功能(1) 实现选手的计分电路。

（2）六路彩灯循环电路。

当主持人控制开关开始时有六路彩灯循环闪烁，当在有效时间内有人抢答时彩灯循环终止。

三、设计的方案的选择与论证制作抢答器有很多方法，可以用单片机来完成，它的功能强大制作简单，且外围的元件也很少；也可以用PLC来实现，他的制作也是比较简单；还可以用我们学过的EDA技术和数字电路联合设计来实现，它的原理比较简单，与我们学完的<<数字电路>>联系紧密，能将我们所学知识用于实际，对巩固所学知识有重要意义，用了一些成型电路，如用555定时器构成的多谐振荡器来产生标准秒脉冲电路等，使总体方案易于实现。

定时抢答器的总体框图如图1所示，它由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，当选手按动抢答键时，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。

并包含报警电路，当主持人选择开始时报警器报警，开始后有选手抢答此时报警电路报警，当设置的倒计时时间走完时报警电路报警并禁止选手抢答。

参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效。

如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。

扩展电路完成六路彩灯循环和选手的计分的功能。

图1 抢答器的总体框图图1所示的定时抢答器的工作过程是：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，定时显示器显示设定的时间，当节目主持人宣布“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。

并且在主持人宣布“抢答开始”时六路循环彩灯开始工作，一直持续到在有效时间内有选手抢答或倒计时时间已到。

当抢答结束时主持人控制计分电路对抢答选手进行计分。

经Multisim 10 软件对该方案进行仿真后得出：该电路实现了8路抢答器所要求的基本功能，并实现了其扩展功能。

论证了该方案的可行性。

四、电路设计计算与分析1、基本功能电路的设计1.1抢答电路的设计抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用且能够显示抢答选手的编号；二是要使其他选手的按键操作无效。

即当有选手抢答时电路自动封锁禁止其他选手进行抢答。

选用优先编码器74LS148和DFF锁存器可以完成上述功能，其电路组成如图2所示。

其工作原理是：当主持人控制开关处于“清除”位置时，RS触发器的端为低电平，输出端（4Q~1Q）全部为低电平。

于是74LS48的清零端BI/IBO =0，显示器灭灯；74LS148D的选通输入端EI =0，74LS148D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1、2、3、4、5、6、7、8输入信号，当有选手将键按下时(如按下S8)，74LSl48的输出=000，GS=0输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警。

经RS锁存器后，CTR=l，BI/IBO=1，74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=111，由74LS48的真值表可以看出经74LS48译码后，显示器显示出“7”，但是为了使显示器输出与选手的编号相对应在译码器74LS48之前加入一个加法器74LS238D使其输出加1，此后经过74LS48译码器译码输出为“8”与选手编号相对应。

此外，CTR=1，使74LSl48D的使能端EI为高电平，74LSl48D处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入，并且此时抢答指示灯工作，直到主持人清零为止。

当按下的键松开后，74LSl48D的使能端EI 为高电平，但由于RS触发器具有记忆功能使CTR维持高电平不变，所以74LSl48D仍处于禁止工作状态，其它按键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。

由于选手抢答时触发开关只是一瞬间，时间特别短暂，如果这时出发信号还未起作用信号就已经小时，那么电路就会出现差错。

而RS触发器具有保持功能，可以使信号保持而不消失，所以为了解决这一问题使主电路能够稳定工作，在抢答电路的编码器74LS148D之前加入8个RS触发器，分别对应八个开关即对应8位选手，有RS触发器的特性及真值表可知，将这8个RS触发器的S端口均接为高电平使其无效，将R 端口分别接至8个开关，当选手抢答时RS触发器别出发，即使抢答开关在一瞬间关闭触发信号也会别RS触发器一直保持到主持人清零为止，这样就实现了主电路的稳定性。

如下图所示：J1R16抢答电路电路图上图表示为有选手抢答时的仿真结果，显示电路显示选手的号码，同时发光二极管指示灯亮。

封锁信号产生短的仿真波形如下图所示，当有选手抢答时产生向上跳变的信号将74LS148D 封锁，并驱使发光二极管指示灯亮；当进行清零操作是产生下降沿信号：U1374LS48D A 7B 1C 2D6OA13OD 10OE 9OF 15OC 11OB 12OG14~LT 3~RBI5~BI/RBO4U2A74LS279D1Q 141Q 27~1S 12~1S 23~1R 11~1S 36~1R 25U1474LS148DA 09A 17A 26G S 14D 313D 41D 52D 212D 111D 010D 74D 63E I5E O15U15A74LS00DLED1U18AVCC5VXSC1ABExt T rig ++__+_135VCC 6437封锁信号产生电路仿真74LS148D的管脚图以及功能真值表为：74LS148的输入端和输出端低电平有效。