学年论文（课程论文、课程设计）题目：四路智力竞赛抢答器作者：戎飞所在学院：信息科学与工程学院专业年级：电信 09-1 指导教师：王建英职称：讲师2011 年 06 月 24 日四路智力抢答器摘要抢答器很广泛的用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程上丰富了人们的业余生活。
本文介绍一种数字式抢答器，能使四个队同时参加抢答,赛场中设有1个裁判台，4个参赛台，分别为A号、B 号、C号、D号参赛台.抢答操作方便，在很多的场所都可以使用，并且给人的视觉效果非常好。
数字抢答器由抢答电路,定时电路,报警电路,时序电路组成。
优先编码电路,锁存器,译码电路将参赛选手的输入信号在显示器上输，通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能,用控制电路和报警电路实现报警功能。
以上几部分组成主体电路，从而构成数字抢答器。
关键字抢答电路定时电路报警电路 DXP Multisim引言当今的社会竞争日益激烈，选拔人才，评选优胜，知识竞赛之类的活动愈加频繁，智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，通过抢答和必答两种答题方式能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短的时间内，使人们迅速增加一些科学知识和生活常识。
那么也就必然离不开抢答器，而现在的抢答器朝着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。
鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答器必将大有市场本文设计的抢答器，电路简单，成本较低，操作方便，灵敏可靠，具有较高的推广价值。
而在竞赛中往往分为几组参加，这时针对主持人提出的问题，各组一般要进行必答和抢答，对必答一般有时间限制，到时有声响提示；对于抢答，要判定哪组先按键，为了公正，这就要有一种逻辑电路抢答器作为裁判员。
抢答器在竞赛中有很大用处,它能准确、公正、直观地判断出第1抢答者。
通过抢答器的指示灯显示、数码显示和警示蜂鸣等手段指示出第1抢答者。
正文一、设计内容及要求1、设计内容设计一台供4名选手参加比赛的数字抢答器。
2、设计要求（1）抢答器同时供4名选手比赛，分别用4个按钮S0 ～ S3表示。
（2）设置一个复位和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
（3）抢答器具有锁存与显示功能。
即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。
选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
（4）抢答器具有定时抢答功能。
当主持人启动“开始”键后，定时器进行倒计时，同时扬声器发出短暂的声响。
（5）参赛选手在设定的时间内进行抢答，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的时间，并保持到主持人将系统清除为止。
（6）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0。
二、抢答器设计方案1、设计方案抢答器具有锁存、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，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。
2、系统框图当主持人宣布开始，定时电路开始秒脉冲电路的作用而进行倒记时，并通过译码器在显示器中显示。
报警电路给出声音提示。
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、方案比较方案1：采用cd4511芯片来作为抢答信号的触发、锁存和译码输出。
这样虽然比较简便，但实际在实现锁存功能时比较繁琐难实现。
方案2：采用D触发器和译码器来完成抢答部分。
虽然元件较多，但在实现锁存功能时可以简单的实现。
经过对比两方案的优缺点，决定采用抢答信号锁存简单实现的方案2。
然后利用软件Multisim来进行仿真调试，再进行逐步改进。
三、单元电路设计及元器件选择1、抢答电路电路如图2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。
其工作原理为：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，以便进行下一轮抢答。
2、定时电路节目主持人通过按复位键来进行抢答倒计时。
如图3。
定时9秒，把74LS192对应的9，10，1，15四个端子预置为“1001”。
计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路555提供。
当复位开关按下时，给74ls192一个低电平，从而开始倒计时，每来一个脉冲信号进行减计数一次。
当有选手抢答或借位信号时，就使得74ls192的输入脉冲变成低电平，从而实现倒计时的停止。
再按复位键时，再一次倒计时。
3、报警电路由74ls121和蜂鸣器构成的报警电路，但仿真中没有74ls121，因此用功能相同的MONOSTABLE VIRTUAL（后文简称A1）来代替仿真，如图4所示。
其中A1的脉冲输入端是由复位信号和Q非的与信号和借位信号与在一起来提供的。
当其中一个信号为低电平时，使得A1得到一个下降沿脉冲，从而使A1的Q端输出一个宽度为一秒的高电平，那么蜂鸣器就会响一秒。
反之，电路停振，蜂鸣器不响。
4、时序控制电路时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：（1）主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。
（2）当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。
（3）当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。
根据上面的功能要求，设计的时序控制电路如图5所示。
图5中，U2与门74ls21作为抢答的控制信号；U12与门74ls11和U13与门74ls21的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止；U11与门74ls11的作用是控制74LS175的输人脉端，U10的作用是控制74ls121的输入脉冲端。
工作原理是：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，74LS175的输出Q！=1，U2输出为1，借位信号为1，则U12输出为1，使U13输出为1，则时钟信号CP能够加到74LS192的时钟输入端，定时电路进行递减计时。
同时，在定时时间未到时，则“定时到信号”为1，U11和U13的输出为1，使 74LS175和74ls192处于正常工作状态，从而实现功能（1）的要求。
当选手在定时时间内按动抢答键时，Q！＝0，U2输出为0，封锁 CP信号，则U12输出为0，使U13输出为0，定时器停止倒计时处于保持工作状态；同时,U11的输出为1使D触发器触发而输出信号，也使U10输出为0，给了74ls121一个上升沿，使74LS121处于工作状态给蜂鸣器一个一秒的高电平，从而实现功能（2）的要求。
当定时时间到时，则“定时到信号”为0，U10输出为0，有给了74ls121一个下降沿，使74LS121处于工作状态给蜂鸣器一个一秒的高电平，禁止选手进行抢答。
同时，U13输出为0，封锁 CP信号，使定时电路保持0状态不变，从而实现功能（3）的要求。
集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间。
四所做所有程序的截图图1 Multisim 运行界面图2 DXP 运行界面图3 仿真的图片一图四仿真图片二图5 DXP 连接图图6 自动布线局部图图7 顶层镀铜图图八底层镀铜图七、设计成品的优点与不足优点：元器件较少，功能满足要求不足：（1）在设计时，用了D触发器来进行抢答信号的筛选和锁存，在同时按下S0和S1时（其同时按下的几率较小，其可精确到微秒甚至纳秒级，但情况还是会存在的）会显示“3”，而按S2时也会显示“3”，所以显示“3”的几率大一点，但几率很小。
改良：可改用编码器和锁存器来代替D触发器。
五、元器件列表六、心得体会这一课程设计使我们将课堂上的理论知识有了进步的了解，并增强了对数字电子技术这门课程的兴趣。
了解了更多电子元件的工作原理，如：74LS121、74LS48、74ls192等。
但同时也暴露出我在知识上掌握不足等缺点。
其次在此次设计过程中由于我们频繁的使用一电子设计软件如：Multisim等，因此使我熟悉了软件的使用，同时在电脑的电子设计和绘图操作上有了进一步提高。
加上在设计过程中遇到了一些问题，使得我得查找相关资料，从而增长知识的同时增强解决问题和动手的能力，锻炼我做事细心、用心、耐心的能耐。
这一课程设计，使我向更高的精神和知识层次迈向一大步。
所以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。
七、参考文献[1]康华光.电子技术基础.数字部分北京:高等教育出版社,2000[2]王愉节.窦勤耘电子技术实验指导贵阳：贵州科技出版社，2004.9[3]焦辎厚.电子工艺实习教程.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1993[4]陈坚.电力电子学[M].北京:高等教育出版社,2002[5]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社,2002[6]吕思忠.数子电路实验与课程设计.哈尔滨工业大学出版社,2001[7]谢自美.电子线路设计、实验、测试.华中理工大学出版社,2000[8]王琉银.脉冲与数字电路.高等教育出版，1985[9][美]M.Morris Mano.Digital Design.北京:高等教育出版社,2002[10][美] JohnM Yarbrough .DIGITAL LOGIC APPLICATIONS AND DESIGN.北京:机械工业出版社，2002新疆大学课程论文（设计）、学年论文评分表。