目录一、摘要 (1)二、设计目的 (1)三、设计任务及要求 (1)1.设计要求 (1)2.设计任务 (2)四、八路抢答器电路的设计及原理 (2)1.设计思路 (2)2.总电路框图 (3)3.各模块设计方案及原理说明 (3)3.1抢答电路 (3)3.230秒倒计时电路 (10)3.3报警电路 (17)五、抢答器的总电路 (23)六、设计心得 (24)附录附录1 元件明细表 (26)附录2 元件报价表 (27)参考文献 (28)完整电路示图 (29)8路抢答器一、摘要进入21世纪越来越来多的电子产品出现在人们的日常生活中。

例如企业、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛, 抢答记分器是必要设备。

抢答器作为一种工具，已经广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。

本设计以八路智力竞赛抢答器为基本概念，从实际应用出发,利用电子设计自动化( EDA)技术,用数字、模拟电子器件设计具有扩充功能的抢答器。

该抢答器的设计利用Multisim10完成了原理图设计和电路仿真，具有数字显示、倒计时显示、编码译码功能，应用效果良好。

二、设计目的本电子设计，主要为了实现以下目的：1.增强对数字电子技术的了解与掌握；2.学习相关软件的使用方法；3.熟悉优先编码器、触发器、计数器、译码电路等的应用方法；4.熟悉时序电路的设计方法；5.具备简单电路的设计能力。

三、设计的任务及要求1.设计一抢答器，设计要求如下：1)设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参赛，他们的选号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号对应分别是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。

2)给节目主持人设置一个控制开关，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，其对应的灯被点亮。

4)数字抢答器定时为30s，通过控制键启动抢答器后，要求30s定时器开始工作，发光二极管点亮。

5)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.要求完成的任务：1)计算参数，安装、调试电路；2)对每个子电路进行解释说明；3)画出完整的电路图，写出设计总结报告。

四、抢答器电路的设计及原理1.设计思路①本题的根本任务是准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。

实现这一功能可选择使用触发器或锁存器等。

在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信号无效。

同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。

②当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，也可以用发光二极管直接指示出组别。

③在主持人没有按下开始抢答按钮前，参赛者的抢答开关无效；当主持人按下开始抢答按钮后，开始进行30秒倒计时，此时，若有组别抢答，显示该组别并使抢答指示灯亮表示“已有人抢答”；当计时时间到，仍无组别抢答，则计时指示灯灭表示“时间已到”，主持人清零后开始新一轮抢答。

2.总电路框图图1 总电路框图3.各模块设计方案及原理说明3.1抢答电路此部分电路主要完成的功能是实现8路选手抢答并进行锁存。

使用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 来完成。

该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。

工作过程：开关S 置于"清除"端时，RS 触发器的 R、S 端均为0，4 个触发器输出置0，使74LS148 的优先编码工作标志端＝ 0，使之处于工作状态。

当开关S 置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148 的输出经RS 锁存后，CTR=1,RBO =1, 七段显示电路74LS48 处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。

此外，CTR ＝1，使74LS148 优先编码工作标志端＝１，处于禁止状态，封锁其他按键的输入当按键松开即按下时，74LS148 的此时由于仍为CTR＝1，使优先编码工作标志端＝1， 5 所以74LS148 仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。

只要有一组选手先按下抢答器，就会将编码器锁死，不再对其他组进行编码。

通过74LS48译码器使抢答组别数字显示0-7。

如有再次抢答需由主持人将S 开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。

抢答模块原理图如图2：电路功能分析：（1）优先编码电路（74LS148）分辨出抢答者编号，由锁存器（74LS279）锁存，由译码器（74LS47）显示编号；（2）控制电路对输入电路进行封锁，避免其他人两次抢答；（3）Space开关置于“闭合”，显示数码管熄灭（黑屏），置于“断开”，等待下一轮。

图2 抢答模块原理图RS触发器：1.保持状态。

当输入端接入S=R=1的电平时，如果基本SR触发器现态Q=1、Q=0，则触发器次态Q=1、Q=0；若基本SR触发器的现态Q=0、Q=1，则触发器次态Q=0、Q=1。

即S=R=1时，触发器保持原状态不变。

2.置0状态。

当S=1，R=0时，如果基本SR触发器现态为Q=1、Q=0，因R=0，会使Q=1，而Q=1与S=1共同作用使Q端翻转为0；如果基本SR触发器现态为Q=0、Q=1，同理会使Q=0，Q=1。

只要输入信号S=1，R=0，无论基本SR触发器的输出现态如何，均会使输出次态置为0态。

3. 置1状态。

当S=0、R=1时，如果触发器现态为Q=0、Q=1，因S=0，会使G1的输出端次态翻转为1，而Q=1和R=1共同使G2的输出端Q=0；同理当Q=1、Q=0，也会使触发器的次态输出为Q=1、Q=0；只要S=0、R=1，无论触发器现态如何，均会将触发器置1。

4.不定状态。

当S=R=0时，无论触发器的原状态如何，均会使Q=1，Q=1。

当脉冲去掉后，S和R同时恢复高电平后，触发器的新状态要看G1和G2两个门翻转速度快慢，所以称S=R=0是不定状态，在实际电路中要避免此状态出现。

1.74LS148编码器功能表如下：表1 优先编码器74LS148功能表74LS148的输入端和输出端低电平有效。

0I~7I是输入信号，2Y~0Y为三位二进制编码输出信号，S I＝1时，编码器禁止编码，当S I＝0时，允许编码。

S YY为优先是技能输出端，只有在S I＝0，而0I~7I均无编码输入信号时为0。

EXY＝0。

0I~7I各输入编码输出端，在S I＝0而0I~7I的其中之一有信号时，EX端的优先顺序为：7I级别最高，0I级别最低。

如果7I＝0（有信号），则其它输入端即使有输入信号，均不起作用，此时输出只按7I编码，2Y1Y0Y＝000。

优先编码被广泛用于计算机控制系统中，当有多个外设申请中断时，优先编码器总是给优先级别高的设备先编码。

2.锁存器74LS279功能表如下：74LS279就是4R-S触发器，每片上有四路R-S触发器。

每路R-S触发器有R 和S两个输入和一个输出端Q。

当S输入低电平（0）时，输出Q为低电平（0）；当S输入高电平（1）时，如果R输入低电平（0），则Q为高电平（1）；当S输入高电平（1）时，如果R输入低电平（1），则Q保持不变。

3.译码器原理（74LS47）译码器的逻辑功能是将每个输入的二进制代码译成对应的输出的高、低电平信号。

常用的译码器电路有二进制译码器、二--十进制译码器和显示译码器。

译码为编码的逆过程。

它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。

实现译码的逻辑电路成为译码器。

译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。

74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用，表2.1列出了74LS47的真值表，表示出了它与数码管之间的关系。

74LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器， 74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码，可以直接把数字转换为数码管的显示数字。

74LS47为低电平作用。

4. 74LS47译码器引角功能：(1)LT(——)：试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。

当LT(——)=0时，无论输入A3 ，A2 ，A1 ，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，也就是七段将全亮,若驱动的数码管正常，是显示8。

(2)BI(—)：灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。

当BI(—)=0时，不论LT(——)和输入A3 ，A2 ，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极数码管熄灭。

(3)RBI(——)：灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。

当对每一位A3= A2 =A1 =A0=0时，本应显示0，但是在RBI(——-)=0作用下，使译码器输出全为高电平。

其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。

(4)RBO(———)：灭零输出，它和灭灯输入BI(—)共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。

5. 译码显示电路74LS47N U37VCC图3 译码显示电路二进制译码器是将输入的二进制代码的各种状态按特定含义翻译成对应输出信号的电路。

也称为变量译码器。

若输入端有n位，代码组合就有2n个，当然可译出2n个输出信号。

显示译码器由译码输出和显示器配合使用，最常用的是BCD七段译码器。

其输出是驱动七段字形的七个信号，常见产品型号有74LS48、74LS47等。

字符显示器：分段式显示是将字符由分布在同一平面上的若干段发光笔划组成。

电子计算器，数字万用表等显示器都是显示分段式数字。

而LED数码显示器是最常见的。

通常有红、绿、黄等颜色。

LED的死区电压较高，工作电压大约1.5~3V，驱动电流为几十毫安。

74LS47译码驱动器输出是低电平有效，所以配接的数码管须采用共阳极接法；而74LS48译码驱动器输出是高电平有效，所以，配接的数码管须采用共阴极接法。

数码管常用型号有BS201、BS202等，使用时，公阴极接地，7个阳极a~g由相应的BCD七段译码器来驱动。

6.抢答电路工作状态：（1）Space位于“消除”，触发器“74LS279”的四个R端接地（低电平），输出端（1Q1，1Q2，2Q1，2Q2）全部为低电平，于是74LS47的0=BI，显示器灯熄灭。

（2）74LS148选通输入端0=ST（即0=EI），74LS148处于工作状态，此时锁存器不工作。

（3）当Space位于“开始”端时，优先编码电路和锁存器同时工作，等待输入端（74LS148）的输入端0、7输入信号。