亀子信息耄控制工龄一、课程设计名称智力竞赛抢答器、内容摘要用74LS系列常用集成电路设计的智力竞赛抢答器，并详细分析电路工作原理。

抢答器作为一种电子产品，早已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合，但目前所使用的抢答器存在分立元件使用较多，造成每路的成本偏高，而现代电子技术的发展要求电子电路朝数字化、集成化方向发展，因此设计出数字化全集成电路的多路抢答器是现代电子技术发展的要求。

按照这一要求，并根据74LS373八路锁存器的功能特点，用74LS373和其它几块常用的74LS系列数字集成电路设计出了一数码显示八路抢答器电路，该电路具有成本低、元器件容易得到、路数多、数码直观显示、性能稳定等诸多优点。

三、设计内容及要求A、设计内容：设计一个8路智力竞赛抢答器。

我初步将系统分为3大功能模块：抢答电路即主电路、倒计时电路、报警电路。

可将倒计时电路分为一个十进制（实现十个数以内的倒计时）计数、译码、数码管显示电路；抢答电路（获得优先抢答选手的编号）分为8路抢答开关、数据锁存器、优先编码器、4511译码器、数码管显示电路；整个电路分为锁存控制、倒记时控制、报警控制。

数字抢答器总体方框图如图3-1所示为总体方框图。

其工作原理为：接通电源后，主持人将开关置“开始”状态，抢答器工作，定时器倒计时。

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。

图3-1抢答器的原理框图B、要求：1、给节目支持人设置一个控制开关，用来控制系统清零及抢答的开始。

2、抢答开始后当有某一选手首先按下抢答按钮时，选手编号立即被锁存，编号数码管显示选手编号并发出报警声响，此时抢答器不再接收其他的输入信号，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

3、抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答时间由节目主持人设定。

当节目主持人启动开始键后，要求定时器进行倒计时，并数码显示，同时扬声器发出短暂的声响，持续的时间为0.5秒左右。

4、选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作。

如抢答时间已到，却没有选手抢答，则本次抢答无效，系统进行短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时抢答定时显示0。

四、原理电路的设计，包括：1、画出考虑过的方案图，说明各自的优缺点，经过比较后，你选择了哪个方案。

A图4-1图4-1是第一次设计出来的图，缺点在于报警电路不是短暂性的发光，而是长时间的发光，只有当主 持人关闭开关方可熄灭；其次由于对一些芯片了解不够深入，走了不少弯路，导致采用的门电路太多了， 整个电路看起来很复杂。

例如， 74LS20两个与非门的功能可以使用74LS148芯片的14号管脚特殊功能方可，这样可以省去很多门电路，使得整个电路简单清晰。

此图的亮点在于555定时器，禾U 用整个电路的性质，合理的控制了 555的工作状态，在抢答的过程中，一经抢答，通过观察电路，74LS190的13号管脚的性质，关闭了定时器，这样可以很大程度的延长芯片的寿命，并且节能。

但是经老师提醒后，这只是理 想状态下能够实现，但是实际上却不能完全控制，所以不可取。

其次，在主持人没有按下开关之前，此电 路的8个开关任一一个按下，数码管都有显示，这样可以在抢答前检查是否通路，排除不必要的故障。

B图4-2图4-2是经过改进后的电路图，首先，改善了发光二极管的持续发光的缺点，得到了短暂性发光一报 警，利用了电容的充放电的特性，但是由于此电路所需的电压略小，所以不足以对电容充电，所以利用三 极管的放大作用改善后，得到了效果，并解决了这个问题。

其次，改善了原来不成熟的想法（控制555定时器的开闭状态），加以高电平，按照原有的思路设计该图。

第三，利用74LS148芯片的14号管脚特殊功能，大刀阔斧的去掉了 74LS20的两个门电路，大大简化了电路图。

但是改图仍然没有解决，当抢答的时 候，发光二极管持续发光而不是短暂性的发光的缺点。

十IIIB图4-3图4-3是本次课程设计的最终设计图，也是目前采用的图，该图实现了本课题的所有要求，也是比较完美的图，但是整个电路还是较为复杂，可能是对各个芯片不够了解，也许可以利用一些芯片的特殊功能, 又可以省去一些门电路。

综上所述，我们采用了C 图。

2、单元电路设计、参数计算和期间选择，列出系统需要的元器件清单。

设计电路如图4-4所示。

电路选用74LS373锁存器、74LS148优先编码器和4511译码器来完成。

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，锁存器的 LE 端输入为“1”停止工作。

当开关 S 置于”开始”时，抢答器处于等待工作 状态，74LS373的LE 端为“ 0”，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），LE 端变为“1”将数据锁存。

□1础。

14-11Ti.J-ld'在经过优先编码器和4511译码器将数据输入数码管显示。

如有再次抢答需由主持人将除”然后再进行下一轮抢答。

②倒计时电路设计该部分主要由555定时器构成多谐振荡器秒脉冲产生电路、加减计数器74LS190减法计数电路和一个七段数码管即相关电路组成。

具体电路如图4-5所示。

74LS190实现减法计数，然后显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。

当主持人拨到“开始”时，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在数码显示管上，当有人抢答时,停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时到“0”时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警即发光二极管发光，同时以后选手抢答无效。

555的第3号管脚输出的脉冲的频率为，结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为图4-6该部分电路实现的是一个报警功能，当抢答开始时，选手按下开关后，按照要求要出现短暂的报警，以及当倒计时到“ 0”时要出现短暂性的报警，考虑都成本和电路的稳定性以及简化性，我们采用发光二极管发光来作为报警讯号。

所以结合倒计时电路和724LS190的第12号管脚的特殊性质，合理的设计出了图4-6的报警电路，因为是短暂性的报警，所以利用了三极管和电容，接法如图，当倒计时过程中，第12号管脚一直处于低电平，当倒计时到“0”后，瞬间转变为高电平，期间，电流经三极管放大，对电容充电，当转变的瞬间，三极管反偏截止，电容反过来放电，由于电容较小，放电时间短，所以实现了该功能。

④元器件选择及清单:整个电路的电子器件有：555 定时器，74LS190，74LS148，74LS373，74LS08，74LS04、74LS32 以S开关重新置“清R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得③报警电路设计U1O*_1=O1 1.432R2(R1C=1L1DX：Lb A■MBpmU 5掩匾11fpE-Rl 2~~■4-^CeB1H ZTH■mi'-E U・UP1及若干电容和电阻。

详细介绍一下这两个电路中所用到的重要器件（555定时器和74LS373）:1. 555定时器555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。

555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。

555定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如下图2:图2 555定时器的内部电路框图和外引脚排列图它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。

它提供两个基准电压VCC /3和2VCC /3555定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反相输入端的电压为2VCC /3, A2的同相输入端的电压为VCC /3。

若触发输入端TR的电压小于VCC /3，则比较器A2的输出为1,可使RS 触发器置1,使输出端OUT=1。

如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3 ,同时TR端的电压大于VCC /3，则A1的输出为1, A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

2.74LS37374373八D锁存器为三态输出的8 D透明锁存器，373的输出端O0-O7可直接与总线相连。

当三态允许控制端OE为低电平时，O0-O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。

当OE为高电平时，O0-O7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。

当锁存允许端LE为高电平时，O随数据D而变。

当LE为低电平时，O被锁存在已建立的数据电平。

当LE端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善400mV。

373引出端符号：D0〜D7-----数据输入端OE-----三态允许控制端LE-----锁存允许端O0-O7-----输出端(TH) \|2%(77?) j %，G、「81*图 3 74LS373外部管腿图、真值表、逻辑图真值表中：L ――低电平；H ――高电平；X ――不定态；Q0――建立稳态前Q 的电平；G —- 与8031ALE 连高电平：畅通无阻低电平：关门锁存。

图中 0E ――使能端，接地。

当 G= “ 1”时, 输出端1Q — 8Q 与输入端1D — 8D 相同；当G 为下降沿时，将输入数据锁存。

元件型号数量备注S1-S7 8 弹片开关 R1-R8 8 电阻1K 74LS373 1 锁存器 74LS148 1 优先编码器 4511 2 译码器（带驱动） 74LS04 1 反向器 74LS08 1 与门7SEG-DIGITAL 2 七段数码显示管 74LS32 1 或门 74LS190 1 计数器 555 1 多谐触发器 SW-SPDT 1 单刀双置开关 R11-R24 14 电阻330欧姆 R9 1 电阻68K R10 1 电阻14K R25 1 电阻330欧姆 C1 1 电容10卩 C2 1 电容0.1卩 C31 电容100卩 NPN1三极管□nLE 0E O nH H L H L H L L XL L 闵XXH输入端，74LS373LS373 申TCH 訥 ABLELED-RED1发光二极管3、画出完整的电路图，并说明电路的工作原理。

图4-6智能竞赛抢答器电路图电路选用优先编码器74LS148、锁存器74LS373、4511译码器和一个七段数码管显示组成抢答显示电路；定时显示主要由555定时器秒脉冲产生电路、减计数器74LS190减法计数电路、4511译码器和一个七段数码管即相关电路组成；由三极管、电容、发光二极管以及74LS190第12号管脚的特殊性质构成的报警电路。