2016届课程设计《四路智力竞赛抢答器》课程设计说明书学生学号所属学院信息工程学院专业计算机科学与技术班级计算机16-6班指导教师教师职称讲师塔里木大学教务处制塔里木大学课程设计任务书课程名称：四路智力竞赛抢答器目录摘要: (1)1.设计目的和要求 (2)1.1设计要求 (2)1.2设计目的 (2)2.功能介绍 (3)3.总体方案设计 (3)4．具体电路设计 (4)4.1 主电路设计 (4)5.设计原理 (5)6.四路抢答器元器件清单 (6)7.主要器件介绍 (6)7.1 74ls175 四d触发器 (7)7.2 74LS20 与非门87.3 74LS00 二输入与非门 (11)7.4 555的工作原理 (12)8.四人抢答器仿真 (15)9.实验步骤及操作 179.1 检测与查阅器件 199.2 连接电路 (19)9.3 电路调试 (19)10.实物图如下 (19)11.实验困难问题及解决措施 (20)11.1困难一 (20)11.2困难二 (21)11.3困难三 (21)11.4困难四 (21)11.5 困难五 2212.设计成品的优点与不足 (21)12.1优点 (21)12.2不足 (21)12.3改良 (22)总结 24 致 (24)参考文献 (25)塔里木大学课程设计评审意见表 28课程设计验收鉴定表 29塔里木大学教学实习日志 30四路智力竞赛抢答器摘要:在日常生活中各种竞赛场合经常要用到抢答器，在电视台和娱乐场所等大型场合中的智力抢答更是不可缺的系统，其利用的是大型显示屏显示数字。

抢答器不但在以上场合取到很大的作用，而且在现代制造业中也有很重要的作用。

现代电子技术的飞跃发展，各类智能化产品相应而出，抢答器器也不例外；数字电路具有电路简单、可靠性高、成本低等优点，本设计就以数字电路为核心设计四路抢答器。

而本次课程设计技术目标与要设计四路的抢答器，附有简单的抢答功能，不仅可以用于比赛，娱乐抢答，知识竞赛等活动，也可以用于各类需要竞争的场合，抢答器的运用非常附有人性化，应用非常广泛。

实现抢答器功能的方式有多种，可以采用模拟电路、数字电路或模拟混合电路，可以实现多路抢答的功能。

为了加深对数字电子技术课程理论知识的理解，有效的提高动手能力，独立分析问题、解决问题的能力，协调能力和创造性思维能力，树立严谨的科学作风，培养综合运用理论知识解决实际问题的能力，现设计一个用数字电路设计的四路抢答器，以74LS175、74LS00、74LS20、555为核心，使其具有反应快、功能齐全、实用性强的特点。

通过电路的设计、焊接、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。

仿真成功，电路板良好。

关键词：抢答器电路仿真设计1.设计目的和要求1.1设计要求(1)4名选手编号为：1，2，3，4。

各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为S1, S2,S2,S4(2)给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和抢答的开始。

(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，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上相对应的二极管发光，同时封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。

抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

(4)可用555定时器产生频率为1H z的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。

按照抢答规则，电路能对第一个抢答开关的回答者迅速作出反应，对应的灯要亮，并且灯亮起之后，该答题者不必长按开关，电路可以自行工作，保持灯亮。

其次，当有一盏抢答灯亮起之后么，其他答题者后继的开关按下信号不会使其他灯亮。

最后，当本次答题结束后，主持人的开关可以关闭亮起来的灯，使电路恢复初始状态，等待下一次的抢答。

根据以上分析，电路应有如下功能：（1）记忆功能：电路能够保持第一个按下开关者的信号，让其对应的信号灯自动保持长亮，从而答题者不用长按开关，并且该信号还要对屏蔽电路起作用。

（2）屏蔽功能：当第一个灯亮起之后，电路能够使用记忆的信号，屏蔽掉其他后继答题者的开关信号，使其他的灯不会再亮。

（3）恢复功能：主持人开关可以使电路恢复到初始状态。

1.2设计目的(1)进一步掌握数字电子技术课程所学的理论知识，加深对数字电子技术课程理论知识的理解。

(2).熟悉几种常用集成数字芯片，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。

(3)了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题,有效的提高动手能力，独立分析问题、解决问题的能力，协调能力和创造性思维能力。

(4)培养认真严谨的工作作风和实事的工作态度，培养综合运用理论知识解决实际问题的能力2.功能介绍（1）抢答器最多可供4名选手参赛，编号为1—4号，各队分别用一个按钮（分别为S1—S4）控制，并设置一个系统清零和抢答控制开关Space ，该开关由主持人控制。

（2）抢答器具有数据锁存功能，并将锁存数据用LED 数码管显示出来，直到主持人清零。

（3）开关space 作为清零及抢答控制开关（由主持人控制），当开关space 被按下时抢答电路清零，当开关Space 松开时则允许抢答。

输入抢答信号由抢答按钮开关S1—S4实现。

（4）有抢答信号输入（开关S1—S4中的任意一个开关被按下）时，并显示相对应的灯处于亮的状态。

此时再按其他任何一个抢答器开关均无效，指示灯依旧“保持” 第一个开关按下时所对应的状态不变。

3.总体方案设计如图1所示为设计方框图。

其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清零”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灯灭，主持人将开关置“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。

选手在定时时间抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示。

当一轮抢答之后，禁止二次抢答。

如果再次抢答必须由主持人再操作“清除”和“开始”状态开关。

图1 总设计方框图4．具体电路设计4.1 主电路设计主设计电路如图2，电路选用74LS175、74LS00、74LS20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，并锁存抢答者的编号，同时在显示管显示；而且禁止其他选手按键，其按键操作无效。

工作过程：开关Space按下时，电路断开输入端为零，开关Space闭合时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答器按键按下时（如按下S2），74LS175的输出镜RS锁存后，74LS175处于工作状态，若发光二极管2亮，CTR=1,使74LS175其他工作端等于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，74LS175的此时由于仍为CTR=1，所以74LS175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。

如果再次抢答需要主持人将Space开关重新按下然后才能进行。

具体的电路连线如图 2图2 主电路图5.设计原理设计的电路中LS175为一四路的锁存器，当CLK引脚输入上升沿时，D1-D4被锁存到输出端（Q1-Q4）。

在CLK其他状态时，输出与输入无关。

其异步复位端为低电平时，Q1-Q4输出为低，/Q1-/Q4输出为高。

电路上电后，按下复位按键，/Q1-/Q4输出高电平，与之相连接的指示用的四个LED全熄灭。

同时用它们作为输入的与非门U1A输出为低电平。

电路进入准备状态。

这时，假设有按键S2被按下，与非门U1B的输出将由低变成高电平，形成一个上升沿经过两个非门的延迟后作为175CLK的输入。

CLK得到上升沿后会将D1上的数据锁存，这时由于S2是按下的，D1上应为高电平，故175的/Q1输出为低电平。

对应得LED被点亮，同时与非门U1A的输出也变为高电平。

它为高电平后，按键的两端都为高电平，故按下除复位之外的任何的按键都将不会发生电路状态的变化，即输入被锁定。

达到了既定的功能目标。

6.四路抢答器元器件清单表1 元器件清单7.主要器件介绍7.1 74ls175 四d触发器74LS175为四输入八输出的D触发器，输入端口为D1、D2、D3、D4，输出端口为Q1、Q2、Q3、Q4和/Q1,/Q2,/Q3,/Q4，部电路图为图3所示。

图3 74LS175实物图图4 74ls175管脚图引脚图表274ls175功能表74LS175的功能表输入输出R D CP1D2D3D4D1Q2Q3Q4QL×××××L L L LH↑1D2D3D4D1D2D3D4D H H××××保持H L××××保持表3 74LS175真值表图5 74LS175原理图7.2 74LS20与非门4个输入与非门，含两组4与非门第一组：1,2,4,5输入，6输出第二组：9,10,12,13输入6输出图674LS20实物图图7 74ls20管脚图引脚图图874LS引脚图及真值表图9 74LS20部功能图7.3 74LS00 二输入与非门图10 74LS00实物图图1174LS00 引脚图图 12 74LS00 功能表图13 74LS00原理图7.4 555的工作原理它含有两个电压比较器，一个基本RS 触发器，一个放电开关T ，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为Vcc 32和Vcc 31。

C1和C2的输出端控制RS 触发器状态和放电管开关状态。

当输入信号输入并超过Vcc 32时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于Vcc 31时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。

基本简介555系列IC 的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC ，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。

主要特点1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。

其延时围极广，可由几微秒至几小时之久。

2.它的操作电源围极大，可与TTL ，CMOS 等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。

3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。

4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。

相关应用555的作用围很广，但一般多应用于单稳态多谐振荡器（Monostable Mutlivibrator ）及无稳态多谐振荡器D R 是复位端，当其为0时，555输出低电平。

平时该端开路或接Vcc 。

Vcc 是控制电压端（5脚），平时输出Vcc 32作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01F μ的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。