课程设计说明书课题名称：数字式竞赛抢答器专业名称：电子信息工程技术学生班级：电信0604班学生姓名：***学生学号： *********指导教师：***课程设计任务书数字式竞赛抢答器一、功能要求1、设计制作一个可容纳6组参赛的数字式枪答器，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。
2、给主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始。
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（1～6），同时扬声器给出音响提示。
同时禁止其他选手抢答。
4、抢答器具有定时抢答的功能，抢答时间设定为30秒，当主持人按下开始按钮时，定时器立刻倒计时，并显示。
选手在设定的时间内抢答有效。
超过时间抢答无效，定时显示器显示00。
二、设计步骤与要求1、拟定电路的组成框图，要求能实现所有功能，使用的元器件少，成本低。
2、设计并安装电路，要求布线整齐、美观，便于级联和调试。
3、测试所设计抢答器的逻辑功能，满足各项功能要求。
4、画出整机逻辑电路图。
5、写出设计报告。
目录课程设计任务书 (1)第1章原理分析 (3)1.1定时抢答器的总体框图 (3)1.2方案选择及论证 (4)第2章单元电路的设计 (4)2.1抢答电路的设计 (4)2.2定时电路的设计 (6)2.3时序控制电路的设计 (7)2.4总电路图 (10)第3章元器件的介绍 (10)第4章安装与调试 (14)总结 (15)参考文献 (17)附录 (18)第1章原理分析1．1定时抢答器的总体框图定时抢答器的总体框图如图1所示。
他主要由主体电路和扩展电路两部分组成。
主体部分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。
扩展电路完成定时的抢答功能。
图1所示定时抢器的工作过程是：接通电源时，节目支持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定的时间，当主持持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，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，输入电路被封锁，禁止选手超时后抢答。
当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成下面几个工作：1.优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后有译码显示电路显示编号；2.制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；3.控制电路要使定时器停止工作，时间器上显示抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止，以便进行下一轮抢答。
1.2方案选择方案一采用74LS148优先编码器分辨选手抢答的先后，并通过RS锁存器74LS279锁存抢答者的编号，再经过74LS48芯片译码驱动共阴极数码管显示。
方案二采用CC4067作为编码电路的核心元件，当有选手抢答时输出四位相应的8421BCD码即可同时供16位选手抢答。
经CC4511七段译码器译码后驱动共阴极数码管显示，同时利用CD4069组成一个多谐振荡器，作为十进制计数器CC4510的CP 脉冲使其计数并与D触发器CD4013完成自动锁存的功能。
结论：与方案二相比，使用的芯片少、电路简单且同样能实现其功能，故选用方案一。
第2章单元电路的设计2．1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；二是要使其他选手的按键操作无效。
这里选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279完成上述功能，其电路图如图2所示。
图2 抢答电路其工作原理是：当主持人控制开关处于“清除”位置时，RS触发器的R端为低电平，输出端（4Q~1Q）全部为低电平。
于是74LS48的BI=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST=0，74LS148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，即抢答器处于等待状态，等待输入端I7~~I0输入信号，当有选手将键按下时（如按下S4）,74LS148的输出Y2Y1Y0=011，YEX=0，经RS锁存器后，CTR=1，BI=1，74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=100，经74LS48译码后，显示器显示出“4”，此外，CTR=1，使74LS148ST端为高电平，74LS148处于禁止工作的状态，封锁的其他按键的输入。
当按下的键松开后，74LS148的YEX为高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其他按键的输入信号不会被接受，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，有主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，进行下一轮的抢答2．2.定时电路的设计节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟有秒脉冲电路提供。
计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件，它不仅可以用来对脉冲进行计数，还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能。
计数器的种类很多。
按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分有：同步计数器和异步计数器；根据计数进制的不同分为：二进制、十进制和任意进制计数器；根据计数的增减趋势分为：加法、减法和可逆计数器；还有可预置数和可编程功能计数器等。
目前，TTL和CMOS集成计数器都有较齐全的品种。
使用者只需借助于器件手册提供的功能表和引脚排列图，就能正确地运用这些器件。
74LS192是同步十进制可逆计数器，其逻辑符号和引脚排列如图3（a）、(b)所示。
图3 74LS192芯片引脚74LS192具有下述功能：①异步清零：CR=1，Q3Q2Q1Q=0000②异步置数：CR=0，LD =0，Q 3Q 2Q 1Q 0=D 3D 2D 1D 0③保持： CR=0，LD =1，CP U =CP D =1,Q 3Q 2Q 1Q 0保持原态④加计数：CR=0, LD =1，CP U =CP ，CP D =1，Q 3Q 2Q 1Q 0按加法规律计数⑤减计数：CR=0, LD =1，CP U =1，CP D = CP ，Q 3Q 2Q 1Q 0按减法规矩。
利用集成计数器芯片可方便地构成任意（N ）进制计数器。
方法：①反馈归零法：是利用计数器清零端的清零作用，截取数过程中的某一个中间状态控制清零端，使计数器由此状态返到零重新开始计数。
把模数大的计数器改成模数小的计数器。
关键：是清零信号的选择与芯片的清零方式有关。
异步清零方式以N 作为清零信号或反馈识别码，其有效循环状态为0～N-1；同步清零方式以N-1作为反馈识别码，其有效循环状态为0～N-1。
还要注意清零端的有效电平，以确定用与门还是与非门来引导。
②反馈置数法：是利用具有置数功能的计数器，截取从N b 到N a 之间的N 个有效状态构成N 进制计数器。
其方法是当计数器的状态循环到N a 时，由N a 构成的反馈信号提供置数指令，由于事先将并行置数数据输入端置成了N b 的状态，所以置数指令到来时，计数器输出端被置成N b ，再来计数脉冲，计数器在N b 基础上继数直至N a ，又进行新一轮置数、计数。
关键：是反馈识别码的确定与芯片的置数方式有关。
异步置数方式为N a =N b +N 作为反馈识别码，其有效循环状态为N b ～N a ；同步置数方式以N a =N b +N-1作为反馈识别码，其有效循环状态为N b ～N a 。
还要注意置数端的有效电平，以确定用与门还是与非门来引导。
原理及设计：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。
具体电路如图7所示。
两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。
74192的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路图4 可预置时间的定时电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。
按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG 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，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。
下面结合图7具体讲一下标准秒脉冲产生电路的原理。
结合图7，图中电容C的放电时间和充电时间分别为1秒。
于是从NE555的3端输出的脉冲的频率为 50HZ，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R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得，即秒脉冲。
2．3时序控制电路的设计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，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。
②当在规定时间内有选手抢答，此时要求抢答器停止工作并封锁输入，并显示抢答时间，即74HC390停止计数，此时用抢答电路中的1Q输出信号通过定时电路的控制电路控制CPD时钟信号的输入。
③规定时间到，抢答部分无效，74LS148封锁输入，这里用锁存的BO低电平信号通过抢答电路的控制电路控制74LS148的ST端，使ST=1；同时定时电路停止计数并显示数字0。
根据图2与定时器的功能要求，下面是具体的控制电路部分：(其中W是图2中的锁存输出信号)图5 定时和抢答电路的时序控制电路其工作原理是：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，来自抢答电路中RS锁存器的输出1Q=0，经G3反相，A=1，则从555输出端来的时钟信号CP能加到74HC390的CP0时钟输入端，定时电路进行加计时。
同时，在定时时间未到时，则W=1，门G2的输出 =0，使 74LS148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，1Q＝1，经 G3反相， A ＝0，封锁 CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出 =1，74LS148处于禁止工作状态，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，经图5锁存W =1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。
同时，门G1处于关门状态，封锁 CP信号，使定时电路保持0状态不变，实现了功能③。
2.4 整机电路图图6第3章元器件的介绍该设计用到较多集成电路电路芯片，在此给出其管脚图和部分功能介绍：74LS279RS锁存器，当R=1，S=0时，输出为；当R=1S=1时，锁存器具有保持功能，将输出一直保持为1，达到锁存的目的。