姓 名： 曹卫
课 程 设 计
题 目 学 院 专 业 班 级 姓
名 指导教师
十五路智能抢答器 信息工程学院 通信工程 通行0805 曹卫 周建新
2010年 7 月 9 日
课程设计任务书
学生姓名： 曹卫 专业班级： 通行0805 指导教师： 周建新 工作单位： 信息工程学院 题 目: 十五路智能抢答器 初始条件：仿真软件multism 10、数点实验参考书若干等等
要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写
等具体要求）
1. 完成本题目的理论设计，相关参数符号设计目的
2. 对理论设计方案进行实物测试或仿真分析，并与理论结果进行对
比
3. 完成不少于20页的设计报告，详细说明理论设计过程以及测试/
仿真分析结果
时间安排：
7.5： 理论设计 7.6～7.7：安装调试或仿真 7.8： 撰写报告 7.9： 答辩
指导教师签名： 2010年 6月 10日
系主任签名： 2010年 6 月 10 日
1 引言 .............................................................................................................................................. 6
1．1基本要求 ..................................................... 6 1.2 系统主要功能 .................................................. 7
2 抢答器组成框图 . .......................................................................................................................... 8
2.1抢答器的工作原理简介 . .......................................... 8 2.2抢答器总框图 . .................................................. 9
3 单元电路..................................................................................................................................... 10
3.1抢答电路 ..................................................... 10
3.1.1主要功能 . ............................................................................................................... 10
3.1.2 子电路 . .................................................................................................................. 11
3.2 定时电路 ..................................................... 15
3.2.1 主要功能 . .............................................................................................................. 15 3.2.2子电路 . ................................................................................................................... 15
3.3报警电路 ..................................................... 17
4 控制电路..................................................................................................................................... 18
4.1主要功能 ..................................................... 18 4.2子电路 ....................................................... 18
6 小结 ............................................................................................................................................ 19
参考文献......................................................................................................................................... 20 附录 ................................................................................................................................................ 21
摘要
随着科学技术的不断发展，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多样。抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频率较低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低，减少兴致。做为一个单位若专购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展, 因此设计了本抢答器
数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。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，构成扩展电路。
关键字：抢答电路; 定时电路; 报警电路
ABSTRACT
With the continuous development of science and technology, promote learning science, science and technology, knowledge of the variety of means. With a tool for Qiangda, which has been widely used in all kinds of intelligence and knowledge contests occasions. But Qiangda is used for lower frequency, and some production complex or low reliability, and reduced interest. As a unit, if the purchase is a Qiangda .Although the economy can bear, each year the number is extremely small, because of the long-term storage (electronic devices) Qiangda for damage to the purchase of the trouble and timeliness of activities, The development will be affected, so this Qiangda is designed
Digital circuits and main body is composed vies to answer first expansion circuit. Priority coding circuit, latches, decoder circuit will be the team on the monitor input signal output, Using the control circuit
and start the alarming circuit switch, host of the above two parts subject circuit. Through the regular circuit and decoder circuit will be second pulse signal output in display timer function realization, expansion circuit. After wiring, welding, commissioning work is forming digital vies to answer first.
Key words: vies to answer first circuit, Timing circuit, Alarm circuit
1 引言
抢答器同时供15名选手或15个代表队比赛, 设置一个系统清除和抢答控制开关S ，该开关由主持人控制。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。抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动" 开始" 键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。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。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00。
1．1基本要求
1、抢答器同时供15名选手或15个代表队比赛，分别用15个按钮S0 ~ S14表示。
2、设置一个系统清除和抢答控制开关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，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动" 开始" 键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。
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00
1.2 系统主要功能
1、具有清零装置和抢答控制，可由主持人操纵避免有人在主持人说“开始”前提前抢答违反规则。
2、具有定时功能，在30秒内无人抢答表示所有参赛选手获参赛队对本题弃权。 3、30秒时仍无人抢答其报警电路工作表示抢答时间耗尽并禁止抢答。 4、如果想调节抢答时间或答题时间, 按" 抢答时间调节" 键或" 答题时间调节" 键进入调节状态, 此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值, 如想加一秒按一下" 加1s" 键, 如果想减一秒按一下"-1s" 键，时间LED 上会显示改变后的时间，
调整范围为0s~99s, 0s时再减1s 会跳到99，99s 时再加1s 会变到0s 。 5、主持人按" 抢答开始" 键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设15s 抢答时间），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时（预设10s 抢答时间），不进行抢答查询，所以只有第一个按抢答的选手有效。
倒数时间到小于5s 会每秒响一下提示音。 6、如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按" 停止" 按键，系统会自动进入准备状态，等待主持人按" 抢答开始" 进入下次抢答计时
2 抢答器组成框图
2.1抢答器的工作原理简介
如图1所示为抢答器的结构框图，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路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。扩展电路完成检测数码管工作情况。其工作原理为：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；主持人将开关置于" 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。
图1 抢答器结构框图
2.2抢答器总框图
图2 抢答器总框图
3 单元电路
3.1抢答电路
3.1.1主要功能
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。选用优先编码器74LS148和RS 锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如下图所示。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，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端S1～S15输入信号，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出Y2Y1Y0=010，YEX=0，经RS 锁存器后，CTR=1，BI=1，74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST 端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其他按键的输入。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吸收，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，由主持人操作控制开关S ，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。
图3 抢答器电路
3.1.2 子电路
1 优先编码器
根据要求，用两片优先编码器74LS148级连组成。由74LS148的功能表可以看出当高位片处于工作状态且没有输入时，A2,A1, A0, GS都是1，E0为0 ，低位片也处于工作状态。当高位片有输入时，E0=1 =Ei，所以低位片处于封锁状态，同时两片的输出E0=1，高位片YEX 为0，低位片的GS 为1。当低位片用输入时，高位片的E0=0，低位片的E0=1，高位片GS 为1，低位片的GS 为0。
图 4 74ls148 级联图
2 表1 74LS148功能表
2锁存器74LS279
由基本R-S 的状态方程和时序图可看出，
图3.1.3.2
图 5 R-S触发器逻辑等号与波形图
基本RS 触发器的R 端为低电平，由于74LS148没有输入，S 都为1，所以输出端（4Q~1Q）全部为0。当74LS148有输入，相应的S 为0，所对应的输出端变为1，当输入退出时，S 重新变为1，而对应的输出端保持1不变，实现了锁存的功能。
当GS 为0时，Q 的输出为1， Q=Ei=1，所以令74LS148处于禁止工作状态，使其他按键的输入信号不会被吸收，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，由主持人操作控制开关S ，使抢答电路复位（即令R =0），以便进行下一轮抢答 3 显示电路
本实验用的是dcd 二进制显示器，用两个dcd 实现两位数十进制显示电路如图7所示。
图6 15位抢答器显示电路
由全加器74LS283与门电路组成，由于用15路选择，4位二进制数表示的十进制数的范围为0～15，其8421BCD 码需用5位二进制数表示，它们之间的对应关系如下表
间的表达式： D10=C01+S3S2+S3S1
当十进制数小于9时，有S3=D3，S2=D2，S1=D1,S0=D0。 当十进制数大于10时，有D3D2D1D0=S3S2S1S0-1001。
3.2 定时电路
3.2.1 主要功能
节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间（30s ），通过预置时间电路对计数器进行预置，选用十进制同步加/减计数器74LS192进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。
图7 定时显示电路
3.2.2子电路
1． 555构成的多谐振荡器作为秒脉冲发生器
把555的2，6脚接在一起，根据对555组成原理图的分析可知，电容上的
电压将在3V CC 到3V CC 之间变化。
输出电压Vo 的低电平时间为电容上电压Vc 从3V CC 减少3V CC 到所需要的时间，Vo 的高电平时间Vc 为电容上电压3V CC 从增大3V CC 到所需要的时间，电路的振荡周期和频率计算如
下
T 1=R 2C ln 2 T 2=(R 1+R 2) C ln 2 ) T =T 1+T 2=(R 1+2R 2) C ln 2
11. 43
f 0=≈
(R 1+2R 2) C ln 2(R 1+2R 2) C
取R 1=15KΩ, R 2=68KΩ1, C=10uF, 可得 1. 431. 43
f 0=≈==1Hz
(R 1+2R 2) C ln 2(R 1+2R 2) C (15+2⨯68) ⨯10振荡频率为 所以, T=1s
图8 定时电路及输出波形
2 74LS192构成的三十进制递减计数器
74LS192是十进制可编程同步加/减计数器，采用8421码二-十进制编码，并具有直接清零，置数，加/减计数功能。
由74LS192构成的三十进制递减计数器的电路原理图如下所示，低位片的BO2借位信号接到高位片的CPD 端，两片的CPU 端都接高电平。 从功能表和时序图可以得到三十进制递减
计数器的工作原理：预置数为N=(0011 0000)8421 BCD=(30)10 只有当低位BO2端发出借位脉冲时，高位
片计数器才作减计数，当高，低位计数器处于全零，且CPD 为0时，高位片
BO2
端发出借位脉冲。当LD 为电低平时，计数器完成并行置数。
图9 30进制电路及74ls192真值表
3.3报警电路
图10
报警电路图
4 控制电路
4.1主要功能
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入正常抢答工作状态。
2 当参赛选手按动抢答键时，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，。，同时抢答电路和定时电路停止
工作。
4.2子电路
根据上面的功能要求设计的时序控制电路如下图所示。图中，门G1的作用是控制时钟信号CP 的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输入使能端ST 。工作原理是：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时， 74LS279的输出CTR=0，经G3反相，A=1，则从555输出端来的时钟信号CP 能够加到74LS192的CPD 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， 74LS192的借位输出端BO2=1，门G2的输出ST=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，CTR=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ST=1，74LS148的BO2=0，ST=1，处于关门状态，封锁CP 信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能（3）的要求。
6 小结
经过了一个多星期的不停的检测和修改，终于把最终的电路图完成了。
经过了这次课程设计，大大地提高了我的动手能力以及分析问题的能力，在汪老师的热心的指导下，解决了很多问题，从中也学到了很多书面上所没有搞清楚的问题。
这次课程设计，让我学到了很多有用的知识和能力，这对以后的学习和工作都将是非常有益的。下面是对本设计的思路总结:
1. 数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。
2. 优先编码电路、锁存器、
译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。
3. 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，构成扩展电路。
参考文献
《电子线路设计·实验·测试》第三版，谢自美 主编，华中科技大学出版社。
《新型集成电路的应用――电子技术基础课程设计》，梁宗善主编，华中科技大学出版社。
《电子技术基础课程设计》，孙梅生等编著，高等教育出版社。 《数字电子技术基础》，伍时和等编著，清华大学出版社。
附录
图11 实验总电路图
21
本科生课程设计成绩评定表
指导老师签字： 年 月 日
22
23