第一章引言
1．1设计任务与要求
（1）抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S 0 ~ S 7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L E D 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方案论证与比较
与普通抢答器相比，本作品有以下几方面优势：
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 用集成器件设计的抢答器，集成器件的外围电路简单，一定程度减少实际制作电路的故障。
1。3设计目的
抢答器电路设计方案很多，有用专用芯片设计的、有用复杂可编程逻辑电路设计的、有用单片机设计制作的、也有用可编程控制器完成的，但由于专用电路
芯片通常是厂家特殊设计开发的，一般不易买到或价格较高，用其它方式设计的需要设计者具有相应的理论知识，并要通过仿真器、应用软件、计算机等辅助设备才能验证完成，不利于设计者的设计和制作。
而有些实际竞赛的场合，只要满足显示抢答有效和有效组别即可，故我打算不用所给的参考电路，而用一片74LS297（8位的数据锁存器）来实现此简易抢答器的功能。这是一个显示方式简单、价格低廉、经济实用的抢答器。在要求不高的场合，能完全符合需要
第二章设计原理与参考电路
2．1数字抢答器总体方框图
如图2. 11数字抢答器框图
如图2. 11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“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。
2。2多功能硬件与软件设计及其理论分析与计算
2．21抢答器电路
参考电路如图2。21所示。该电路完成两个功能：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；二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程：开关S 置于" 清除" 端时，R S 触发器的 端均为０，４个触发器输出置０，使74L S 148的 ＝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，当有选手将键按下时（如按下S 5），74L S 148的输出 经R S 锁存后，1Q =1, =1, 74L S 48处于工作状态，４Q ３Q ２Q =101, 经译码显示为" ５" 。此外，1Ｑ＝１，使74L S 148 ＝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，74L S 148的 此时由于仍为１Ｑ＝１，使 ＝１，所以74L S 148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。74L S 148为８线－３线优先编码器，表2. 12 为其功能表。
如图2. 22 74L 148的功能真值表
如图2. 21数字抢答器电路
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，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74L S 192进行设计，具体电路如图2。23所示。表2。24为74L S 192的真值表。
如图2. 23可与知识间的定时电路
图2。24为74L S 192的真值表
2. 2. 2报警电路
图2。22报警电路
555定时器和三极管构成的报警电路如图2。21所示。其中555构成多谐荡器，振荡频率f o ＝1．43／［（R I ＋2R 2）C ］，其输出信号经三极管推动扬声器。P R 为控制信号，当P R 为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。
2. 23时序控制电路
如图2。23
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，扬声器发声，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，扬声器发声，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，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。
根据上面的功能要求以及图 2。11，设计的时序控制电路如图 2。41所示。图中，门G 1 的作用是控制时钟信号C P 的放行与禁止，门G 2的作用是控制74L S 148的输人使能端 。图11、4的工作原理是：主持人控制开关从" 清除" 位置拨到" 开始" 位置时，来自于图11、2中的74L S 279的输出 1Q =0，经G 3反相， A ＝1，则时钟信号C P 能够加到74L S 192的C P D 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，则" 定时到信号" 为 1，门G 2的输出 =0，使 74L S 148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 G 3反相， A ＝0，封锁 C P 信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G 2的输出 =1，74L S 148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， =1，74L S 148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时， 门G 1处于关门状态，封锁 C P 信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能③的要求。集成单稳触发器74L S 121用于控制报警电路及发声的时间。
2.2.4整机电路设计
经过以上各单元电路的设计，可以得到定时抢答器的整机电路，如图
2.24
如图2。24整机电路
第三章各芯片的功能
3．1 74LS148优先编码器
在优先编码器中，允许同时输入两个以上的编码信号。不过在设计优先编码器已经将所有的输入信号按 优先顺序排了队，当几个输入信号同时出现时，只对其中优先权最高的一个进行编码
图3-1-1给出了8线-3线优先编码器74LS148的逻辑图。如果不考虑由G1，G2和G3 构成的附加控制电路只有图中虚线框以内的这一部分。
从图3-1-1写出输出的逻辑式。即得到
3-1-1
为了扩展电路的功能和增加使用的灵活性，再74LS148的 逻辑电路中附加了由门G1，G2 和G3组成的控制电路，其中S 非为选通输入端。只有在S 非=0的条件下，编码器才能正常工作。而在S 非=1时，所有的输出端均被封锁在高电平。
选通输出Y S 非和扩展端Y EX 非用于扩展编码功能。由图2-2-1可知
3-1-2
图3-1-18线-3线优先编码器74LS148的逻辑图
从图3-1-1还可以写出
3-1-3
这说明只要任何一个编码输入端有低电平信号输入，且S=1，Y EX 非即为低电平。因此，说Y EX 非的低电平输出信号表示‘电路工作’而且有编码输入。
根据式（3-1-1）（3-1-2）和3-1-3，可以列出表2-1-4所示的74LS148的功能表，它的输入和输出均以低电平作为有效信号。
表3-1-474LS148的功能表
由表中不难看出，在S 非=0电路正常工作状态，允许I 0—I 7当中同时有几个输入端为低电平，即有编码输入信号，I 7非优先权最高。I 0非的优先权最低，当I 7非=0时。无论其余输入端有无输入信号（表中以X 表示），输出端只给出I 7非的编码，即Y 2非与Y 1非与Y 0非=000。当I 7非=1，I6非=0时，无论其余输入端有无输入信号，只对I6非编码，Y 2非与Y 1非与Y 0非=001。其余的输入状态不在这里说了啊。表中出先的3中情况可以用YS 非和的Y EX 非不同状加以区分。
74LS148管脚排列图
3．2 74LS297芯片工作原理
3.21 74LS297片具有锁存器的功能
其引脚图3-2-1如下图所示：74LS1485内部是4个基本RS 触发器组成的。当有一个人优先抢答后其它的就不能抢答了。其它的虽然有电平输入，但是输入的电平保持原态不变，74LS297的内部的4 个基本触发器的R 输入端为高电平有效。
图3-2-174LS279的引脚图A 和管脚图B
3.22 74LS279锁存电路器
锁存器电路可以用四R-S 锁存器74LS279组成，74LS279是由四个基本的R-S 触发器构成的锁存电路，S 非端为直接置“1”端，R 非端为直接置“0”端
通常情况下输入端为高电平，
触发器处于保持状态。
锁存器参考电路如图3-2-2所示。图中R 非端接主持人控制开关，抢答前控制开关使锁存器输出为0，S1非，S2非，S3非， S4非分别与编码器的输出端A1，A2，A3和工作状态标志GS 联接，当有抢答开关按下，编码器输出相应的二进制代码，经锁存器保持抢答信息，编码器工作状态标志GS 使锁存器输出Q 为“1”，Q 联接到编码器74LS148的输入使能端S 封锁其它路输入，同时接译码器电路74LS247的控制端BI 非√RBO ，当其为高电平时，译码器工作，当其为低电平时，字型全“灭”，Q1，Q2，Q3与译码显示电路的输入端相连，控制开关为支持人所设，S 打向RESET 端复位后才可以抢答。
如图3-2-274LS297锁存器参考
3．3译码器
3.31译码器的基本概述
译码：译码的逆过程，即将输入代码“翻译”成特定的输出信号
译码器：实现译码功能的数字电路
分类：变量译码器和显示译码器。
七段数字显示原理
按内部连接方式不同，七段数字显示器部分为其共阴极和供阳极两种。
图3-3-1半导体显示器
利用字段的 不同组合，可分别显示0-9十个数字，如图3-2-2所示
七段数字显示发光段组合图3-3-2
3-3-3显示译码器
74LS48
图3-3-374LS48的管脚排列图
图3-3-3为试灯输入：A0=0时，/LT=1时，若七段均完好，显示字形“8”。
该输入端常用于检查74LS48显示器的好坏；当A1=1时译码器方可进行译码显示，用来动态灭0。当A2=1时，且A3=0，输入A3A2A1A0=0000时，则/IBX=0使数字符的各段熄灭：/LT为灭灯输入/灭灯输出，当VCC=0时不管输入如何，数码管不显示数字；为控制低位灭0信号，当A3=1时，说明本位处于显示状态；若A3=0且低位为0，则低位0被熄灭。
表3-3-174LS48译码器的功能表
注：H=高电平L=低电平X=不定，
1要求0到15的 输出时，灭灯输入（BI) 必须为开路或保持高电逻辑平，若不灭掉十进制0则动态灭灯输入（RBI) 必须开路或处于高逻辑电平。
2当低逻辑电平直接加到灭灯输入（BT ）时，不管其它任何输入的电平如何。所有段的输出端都为低电平。
3当动态灭灯（RBI ）和输入端A 、B 、C 、D 都处于低电平及试输入为高电平时，所有段的输出都为低电平并且动态灭灯输出（RBO ）处于低电平（响应条件）
4当灭灯输入/动态灭灯输出（BI/RBO）开路或保持在电平，而试灯输入为低电平时，则所有各段的输出都为低电平。
注：BI/RBO是线与逻辑。用作灭灯输入（BI ）或动态灭灯输出（RBO ）之用，或兼作两者之用。
3．4芯片74LS192
74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器
CPU 为加计数器时钟输入端CPD 为减计数器时钟输入端
LD 为预置输入控制端，异步预置。
CR 为复位输入端，高电平有效，异步清除
CO 为进位输出：1001状态后负脉冲输出
BO 为借位输出：0000状态后负脉冲输出t
图3-4-174LS192引脚图
74LS192功能表
第四章组装调试与测试
4．0元器件安装
遵照从小到大，从里到外、先装发热慢的元件。后装发热快的元件。PCB 图见附录图一装配图见附录二。
4．1调试前的检测
电子安装完毕，通常不宜急于通电，先要认真检查一下，检查内容包括 （！）连线是否正确
A 检查的方法通常有两种方法
这种方法的特点是，根据电路图连线， 按一定顺序检查安装好的线路，由此可比较容易查出错线或少线，
，B 按照实际线路来对照原理图电路进行查线。
这是一种以元件为中心进行查线，把每个元件引脚的连线一次查请。检查每个去处在电路图上是否存在，这种方法不但可以查出错线和少线，还容易查出多线。
C 为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记，最好用指针式万用表“欧姆1”档，或用数字万用表的“二极管档”蜂鸣器来测量元器件引脚，这样可以同时发现接触不良的地方。
（2）元器件的安装情况
检查元器件引脚之间有无短路：连接处有无接触不良。二极管的极性和集成元件的引脚是否连接有误。
（3）电源供电，信号源连接是否正常。
（4）电源端对地是否有短路的现象。
4．2通电观察
把经过准确测量的电源接入电路，观察有无异常现象。包括有无冒烟，是否有异味，手摸器件是否发烫，电源是否有短路现象等，如出现异常，应立即断电，
待排除鼓掌后才能再通电，然后测量各路总电源电压和各器件的引脚的电源电压，以保证元器件正常工作。
4．3调试注意事项
调试结果是否正确，很大程度受测量正确与否和测量精度的饿影响，为了保证调试的效果，必须减小测量误差，提高测量精度，为此需要注意以下几点。
1正确使用测量仪器的接地端；凡是使用低端接机壳的电子仪器进行测量，仪器的接地端应和放入的接地端接在一起，否则仪器机壳引入干扰不仅会使放大器的工作状态发生变化，而且将使测量结果出现误差，根据这一原则调试发射偏置电路时，若需测量VCE ，不仅把仪器的两端直接接在集电极和发射极上，而应分别对地测出VC 、VE ，然后将二者相减的VCE ，若使用干电池供电的万用表进行测量，由于电表的两个输入端是浮动的。所以允许直接跨接到测量点之间。
测量电压所用仪器器的输入端阻抗必须大于被测处的等效阻抗，因为，若测量仪器输入阻抗小，则在测量时会引起分流。给测量结果带来很大的误差。
2正确选择测量点：用同一台测量仪进行测量时，测量点不同，仪器内阻引进的误差大小将不同。
3测量方法要方便可行 需要测量电路的电流时，一般尽可能测量电压而不测电流，因为测电压不必改动被测电路，测量方便。若需知道某一支路的电流值，可以通过测取该支路上电阻两端的电压，经过换算而得到。
第五章EWB 仿真
仿真图如下 通
过观察波型与灯的指示可以得出以下结论：
1仿真抢答过程，假设由任一组别先按下抢答键，其余几组分别在之后任一时刻按下。KEY_1在第一时刻输入高电平“1”表示1组先按下，其余各组分别在之后抢答。由仿真结果可以看出LED_1一直保持高电平“1”不变，表示1组别对应的LED 灯点亮，获得抢答权。由此可见，此电路实现了抢答的基本功能。
2此电路主要芯片为2片74LS192，是十进制同步加法/减法计数器，所以需要同步时序脉冲的控制，所以输入为1Hz 的秒脉冲，以及主持人控制开关FW 输入为高电平“1”，使定时电路计数有效，观察输出信号H 、L 信号（已经大包），分别为高位的4位输出、低位的4位输出，打包成16进制输出，我们可以从仿真电路图中直接看出结果：
30－29－28－27－26………………………………01、00
并且高位借位信号BO1从高电平“1” 低电平“0”，实现了30s 定时的功能，输出的借位脉冲可以给报警电路，使蜂鸣器报警。
3从仿真图中可以直观地看出当2号组别键按下时，对应的2号LED 发光，再当主持人按下复位键J1时，LED 灯熄灭，当复位键弹起时，即可以开始抢答。
第六章扩展功能
1、可以设计声控装置，在主持人说开始时，系统自动完成清零并开始计时的功能。
2、在主持人读题的过程中，禁止抢答，可以在主持人控制的开关上另接一个与图2。21一样的电路，即可实现“违规者可见”的功能，即在主持人读题时如果有人违反比赛规定抢先按动按钮，显示器可以显示是哪个参赛队抢先，便于作出相应的处理。
第8章 总结与致谢
8.1 总结
虽然在设计本系统之初，我已对一个完整课题的设计有一定的基础了解，但是在格式和综合运用各方面等方面还存在较大的问题。通过在指导老师等帮助下，我首先用了一段时间对模拟电路的知识进行了温习，然后再根据以前对Protel DXP 的实训操作进行反复练习，最后对各个需要用到的知识有了一定的掌握和分析能力。
在这之后的几个星期中，我计划的安排了设计时间，即此课题的需求分析、
总体设计、详细设计、系统调试等步骤，分阶段地完成各设计任务。接着，根据设计任务书以及需求分析的要求，对设计内容进行规范化和具体化，并以前台Word 作为界面的设计工具对本课题进行了详细的设计。
在完成本设计的过程中，我既感受到面对复杂问题时的懵懂，也体会到问题得以解决时的快乐。同时，也总结了以下一些经验：
（1）设计着手较早，但由于刚开始时间较松，进度较慢。到后来感觉设计时间的紧迫性才全身心投入到制作之中，以便按时完成了任务。
（2）学习设计一个系统课题，实践是最好的方法。我对电路和软件设计的学习实际上分为两个阶段。前一阶段因课时内容而学习，而在这一阶段中，我总有隔雾观花的感觉，一些知识不是很扎实。后一阶段通过实践学习，很多前一阶段不甚了解的问题都迎刃而解。
（3）要学会抓住课本和运用互联网工具。课本是完成设计的基础，而互联网是一个具有大量资源的信息宝库，我们必须综合运用。
总结这次设计的过程，取得了更多的收获，但也有些地方设计的不是很完美。还有一些需要提高和改进的地方。
（1）是系统的功能实现并不完全，实际工作中在分析时没有考虑进去，也没能实现。
（2）是设计过程中时间分配不合理，后期较为紧张的时间给我的工作带来很大的被动。
（3）是知识积累的不够完整，有很多知识都是临到用了才去重点补习，这样学到的知识毕竟不牢，而且用起来也不灵活。
总之，经过这次毕业设计，我感觉自己从理论到实际操作都有很大的提高，也深刻认识到要完成一项任务，首先必须要有一个详细周密的计划，系统的思维方式与方法。对待一个新的问题要有耐心，要善于运用已有的资源来解决，其次要勇于实践，在实践中发现和解决问题，要相信自己有解决问题的信心和能力。
8.2 致谢
在设计和论文写作的整个过程中，指导教师赵老师在各个方面都给予了全面的指导和帮助。老师精深渊博的知识，求实创新、勤奋严谨的治学风范，忘我的工作作风时刻熏陶着我。老师的因材施教、诲人不倦的授业精神给我留下了深刻的印象，这将使我受益终身。
感谢四川航天职业技术学院电子工程系老师多年来在学习、工作上给予我的
四川航天职业技术学院2006届毕业论文
热情关怀、指导与帮助。
另外，也感谢一些同学在我完成设计时提出了很多宝贵的意见和无私的帮助。
最后，特别感谢父母多年来在学习上、生活上的理解与大力支持，让我圆满的完成了学业。
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