四人智力竞赛抢答器课程设计报告.docx
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四人智力竞赛抢答器课程设计报告
设计题目
四人电子抢答器
二、设计功能
1.基本功能
（1）抢答器同时供4名选手比赛，分别用4个按钮key5〜key8表示。
（2）设置一个系统重置和抢答控制开关start（keyl），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，
扬声器发出声响提示，并在数码管上显示选手号码。
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。
2.扩展功能
（1）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（30秒）。
当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时。
（2）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。
（3）在设定的抢答时间内如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，
3.自主功能
（1）抢答器具有自动计时功能，当有选手抢答答题时间（10秒）自动开始。
（2）报警电路设计：
当答题时间和抢答时间将到或结束（还剩3秒时）发出蜂鸣声结束答题。
（3）每个选手有一个记分板，答对题目可以由主持人控制start键给予加分。
每加一分响一次。
（4）长按start可以自动准备计时和系统清零，短按开始计时和暂停。
三、原理电路设计:
1、万案
抢答电路：
使用74175作为锁存电路，当有人抢答时，利用锁存器的输出信号号将时钟脉冲置零，74175立即被锁存，同时蜂鸣器鸣叫1s，这时抢答无效，使用74148作为编码器，对输入的型号进行编码。
输出在共阳数码管显示
主持人电路：
（1）利用2个74168计数器作为倒计时的芯片，当主持人按下抢答按钮时，2个74168被置29，同时将开始倒计时。
假如在30秒内有人抢答，则计数器停止倒计时，将锁存器锁存，禁止选手抢答，蜂鸣器鸣叫一秒，停止倒计时。
（2）利用4个74160分别控制4位选手的得分，分别显示在4个共阳数码管。
每得1分响一下
（3）start键输出后分为两路，一路是进入key模块，一路控制30秒倒计时。
其中为了区分重置计时电路和暂停计时电路。
根据线路的特点，一个接到T触发器进行短按控制，一个只接到除颤电路通过100hz的控制进行长按控制。
显示电路和分频电路上课老师讲的很具体明了就不一一详叙。
2、单元电路设计
（1）、锁存器电路的设计
锁存器电路采用以74175为中心的锁存器系统，当4个抢答输入端中出现低电平输入时信号时，锁存器立即锁存，禁止抢答，其原本为4个高电平的输出端也变成3高一低，可以利用一个4输入与非门将其与非，再接一个非门后，可以与74175的时钟信号相与非，使得CLK端的输入信号为底电平，从而阻止其余选手的抢答，从而达到锁存的目的74175的真值表如下：
Inputs
Outputs
Clear
Clock
D
Q
Qf
L
X
X
L
H
H
T
H
H
L
H
T
L
L
H
H
L
X
q
爲
锁存器的单元电路设计如下:
（2）、编码器电路的设计
编码器采样74148作为编码芯片，将输入的信号进行编码，然后输出2二进
制码，由于74175为优先编码其，故需要将其未用到的高优先级的端和74175
的输出的4与非端进行连接，避免在无人抢答时输出型号。
74IS148的真值表如右图:
编码器电路如下:
（4）、倒计时电路的设计
1.30秒倒计时
倒计时电路采用74168作为倒计时芯片，分别并将其输入端置2和9，clk
信号输入端采样1hz的信号输入。
同时可以使长按重置，短按暂停和开始。
主
要是通过key板块的T触发器完成的。
倒计时单元电路如下:
2.10秒倒计时
倒计时电路采用74168作为倒计时芯片，并将其输入端置9,elk信号输入端采样1hz的信号输入
然后在外部通过1、2、3、4的与门输入，key_done控制T触发器输出保
持脉冲再通过5、6、7号线的或门来控制一个开始的输入实现抢答后的自动开
始计时
（5）、蜂鸣器的设计
通过或非门、与门和或门的控制使得在倒计时器在倒数最后三秒时响。
到
时停止声响。
（6）、记分电路
通过4个74160的分别控制4个显示器。
输入端时key板块后面的输出
3、整体电路
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四、电路和程序调试过程与结果：
本电路在连接后，经测试，各部分的功能均能实现，显示正确。
五、总结
本电路使用了锁存器，编码器等构成，倒计时电路使用了74168等电路实现倒计时，并利用使能端及门电路，实现各项锁存，鸣叫，清零等功能，总结如下：
优点：
电路功能原理清晰，各项功能均达到了要求，显示准确，反应灵敏，
无竞争冒险现象，基本满足了普通竞赛的抢答要求。
缺点：
必须长按选手键才能加分。
心得体会：
1.开始根据书上的提示想实现电子抢答器的基本功能，结果一个都不能实现。
然后利用仿真才知道书上的key板块电路的与非门和或门的使用是错的。
改正之后才能实现电子抢答器的基本功能。
2.在设计倒计时电路时，开始现在网上找到了一些资料。
当时书上推荐的是74190.最后经过试验，我感觉74168更能满足我的需要。
在完成30秒倒数的时候.我觉得不如在答题期间也加上一个10秒的倒数。
对此，我开始也想大改一下电路。
后面一想也不用，就把原来的电路不显示就可以了。
3.在设计完倒计时电路之后，我参考了设计数字钟的报时功能，加以改进让
我的倒计时在倒数3秒的时候能倒计时。
但是出现一个问题就是0秒的时候会
一直响，这样开始还没计数的时候会很麻烦。
这个时候我加以取巧，使得在1
秒的时候才响。
这样才算解决了这个问题。
4.设计加分器的时候，我开始设计的是每次加分是每个都加分，后面实在想不出来，就用1、2、3、4号线分别控制一个74160.但是这样的话每次加分有一套很复杂的按键顺序。
后面删减了一些，变成长按选手键才能加分的结果
5.设计完30秒倒计时的时候，要一个单独的按键才能置位，但是暂停还是利用start键，然后我分析了一下，把reset键直接和start键用一条线。
这样，利用T触发器实现了长按start键重置时间，短按可以暂停和开始。
这个有点类似ios系统的清理后台软件。
6.最后我的一项设计就是完善倒计时电路，我想让每个倒计时都能自动开始。
之前的30秒抢答器已经完成，就剩下10秒的抢答器。
这次我用的是实验的方法把我认为的可以完成这项自动开始的设计都试了一下。
最后利用一个置位，两
个开始才能完成这个自动。
在这一块的原理分析，我做的不是很好，主要是实验，因为有些地方感觉和我原来在书里学的不太一样。
通过这次课程设计，我很感谢老师在课程开始的时候对我们的基础指导，每堂课都随堂解答同学们的疑问，。
同时对于数字电路知识有了更深的了解，尤其是对数字逻辑芯片的性能和使用方面的知识有了进一步的研究。
感觉原来学的理
论知识结合了实践才是真正的学会了。
而且，做完之后，看到自己的成果那么丰富，我觉得那种收获的快乐很好，使得我对今后的学习更加充满兴趣。
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