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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。

第1章设计任务与要求

1.1基本功能

1．可同时15名选手参加比赛，他们的编号分别是1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8，S9，S10，S11，S12，S13，S14，S15。

2．节目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．数字抢答器应具有数码锁存、显示功能。

抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示选手的编号，同时扬声器给出音响提示。

此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。

优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

1.2扩展功能

1．定时抢答功能。

抢答器定时为30s，启动起始键后，定时器开始工作，立即减计，并在显示器上显示出来，同时扬声器要短暂报警。

2．参赛选手在设定的时间内抢答（30s），抢答用效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢倕时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。

3．当定时抢答的时间已到，还没有选手抢答进，本次抢答无效，系统短暂报警,并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。

第2章抢答器组成框图

2.1抢答器组成总框图

图2.1.1抢答器组成框图

2.2各个电路的组成

1.照框图，根据功能指标的要求，可以确定各个电路的组成。

1）抢答电路由优先编码电路74LS148，锁存器74LS279组成。

2）定时电路由秒脉冲产生电路NE555，同步计数器74LS192组成。

3）报警电路由脉冲产生电路NE555，扬声器组成。

4）控制电路用

单稳态触发器74LS121和一些门电路实现。

2.图示的定时抢答器的工作过程是：

接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间，当节目主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，扬声器给出声响提示，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，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。

当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：

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，然后由译码显示电路显示编号；

2）扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；

3）控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；

4）控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。

当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。

2.3抢答器组成具体框图

显示电路（七段显示器）

第3章单元电路

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

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，机密第9页2012-3-674LS148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。

3.2.2电路原理图

图3.1.2.1抢答电路原理图

3.1.3子电路

1）优先编码电路

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，Y2,Y1,Y0,YEX都是1，YS为0，低位片也处于工作状态。

当高位片有输入时，YS=1=ST，所以低位片处于封锁状态，同时两片的输出YS=1，高位片YEX为0，低位片的YEX为1。

当低位片用输入时，高位片的YS=0，低位片的YS=1，高位片YEX为1，低位片的YEX为0。

由ZYEX=YEX1·

YEX2

Z0=Y01·

Y02

Z1=Y11·

Y12

Z2=Y21·

Y22

Z3=

可以得到当ST=0时，即74LS148处于工作状态时，不论是低位片还用高位片有输入时，

图3.1.3.1优先编码电路

ZYEX都为0，当没有输入时，ZYEX为1。

当高位片有输入时，Z3为0，当低位片有输入时，Z3为1，当ST为1时，74LS148处于禁止工作状态，Z3为1。

表3.1.3.174LS148功能表

输入

输出

ST

S0

S1

S2

S3

S4

S5

S6

S7

Y2

Y1

Y0

YEX

YS

1

×

2）锁存器74LS279

由基本R-S的状态方程和时序图可看出，

表3.1.3.2锁存器74LS279真值表

Q

Q0

1

图3.1.3.2基本R-S触发器逻辑等号与波形图

RS触发器的

端为低电平，由于74LS148没有输入，

都为1，所以输出端（4Q~1Q）全部为0当74LS148有输入，相应的

为0，所对应的输出端变为1，当输入退出时，

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ZYEX为0时，Q的输出为1，Q=ST=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

=0），以便进行下一轮抢答。

3）4位二进制/BCD码变换电路

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

表3.1.3.34位二进制/BCD码变换电路真值表

二进制数

BCD码

Z3

Z2

Z1

Z0

D10

D03

D02

D01

D00

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

以上的真值表可以写出BCD码与二进制之

间的表达式：

Z0=D00

D10D03D02D01=Z3Z2Z1+0000

当Z3（Z2+Z1）=0

D10D03D02D01=Z3Z2Z1+0011当

Z3（Z2+Z1）=1图

3.1.3.34位二进制/BCD码变换电路

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3.2.2定时电路原理图

3.2.3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

到

之间变化。

电路的工作波形如下图所示

图3.2.3.1.1电容和输出电压的波形图图3.2.3.1.2555构成的多谐振荡图

从图中看出，输出电压Vo的低电平时间为电容上电压Vc从

减少

到所需要的时间，Vo的高电平时间Vc为电容上电压

从增大

到所需要的时间，电路的振荡周期和频率计算如下

（3.2.3.1.1）

（3.2.3.1.2）

（3.2.3.1.3）

（3.2.3.1.4）

取

=15KΩ,

=68KΩ,C=10uF,可得

振荡频率为

所以,T=1s

2）由Multisim仿真得到如下波形，符合秒脉冲的要求。

图3.1.3.2.1多谐振荡器频率仿真波形

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。

图3.2.3.2.174LS192构成的三十进制递减计数器

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=（00110000）8421BCD=（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3.2.3.2.174LS192构成的三十进制递减计数器时序图

3.3报警电路

由555组成多谐振荡器，产生约为1Khz的脉冲，来驱动扬声器发生声音。

（本设计方案用发光二极管代替扬声器）

3.3.1主要功能

当用信号来时，PR为高电平，振荡器工作。

平时保持低电平不变，从上面对555组成多谐振荡器的分析，当4脚为低电平时，振荡器停振。

（3.3.1.1）

T=

=1/0.01s（3.3.1.2）

3.3.2电路原理图

用Multisim仿真可得如下波形，可知电路的频率跟理论计算值相符

图3.3.2.2频图率仿真波形

3.4控制电路

3.4.1主要功能

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。

3.4.2子电路

1）时序控制电路

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，来自74LS192的BO2=0，ST=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00状态不变，从而实现功能（3）的要求。

图3.4.2.1时序控制电路

2）报警控制电路

由74LS121组成，根据上对报警的要求以及74LS121的功能表，可得到如下电路原理图。

其中当S=0时，由于BO2和ZYEX都为1，所以在S的正跳沿产生时，不会产生触发，所以使用了门电路与ZYEX配合，当电路开始置数为30时，令ZYEX′=O,就可以产生触发，从而实现上

述的功能。

表3.4.2.2集成单稳态触发器7421功能表

图3.4.2.2报警控制电路

致谢

本论文从选题到完成，每一步都是在老师的指导下完成的，倾注了老师的大量心血。

在此，谨向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！

在此表示深深的敬意与感谢。

并对多年来教导关心过我的老师表示深深的谢意和敬意！

这次设计,让我受益匪浅,我要感谢本班及寝室的亲爱的同学在设计期间给我的无私热心帮助。

参考文献

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高等教育出版社,2005

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[5]安玉景，李雪莹编.电子技术基础实验[M].人民邮电出版社,2002

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附录

智力竞赛抢答器总电路