四路竞赛抢答器设计与仿真.docx
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四路竞赛抢答器设计与仿真。
前言
关于这次设计的用于多人竞赛抢答的器件，在现实生活中很常见，尤其是在随着各种智益电视节目的不断发展，越来越多的竞赛抢答器被用在了其中，这种抢答器的好处是不仅能够锻炼参赛选手的反应能力，而且能增加节目现场的紧张、活跃气氛，让观众看得更有情趣。
可见抢答器在现实生活中确实很实用，运用前景非常广泛
a）设计要求
设计并仿真能容纳四组参赛队参赛的声光显示抢答器，要求：
1）主持人按下复位后，允许开始抢答；
2）有人抢答成功，即发出光、声报警信号，并封锁其他参赛队抢答信号的输入；
3）实现四组抢答，一组抢答后其余三组抢答无效；
主要器件：
1）74LS175、74LS04；
2）发光二极管、蜂鸣器、三极管等。
b）题目分析
本次设计我主要分为六个部分，即四组选手抢答部分，集成四4D触发器74LS175部分，主持人开关控制部分，灯光显示部分，CP停止产生脉冲部分，蜂鸣器报警部分。
电路设计思路：
主持人开关控制开关控制主电路，抢答开始时，首先主持人按下清零按钮，即双刀双掷开关，接地，使其整个电路清零；然后四组选手开始抢答，我集成4D触发器74LS175，起到优先抢答的作用。
四组选手抢答器同样是双刀双掷开关，一端接地，一端接高电平，因为我设计的是高电平有效，所以我分别在四组后开关连接了门，当四组选手抢答之前，开关接高电平，当一组选手抢答成功，即开关连接到低电平，通过非门成为高电平连接到4D触发器然后把高电平传输到灯光显示部分，使灯亮出光，并伴随着蜂鸣器报警，由于只能有一组选手抢答成功，所以其他组的信号就要屏蔽，用CP产生脉冲器不产生脉冲，4D触发器就不工作从而信号屏蔽，举一个例子来说，若一组得到抢答权，则由于接上电压该组输出高电压，又由于锁存器的锁存原因，其它二组，三组，四组输出的为低电平，与一组相连的发光二极管会发光，同时通过或非门与报警电路相连，使之发出连续响声，而抢答那组输出高电平时，公共组别显示器上便显示出为该组，说明该组拥有回答问题的权利。
当主持人的控制开关接高电平时，各组的抢答者就开始抢答，当主持人的控制开关闭和时，开始下一轮抢答。
以上就是本人设计思路。
c）总体方案
本次设计总体方案可分为两大部分。
抢答及灯光显示电路部分和报警电路。
第一部分：
抢答及灯光显示电路。
包含：
（1）四组参赛者用的抢答按钮
（四组参赛者的抢答按钮用双刀双掷开关一端接地，一端接五伏高电平，因为我用
的是高电平有效，所以比赛开始之前，开关接入高电平。
）
（2）产生时钟脉冲的电路
（时钟脉冲电路是用过CP脉冲器不产生脉冲信号而使4D触发器不能工作而进行屏蔽功能的。
）
（3）显示不同灯光的电路
（分别有青黄绿红，四种不同颜色的光，采用发出不同颜色光的LED显示器。
）
（4）主持人使用的清零开关电路。
（清零按钮也是用双刀双掷开关。
清零时，开关接地。
）
第二部分：
蜂鸣器报警电路。
说明：
我们设计的四路竞赛抢答器主要有两部分组成，一部分是抢答电路，二部分是报警电路，第一部分可以实现参赛者的抢答和对其他参赛者信号的封锁作用，还有主持人的清零作用。
d）具体实现
总体方框图
CP停止产生脉冲
灯光显示
主持人控制开关
四组选手抢答
蜂鸣器报警
集成4D触发器74LS175
图1
1．电路设计指标
I．本抢答器最多可提供4组参赛选手使用，编号为1~4号，各队分别用一个按钮（S1~S4）控制，并设置一个系统清零和抢答控制开关S5，该开关由主持人控制。
II．抢答器具有数据锁存功能，并将锁存数据用发光二极管指示灯显示出来，四个指示灯都设置为红光，同时风鸣器发出间歇式声响，主持人清零后，声音提示停止。
III.开关S5作为清零及抢答控制开关（有主持人控制），当开关S5被按下时，抢答电路清零，松开后则允许抢答，输入抢答信号由抢答按钮的S1~S4实现。
IV.有抢答信号输入时，相应组号的发光二极管发出红光，并且蜂鸣器发出声音，此时再按其他任何一个抢答开关均无效，指示灯依旧保持第一个开关按下时所对应的状态不变。
VI.第一轮结束时，主持人清零复位，准备下一轮抢答。
。
。
。
。
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原理图
图2
e）各部分计算说明
抢答电路（电路如图3所示）
包含
（1）四组参赛者用的抢答按钮电路
（2）产生时钟脉冲的电路
（3）显示不同灯光的电路
（4）主持人使用的清零开关电路。
所以该电路有4个功能：
一是分辨出选手按键的先后，同时译码显示电路使其对应的LED发亮。
二是要使其他选手随后的按键操作无效。
三是主持人可以对电路清零。
四是由一个CP脉冲产生脉冲电路。
工作原理为：
当主持人控制开关处于“清除”时，D触发器的清零端为低电平，使D触发器被强制清零，输入的抢答信号无效。
当主持人将开关拨到“开始”时，D触发器Q非端前一状态为高电平，四个Q非端与在一起为高电平，再和抢答按键信号和借位信号与在一起给D触发器的脉冲端，当没人抢答时，抢答信号为低电平，与门1输出端为低电平给D触发器脉冲端，当一有人抢答时，抢答信号为高电平，并和U2的输出信号和借位信号与在一起，使得U1输出端为高电平给D触发器，于是D触发器就有一个上升沿，使得抢答信号经D触发器触发锁存再经过译码器74LS175译码，把相应的信号显示在LED上。
另外，当选手按键后，抢答器的锁紧回路发挥作用使CP脉冲停止产生脉冲，从而使得其他选手按键的输入信号不会被接收。
这就保证了抢答者的优先性及抢答电路的准确性。
当选手回答完毕，主持人控制开关S是抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。
定量计算：
经过对设计要求的分析以及多次的定量计算最后得出选用下列原件能满足设计要求。
（1）非门电路选用74LS04d集成芯片。
（2）4D触发器选用74LS175D集成4D触发器。
（3）阻值为50欧的电阻。
（4）+5V电压源
（5）5V/1KZH的CP时钟脉冲。
2报警电路
由非门电路、三极管、电阻和蜂鸣器构成的报警电路，当主持人宣布抢答后当有选手抢答后蜂鸣器发出声响，起报警作用。
图4报警电路
工作原理:
当有抢答者抢答后集成4D触发器发出信号由非门产生一个高频信号1，经过三极管放大该信号使蜂鸣器收到信号，蜂鸣器收到高频信号，并发出一声蜂鸣声，说明有选手按了抢答按钮。
直到下次抢答开始蜂鸣器才能发出蜂鸣声。
定量计算：
经过对设计要求的分析以及多次的定量计算最后得出选用下列原件能满足设计要求。
（1）4.7千欧电阻
（2）NPN三极管
（3）蜂鸣器的频率为200HZ
①秒脉冲发生器由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器。
F=1Hz
定时器电路见图—A
f）实验仿真
采用虚拟电子实验室10.0].NI.Multisim.V10.0.1.软件
g）原件清单
名称
数量
管脚图
说明
74LS175N
1
集成4D触发器
74LS04
1
集成的非门电路。
实现非逻辑关系，具备条件时不发生，而条件不具备时发生。
发光二极管
4
红黄绿蓝4种颜色LED作为灯光显示。
NPN三极管
1
在电路中起放大器作用，放大高频信号，使蜂鸣器发出声音。
蜂鸣器
1
当有参赛者按抢答按钮，蜂鸣器会发出声响，作为报警器
电阻器
5
有四个阻值为50欧和一个阻值为4.7千欧的电阻器。
电源
4
提供5V的直流电源。
与门
1
实现与逻辑关系，当输入信号满足某种条件时才有输出。
双掷开关
5
作为A、B、C、D四位参赛者抢答的按钮，主持人按钮
时钟脉冲
产生时钟脉冲使D触发器工作
h）设计心得体会
忙忙碌碌，跌跌撞撞，终于把课程设计做好了。
刚开始接触设计时，再加上大概一个星期的设计时间，在这样的紧张气氛中很不知道该从何下手但是后来，通过杨老师给我们的指导，以及大量的查阅资料，日夜不停奋战，我逐渐了解了设计的原理与思路，我一步一步地完成了四路智力竞赛抢答器的原理框图，逻辑图和接线图。
虽然我设计的题目很简单，但是每一步我都认认真真完成的。
从框图到接线不过正因为这样熟能生巧让
本次的设计让我热血沸腾，我逐渐有了信心，于是把心中的雏形画到了图纸上，最后经过几次思考后修改上交，杨老师是我们的指导教师，在她的手里我的原理图真是可圈可点了，就让我有了很大的提示，发现了自己的错误。
原来课本和真实接线真的很有距离啊！
因为我的盲目和知识的局限，让我在原理图上吃了许多的亏，心中不由的想到，幸好我是在实习中，不然到了工作，想这样的做法不仅成为大家的笑柄，还会给施工带来巨大的麻烦，给支出带来巨大的负担。
同时，这也给了我很大的启发，让我有了更多更好的新思路，在这之后能让我画出更好的图纸和更多的功能。
这样的启发能让我在将来的设计中，铺平道路，为我们以后的生活、工作打下坚实的基础
它不仅丰富了我的知识，更让我看到了实际上的应用。
在我的成长之路上留下了深深的脚印。
虽然时间紧张，工作量大，身心劳累，但学到的知识和设计的经验确实使自己提高了很多。
而这些经验都会伴随着我今后的学习，也为我们以后完成毕业设计打下基础。
本系统是一个可供4人抢答的抢答器,当主持人按下禁止抢答的开关时,抢答被禁止.如果在此期间选手将不能抢答;当控制开关断开时抢答允许,此时若有人抢答,数码显示器将显示抢答者的组数,提示主持人抢答已经完成.
本次设计是本人第一次运用数字电路模拟实际的东西。
因而在许多方面都还不熟练,不如说对一些元器件的功能还不完全了解，不能熟练运用，因而不能完全的一次性设计好该电路。
不过通过本次的课程设计我学到了学多的知识，学会了Multisim的一些基本使用方法，培养了我们独立思考问题解决问题的能力，加深了我们对数电、模电知识的理解，巩固了我们的学习知助于我们今后的学习。
总之，在这次的课程设计过程中，我收获了很多，即为我的以后学习设计有很大的帮助，也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。
i）参考文献
l参考文献
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²[4]付植桐.电子技术.北京.高等教育出版社.2004
²[5]戴士弘.模拟电子技术实验与实习.北京.电子公寓出版社.1998
²[6]侯大年.数字电子技术.北京.电子工业出版社.1999
²[7]施齐云.数字电路实验与课程设计.哈尔滨工程大学.2001
j）致谢
本人在此要感谢我的设计老师———杨老师，是她的教育让我有了新的认识，是她把我从课本中拉了出来，让我有了生活上的真实感觉，让我觉得什么叫学有所用。
感谢所有帮助我完成本次设计的同学与老师，是你们让我更加成功的完成这次课程设计
。
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