智力竞赛抢答器备课笔记.docx
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智力竞赛抢答器备课笔记
智力竞赛抢答器
一、设计目的
1.掌握智力竞赛抢答器电路的设计、组装和调试方法；
2.进一步熟悉中小规模集成电路的综合应用；
3.通过对抢答器电路调试，完善设计，提高学生的动手能力和综合应用能力。
二、设计任务与要求
1.设计一个智力竞赛抢答器，可同时供4名选手或4个代表队参加比赛，他们的编号分别是1、2、3、4，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应。
2.给节目主持人设置一个控制开关，用来控制抢答的开始和系统的清零。
3.抢答器具有数据锁存和显示的功能。
抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，数码管上显示出选手的编号，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。
4.抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可由主持人设定（如30秒）。
当主持人启动“开始”键后，要求定时器立即进行减计时，并用显示器进行显示。
5.在主持人启动“开始”键前，选手提前抢答，抢答无效，系统报警提示。
6.参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时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。
7.如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统报警提示，封锁输入电路，禁止选手超时抢答，定时显示器上显示00。
8.选手抢答回答的问题后，主持人根据回答问题的正确与否，对其加分或减分，成绩评定结果用数码管显示。
三、设计原理
1.分析要求，画出原理框图
抢答器的工作过程：
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，编号显示器灯灭，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，抢答器处于工作状态，定时器进行倒计时。
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，定时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：
①根据回答问题的正确与否，对选手进行成绩评定；②使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。
定时抢答器的总体框图如下所示，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。
扩展电路完成定时抢答的功能。
图1智力抢答器总体框图
2.单元电路的设计
1）抢答电路：
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；二是要是使其他选手的按键无效。
选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图2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。
将74LS48的
＝0，显示器灯灭；同时74LS148的选通输入端
＝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，输入端（7－0）等待输入信号，当有选手按下时（如按下按钮3），74LS148的输出2·1·0＝100，
=0,经RS锁存器后，1Q＝1，
＝1，74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q＝011，经74LS48译码后，显示器显示出“3”。
此外，1Q＝1，使74LS148的
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
为高电平，但由于1Q的输出仍维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其他按键的输入信号不会被接收。
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2抢答电路
2）定时电路
节目主持人根据抢答题目的难易程度，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（图中初值为30s），计数器的时钟脉冲可由时基电路555定时器来产生。
555构成多谐振荡器，振荡频率f0=1.43/[（R1+2R2）·C1]，要产生一个秒脉冲，可选择电阻R1＝10K,R2＝68K,C1=10μF。
可预置时间电路选用十进制同步加、减计数器74LS192进行设计。
具体电路如图3所示
图3可预置时间的定时电路
3）报警电路
报警电路由时基电路555定时器来实现。
555
（1）构成单稳态电路，脉冲宽度
，555
（2）构成多谐振荡器，振荡频率f0=1.43/[（R1+2R2）·C1]，利用其输出信号推动扬声器发声，555定时器的管脚4为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。
扬声器发声的时间为
。
扬声器在以下几种情况下发声报警：
主持人的开关未拨到“开始”位置，选手提前抢答；抢答开始后，选手按动抢答键；设定的抢答时间到，却没有选手抢答。
具体电路如图4所示。
图4可设定时间的报警电路
4）记分电路
选手抢答回答的问题后，主持人根据回答问题的正确与否，对其加分或减分（图中设置选手初始分值为10分，每加减一次为1分），成绩评定结果用数码管显示。
具体电路如图5。
图5可预置分数的记分电路
注：
①图中74LS138输出连接的4个指示灯分别对应4位选手，当有选手抢答成功后对应的指示灯亮。
②只有在选手抢答成功后主持按下加减分按钮才能加减分成功。
5）时序控制电路
①主持人将开关拨到“开始”位置，抢答电路和定时电路进入正常工作状态；
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。
6）整机电路设计
经过以上各单元电路的设计，可以得到智力抢答器的整机电路，具体电路自行设计。
附录1：
主要器件（搭试用）
74LS148×1
74LS48×5
74LS279×1
74LS138×1
74LS192×4
NE555×3
74LS04×2
74LS00×4
74LS08×1
数码管（共阴）×5
发光二极管（红）×4
蜂鸣器×1
按钮×7
470K×1
10K×14
68K×1
5.1K×1
4.7K×1
560Ω×1
10μF×3
1μF×1
0.1μF×1
0.01μF×3
附录2：
芯片介绍
1．8线-3线优先编码器：
74LS148
1）引脚图：
2）功能表：
输入
输出
EI
0
1
2
3
4
5
6
7
A2
A1
A0
GS
EO
H
X
X
X
X
X
X
X
X
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
L
L
X
X
X
X
X
X
X
L
L
L
L
L
H
L
X
X
X
X
X
X
L
H
L
L
H
L
H
L
X
X
X
X
X
L
H
H
L
H
L
L
H
L
X
X
X
X
L
H
H
H
L
H
H
L
H
L
X
X
X
L
H
H
H
H
H
L
L
L
H
L
X
X
L
H
H
H
H
H
H
L
H
L
H
L
X
L
H
H
H
H
H
H
H
H
L
L
H
L
L
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
L
H
H—高电平L—低电平X—任意电平
3）说明：
①该编码有8个信号输入端，3个二进制码输出端。
此外，电路还设置了输入使能端EI，输出使能端EO和优先编码工作状态标志GS。
2当EI=0时，编码器工作；而当EI=1时，则不论8个输入端为何种状态，3个输出端均为高电平，且优先标志端和输出使能端均为高电平，编码器处于非工作状态。
2．BCD—七段译码器/驱动器：
74LS48
1）引脚图：
2）功能表：
十进制
或功能
输入
BI/
RBO
输出
LT
RBI
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
0
H
H
L
L
L
L
H
H
H
H
H
H
H
L
1
H
X
L
L
L
H
H
L
H
H
L
L
L
L
2
H
X
L
L
H
L
H
H
H
L
H
H
L
H
3
H
X
L
L
H
H
H
H
H
H
H
L
L
H
4
H
X
L
H
L
L
H
L
H
H
L
L
H
H
5
H
X
L
H
L
H
H
H
L
H
H
L
H
H
6
H
X
L
H
H
L
H
L
L
H
H
H
H
H
7
H
X
L
H
H
H
H
H
H
H
L
L
L
L
8
H
X
H
L
L
L
H
H
H
H
H
H
H
H
9
H
X
H
L
L
H
H
H
H
H
H
L
H
H
10
H
X
H
L
H
L
H
L
L
L
H
H
L
H
11
H
X
H
L
H
H
H
L
L
H
H
L
L
H
12
H
X
H
H
L
L
H
L
H
L
L
L
H
H
13
H
X
H
H
L
H
H
H
L
L
H
L
H
H
14
H
X
H
H
H
L
H
L
L
L
H
H
H
H
15
H
X
H
H
H
H
H
L
L
L
L
L
L
L
消隐
X
X
X
X
X
X
L
L
L
L
L
L
L
L
脉冲消隐
H
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
灯测试
L
X
X
X
X
X
H
H
H
H
H
H
H
H
3）说明：
1要求输出0至15时，灭灯输入（BI）必须开路或保持高电平。
如果不要灭十进制零，则动态灭灯输入（RBI）必须开路或为高电平。
2将一低电平直接加于灭灯输入（BI）时，则不管其他输入为何电平，所有各段输出都为高电平。
3当动态灭灯输入（RBI）和A、B、C、D输入为低电平而试灯输入为高电平时，所有各段输出都为低电平，并且动态灭灯输入（RBO）处于低电平（响应条件）。
4当灭灯输入/动态灭灯输出（BI/RBO）开路或保持高电平而试灯输入为高电平时，所有各段输出均为高电平。
BI/RBO是线与逻辑，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
锁存器：
74LS279
1）引脚图：
2）功能表：
输入
输出
Q
H
H
Q0
L
H
H
H
L
L
L
L
H*
3）说明：
1Q0=Q在达到所示输入条件之前的电平。
2*此输出电平是假稳定，当
和
回到高电平时，不能继续保持。
3**对于有两个
输入的锁存器：
H=两个
输入为高；L=一个或两个
输入为低。
4．可预置BCD十进制同步可逆计数器（双时钟带清除）：
74LS192
1）引脚图：
2）功能表：
输入
输出
工作
CR
LD
CPu
CPd
QA
QB
QC
QD
CO
BO
L
H
H
加计数
L
H
H
减计数
L
L
X
X
A
B
C
D
数据置位
H
X
X
X
L
L
L
L
清除
X
X
L
X
H
L
L
H
L
H
X
X
X
L
L
L
L
L
H
L
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