华北科技学院课程设计八路竞赛抢答器设计报告目录一、设计任务和要求.2二、设计的方案的选择与论证.32.1系统设计思路.32.2系统设计的原理框图.32.3设计方案的可行性论证.4三、主要器件介绍.53.1 555定时器.53.2 主要芯片介绍.6四、单元电路设计、分析与仿真.84.1抢答判别和显示电路.84.2 定时抢答与六路彩灯循环电路.104.3报警电路.114.4 加减计分电路.124.5时序控制电路.13五、设计心得.15六、附录.16元器件明细表.16七、参考文献.17一、设计任务和要求1.1 设计目的（1）掌握抢答器电路的原理。（2）了解数字集成电路的使用方法。（3）进行电路设计，并学会运用Protel等电路设计及仿真软件。（4）熟悉Multisim的基本使用方法，并运用其进行电路的仿真。1.2 设计任务设计一个智力竞赛抢答器，可同时共8 名选手参加比赛，并具有定时抢答功能。1.3 设计要求1.3.1抢答器的基本功能（1）设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8 名选手或8个代表队参加比赛，他们的选号分别是1、2、3、4、5、6、7、8，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。（2）给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答器的开始。（3）抢答器具有数据锁存和显示的功能。1.3.2抢答器的扩展功能（1）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如30 秒）。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用数码显示器及对应选手指示灯显示，同时扬声器发出短暂的声响。（2）参加选手在设定的时间内抢答，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。（3）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，系统发出持续报警声，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。（4）设计计分电路。每组在开始时预置成60分，抢答后主持人计分，答对一次加10分，答错一次减十分。（5）六路彩灯循环电路。主持人宣布抢答开始按下抢答开关后，六路循环彩灯依次闪亮，直到选手抢答成功或者抢答时间到为止。二、设计的方案的选择与论证2.1系统设计思路（1）本题的根本任务是准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可选择使用触发器或锁存器等。在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信号无效。同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。（2）当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，也可以用发光二极管直接指示出组别。（3）主持人宣布开始时，循环彩灯闪亮，当选手抢答成功后循环彩灯停止闪亮，选手开始回答问题，由主持人判断正误，正确加十分，错误减十分。（4）在主持人没有按下开始抢答按钮前，参赛者的抢答开关无效；当主持人按下开始抢答按钮后，开始进行30秒倒计时，此时，若有组别抢答，显示该组别并使抢答指示灯亮表示“已有人抢答”；当计时时间到，仍无组别抢答，则系统发出报警声表示“时间已到”，主持人清零后开始新一轮抢答。综上，该八路抢答器应包括以下几个部分：抢答判别和显示部分、定时部分、彩灯循环闪亮部分，加减计分部分，时序控制部分、报警部分。2.2系统设计的原理框图图2.1 设计原理框图2.3设计方案的可行性论证抢答器的工作过程是：接通电源后，节目主持人置于“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节目后，发出“抢答开始”指令，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，定时器计时，彩灯循环电路开始工作。当计时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并锁存输入电路，禁止选手超时后抢答，同时彩灯循环电路停止工作。但选手在定时时间内按动抢答器时，抢答器要完成以下六项工作。（1) 首先把选手的编号锁存，然后优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，然后由译码显示电路显示编号。同时74LS373芯片将选手编号锁存，然后通过选手对应指示灯亮提示成功抢答的抢答者。（2）彩灯循环电路停止工作。（3) 扬声器发出短暂声响，提醒主持人注意。（4) 控制电路要对输入电路进行封锁，避免其他选手进行抢答。（5) 控制电路要使定时器停止个工作，时间显示器显示剩余的抢答时间，并保持到主持人系统清零为止。（6）当选手将问题回答完毕，主持人判断正误，正确给对应选手加十分，错误减十分。主持人操作控制开关，使系统恢复到禁止工作状态，以便进行下一轮的抢答。综上所述，此方案可实现设计任务的基本功能以及扩展功能，因此，此方案可行。三、主要器件介绍3.1 555定时器（1）电路组成及其引脚图3.1 555内部电路及其引脚图（2）555电路构成多谐振荡器图3.2 555构成多谐振荡器及其波形图振荡周期为 （3）555电路构成单稳态触发器 图3.3 555构成单稳态触发器及其波形图输出脉冲宽度 3.2 主要芯片介绍（1）74LS373图3.4 74LS373引脚图及其功能表（2）74LS279图3.5 74LS279引脚图及其功能表（3）74LS148图3.6 74LS148引脚图及其功能表（4）74LS192图3.7 74LS192引脚图及其功能表（5）74LS121 图3.8 74LS121引脚图及其功能表四、单元电路设计与仿真分析八路竞赛抢答器由抢答判别和显示电路、六路彩灯循环电路、定时抢答电路、加减计分电路、报警电路、时序控制电路组成，从而实现各个要求功能。具体设计如下： 4.1抢答判别和显示电路此部分电路主要完成的功能是实现8路选手抢答并进行锁存，同时有相应发光二极管点亮和数码显示。使用优先编码器 74LS148，锁存器 74LS279和74LS373来完成。该电路主要完成两个功能：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（显示电路采用七段数字数码显示管），对应选手的指示灯亮；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效，所组成的电路图如下所示：图4.1抢答判别和显示电路这个电路的工作原理过程：当主持人控制开关S置于清零端时，RS触发器的R非端均为0，4个触发器输出（Q4Q1）全部置0，使74LS48的BI的非0，显示器灯灭；74LS148的选通输入端EI 的非=0，使之处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人把开关S置于开始时，优先编码器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，等待输入端的信号输入，当有选手将键按下时（如按下S5），四个RS触发器起到保持信号的作用，输入的信号进入74LS148，使74LS148的输出A2A1A0的非=010，GS的非=0，经RS 锁存后，CTR=1，BI 的非=1，74LS279 处于工作状态，Q4Q3Q2=101,74LS48 处于工作状态，经74LS148 译码后，显示器显示为5。此外，CTR=1，使74LS