八路智能竞赛抢答器设计课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 通信0706班指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: 八路智能竞赛抢答器设计初始条件：要求完成的主要任务: 1、抢答器电路组成及工作原理2、定时器电路组成及工作原理3、报警及时序控制电路组成及工作原理4、仿真结果分析时间安排：第20周，安排任务（鉴3-302，1.14星期一上午14节）第20-21周，绘图仿真设计（鉴主13楼计算机实验室1）第21周，完成（答辩，提交报告，演示） 指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日武汉理工大学数字电路多路智能竞赛抢答器课程设计说明书目录摘 要11. 抢答器的功能要求21.1基本功能21.2扩展功能22. 方案论证与比较22.1方案一：采用数字电路32.2方案二：采用单片机32.3方案三：采用PLC42.4方案比较43.总体设计原理与各部分单元电路的设计53.1数字抢答器总体具体方框图53.2各部分单元电路的设计63.3完整电路图设计94电路调试94.1抢答器电路94.3秒脉冲发生电路114.4时序控制电路124.4报警电路134.5整体电路调试145仿真结果分析155.1抢答电路仿真155.2定时电路仿真155.3总体电路仿真166心得与体会187参考资料198附录：电路中的元件介绍208.1 优先编码器74LS148208.2译码器74LS48218.3同步十进制可逆计数器74LS192238.4 555芯片25摘 要该抢答器主要是基于 7 4系列集成芯片组成电路各个部分，成本较低，且基本能够使用于学校的一些活动中。采用74LS148编码器和74LS279 RS锁存器组成抢答器的核心部分抢答电路。采用74LS192十进制加/减计数器设计抢答器的定时部分，计数器的时钟脉冲电路提供。采用555定时器和三极管构成报警电路，时序控制电路由74LS121产生。采用七段共阴极LED数码管显示抢答序号和定时时间，由74LS48数字显示译码管显示数码管。本文介绍了一种采用数字电路制作的多功能数显抢答器，它除了具有基本的抢答功能之外，还具有定时报警的功能，和数显的功能，当抢答开始后，系统会自动倒计时，并且时间是可以预设的，期间有人抢答的话系统会停止计时，如果期间没人抢答，系统会有短暂的报警，提示抢答结束。Abstract The device is based mainly on the Number 7 4 series of integrated circuitchips , which are in the lower cost, and be available to some of the school activities.The core of the Answer circuit is composed of 74LS148 and 74LS279 RS encoder latch. 74LS192 increase the use of metric / Answer by counter designs timing of the clock pulse counter circuit to provide. Using 555 timer and alarm circuit transistor constitute, timing control circuit is generated by the 74LS121. Seven-Segment LED cathode using a total of digital display and serial number Answer regular time, figures from the 74LS48 decoder digital tube display. In this paper, a digital circuit using a number of significant production Answer multi-functional device, which in addition to the Answer with the basic functions, but also has a regular alarm functions, and several significant features, when the start Answer, the system will automatically countdown, and can be pre-set time period if it was Answer system will stop the clock, if no one Answer period, the alarm system will be short-lived, suggesting that the end Answer.1. 抢答器的功能要求1.1基本功能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，他们的编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按号与选手的编号相对应，分别是So、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。 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)和抢答的开始。 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，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时蜂鸣器给出音响提示。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 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20s)。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时蜂鸣器发出声响。 参赛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。 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。2. 方案论证与比较制作抢答器可以用好多的方法，可以用单片机来完成，它的功能强大制作简单，并且外围的元件也很少；也可以用PLC来实现，他的制作也是比较简单；还可以用我们学过的EDA技术来制作；最后也可以用数字电路来实现，它的原理比较简单，集成块的价格也比较便宜且很容易购买，与我们学完的数字电路联系紧密，能将我们所学知识用于实际，对巩固所学知识有重要意义，用了一些成型电路，如NE555标准秒脉冲电路等，使总体方案易于实现。2.1方案一：采用数字电路时抢答器的总体框图如图2-1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。抢答按钮优先编码电路锁存器译码电路译码显示主持人控制开关秒脉冲产生电路控制电路报警电路定时电路译码电路显示电路主体电路扩展电路图2-1数字电路构成的抢答器原理方框图图2-1所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：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；扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；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；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。2.2方案二：采用单片机此电路完成的功能如图2-2所示，当主持人宣布抢答开始的时候，按下开始按钮，此时电路进入抢答状态，选手的输入采用了扫描式的输入，之后把相应的信息送往单片机，再由单片机输出到显示输出电路中。此时有人第一按下相应的抢答按钮，经过单片机的控制选择，在八段显示器上显示相应的号码，并锁存，同时禁止其他按钮的输入。显示输出抢答输入输出所存单片机控制控制输入图2-2单片机电路构成的抢答器原理方框图2.3方案三：采用PLC此电路的功能如图2-3示，当主持人打开启动开关后，在设定时间TO 内，如果某组抢先按下抢答按钮，则驱动音效电路发出声响，指示灯LI亮，并且在8段数码管显示器上显示出抢答成功的组号，此时电路实现互锁，其他组再按下抢答按钮为无效;如果在时间T0，无人应答，则驱动音效电路发出声响，指示灯L2亮，表示抢答者均放弃该题;在抢答成功后，主持人打开限时开关SW2，启动计时器，在设定的时间TI 内回答有效，当到达设定时间TI时，驱动音效电路，指示灯L3亮，表示答题时间到。显示输出抢答输入PLC控制控制输出控制输入图2-3PLC构成的抢答器原理方框图2.4方案比较表2-4方案对比方案比较数字电路单片机PLC制作难度低一般一般实现难度一般低低价格低一般高电路原理简单一般一般设计难度简单高一般通过上面的方案比较，数字电路的制作方案比较容易实现，并且在原理方面也是比较简单，所以我选择采用第一种方案来完成抢答器电路。3.总体设计原理与各部分单元电路的设计3.1数字抢答器总体具体方框图抢答按钮优先编码电路74LS148主持人控制开关时序控制电路报警电路NE555秒脉冲产生电路NE555同步计数器74LS192显示电路（七段显示器）译码电路74LS48单稳态触发器74LS121二进制/BCD编码转化电路锁存器74LS279译码电路74LS48显示电路（七段显示器）图3-1数字抢答器具体方框图3.2各部分单元电路的设计3.2.1抢答器电路设计该部分电路要完成两个功能：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；二是禁止其他选手按键，使其操作无效。选用优先编码器 74LS148 和 RS 锁存器 74LS279 可以完成上述功能，所组成的电路图如下所示。这个电路的工作原理