四人智力竞赛抢答器
1、 设计目的
1.掌握四人智力竞赛抢答器电路的设计、组装与调试方法。 2.熟悉数字集成电路的设计和使用方法。 2、 设计任务与要求 1）设计任务
设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。 用数字显示抢答倒计时间，由“9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器连续响1秒。选手抢答时，数码显示选手组号，同时蜂鸣器响1秒，倒计时停止。 2）设计要求
(1)4名选手编号为：1，2，3，4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。
(2)给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和抢答的开始。
(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，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。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（9秒）抢答的功能。当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响，音响持续1秒。参赛选手在设定时间（9秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，音响持续1秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。
(5)如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器报警（音响持续1秒），并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。
课程设计进程安排 序号 1 2 3 4 5 6 7 设计各阶段内容 老师讲解相关知识，发放设计题目 查找相关资料，画电路草图 上机，用Multisim设计详细电路 购买元器件，排版焊接电路 修改完善电路， 现场答辩 完成课程设计实验报告 地点 理学馆报告厅 图书馆、宿舍等 宿舍 宿舍 宿舍 理学馆 宿舍及实验楼 起止日期 第六周 第七周 第八周 第九、十周 第十周 第十一周 第十二周
设计方案
一、四人智力竞赛抢答器电路原理及设计
电路主要由脉冲产生电路、锁存电路、编码及译码显示电路、倒计时电路和音响产生电路组成。当有选手抢答时，首先锁存，阻止其他选手抢答，然后编码，再经4线7段译码器将数字显示在显示器上同时产生音响。主持人宣布开始抢答时，倒计时电路启动由9计到0，如有选手抢答，倒计时停止，同时产生音响。
脉冲电路
倒计时器 译码器 数码显示 主持人
扬声器
译码器 选手 锁存器 编码转换电路 数码显示
扬声器 图13四人智能抢答器原理图
1、 以锁存器为中心的编码显示电路
抢答信号的判断和锁存采用触发器。以四D触发器74LS175为中心构成编码锁存系统，编码的作用是把锁存器的输出转化成8421BCD码，进而送给7段显示译码器。编码后的逻辑函数真值表和表达式，分别如下：
锁存器输出 真值表 编码器输出 Q4 0 0 0 1 Q3 0 0 1 0 Q2 0 1 0 0 Q1 1 0 0 0 D 0 0 0 0 C 0 0 0 1 B 0 1 1 0 A 1 0 1 0 表达式：A=Q1+Q3; B=Q2+Q3; C=Q4; D=0:
2、 1HZ信号的产生
由于设计中用到秒脉冲，所以我选择用555定时器来产生秒脉冲，为了减小误差，得到精确的秒脉冲，也为了用脉冲驱动74LS175来锁存选手抢答的信息，必须用较高频率的脉冲。先用555定时器产生100HZ信号，用来驱动74LS175。再经过两个74LS160分频之后就得到1HZ信号。设计电路如下；
3、倒计时显示电路
电路采用十进制同步减法计数器74LS190，再接74LS48驱动七段译码馆，74LS48与七段译码之间接200欧姆的电阻，起到限流作用。主持人宣布开始时，按下按钮，同时使计数器置数为“9”，并在脉冲作用下开始倒计时并在显示器上显示，到零时停止。
4、音响电路：
利用74LS121产生抢答脉冲输入由555组成的单稳态触发器，再接入蜂鸣器，根据脉冲宽度可计算得蜂鸣器鸣叫时间。再由主持人、选手、倒计时共同控制它的输入，使其在主持人开始、选手抢答、倒计时到零时都能鸣叫。 由于MNLTISIM软件中没有74LS121这个元件，我自己改编了一个，但仿真不了，这也成了我这次课程设计中唯一的瑕疵。
二、元件清单和工具
编号 型号 1 74LS175 2 74LS32 3 74LS48 4 74LS40 5 74LS04 6 74LS190 7 74LS160 8 74LS121 9 74LS00 10 555定时器 11 蜂鸣器 12 七段译码器 13 电容 14 电阻 15 电阻 16 触发开关 17 二元开关 使用工具：电烙铁。万用表、焊锡、电源等
元件清单 作用 锁存器 二输入或门 译码器驱动 四输入与非门 非门 倒数电路 分频电路 控制蜂鸣器 三输入非门 产生100HZ脉冲、单稳态触发器 报警系统 显示选手编码和剩余时间 10U.10N 200欧姆、限流作用 5.6K、3K、91K 选手输入信号 主持人控制源
个数 1 1 2 1 1 1 2 1 1 2 1 2 各2 14 各1 4 1
三、问题及解决方法
在设计电路仿真时，秒脉冲按照理论值应该是正确的，但仿真出来的结果确有很大的偏差。这使我很郁闷，难道设计出错？我再三检查，确认无错后，我照着设计图做出实物。检测秒脉冲和理论值一致。所以我得出结论是仿真软件有时也会出错。
还有在仿真中，显示数码管的数值未能按预置数值显示，经和同学的共同分析，得出的结论是由于门电路使用过多导致信号传输产生时间延迟，从而令对应的预置数出现误差。对于该问题的解决应减少门电路的使用，同时尽量保持门电路的对称。
在焊接好实物之后，其他功能一切正常，唯独选手按键信息有时候锁存不了。经检查，是焊接时不注意导线的安排。致使导线头有时候会接触，所以会重新置数，锁存不了信息。
四、总结与体会
“书上得来终觉潜，觉知此事要躬行。”这是我这次课程设计的最大的收获。 这次电路图设计花了很少时间，而实物的排版、焊接却花了几乎所有时间。书上获得的理论知识觉得很简单，电路图一下就弄出来了，但实物操作，制作出一个实物确没那么简单。通过这次的课程设计，不仅加强了我们对理论知识的巩固，更重要的是锻炼加强了我们实践操作能力，这也是课程设计的主要目的。如：如何快速查找资料、对电子设计软件MNLTISIM的熟练操作、对元件的最优排版以减少导线的连接、对元器件焊接能力的提高等。
在设计的过程当中，我学会了分析各种时序逻辑电路的功能及设计中所用到的器件的使用的方法，这也就让我们把课堂上所学的知识，充分地运用到设计当中，进而使我们对课本上所学的知识有了更深入的理解和认识。
在设计过程中，我们的电路设计在逻辑上完全符合要求，但通过时却出现了偏差，这说明理论与实际存在着一定的差别。
通过这次课程设计，让我们认识到自己所学知识的局限性和基础性，这就激发我努力拓展自己的知识面。
看到自己设计的电路能够实现所要求的功能，心中充满成功感，同时也增加了自己对电子设计的兴趣和增强电子设计的信心。特别是实物做出来检测成功的那一刻，喜悦之情无以言表。
五、应收集的资料及主要参考文献
[1]现代电子技术实践课程指导，谢云 等 主编，机械工业出版社
[2]数字电路逻辑与设计，许莉娅，北京理工大学出版社，2006年10月 [3]数字电子技术基础，阎石，高等教育出版社，2007年1月
