智力竞赛抢答器学年论文

电子与信息工程系学年论文（设计）成绩评定表

学生姓名 指导老师 题目： 指导教师评语： 建议成绩： 指导教师（签字）： 年 月 日 教研室意见： 教研室主任（签字）： 年 月 日 专业班级 职称 学号 工作单位

安康学院

学年论文﹙设计﹚

题 目 智力竞赛抢答器 学生姓名 曹珊珊 学号 2009222449

所在院(系) 电子与信息工程系

专业班级 09级电子信息工程2班

指导教师 朱 燕

二零一一年八月三十日

安康学院学年论文（设计）

智力竞赛抢答器

（作者：曹珊珊）

（安康学院电子与信息工程系电子信息工程专业09级，陕西 安康 725000）

指导教师：朱燕

【摘要】智力竞赛抢答器的设计主要由抢答电路、秒脉冲电路、计时电路、报警电路等模块组成。主持人用

开关控制系统的清零和抢答，当主持人启动抢答器后开始抢答，其具有30秒倒计时功能。若在规定的时间内有人抢答，则计时将自动停止；若在规定的时间内无人抢答，则系统中的报警器将发响，提示工作人员本轮抢答无效，实现报警功能。此次智力竞赛抢答器电路设计均在Multisim软件中进行，该软件实现了逻辑电路仿真且能直观显示电路仿真的结果。

【关键词】抢答器、计时、报警

Intellectual competition Responder

Author: Cao Shanshan

(Grade 09, Class 2, Department of Electronic and Information , Ankang University , Ankang 725000，

Shaanxi)

Directed by Zhu Yan

Abstract：Intellectual competition Responder design mainly by the Responder circuit, pulse circuit, a timing circuit,

alarm circuit module. Host switch control system reset and responder, when the host start begin responder responder after, it has a 30 second countdown function. If the stipulated time people answer, then the time will automatically stop; if nobody answer the question on time, the system of alarm will sound, the prompt staff round responder invalid, realize alarm function. The intellectual competition responder in Multisim software, the software realization of the logic circuit simulation and visual display circuit the simulation results.

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.Key words：Responder , timing , alarm

0引言

工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛, 随着社会的发展抢答器已成为必要设备。过去的那些像让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，将那种不公平性进行消除，本抢答器通过十分巧妙的设计仅用两块数字芯片便实现了数显抢答的功能，与其他抢答器电路相比较有分辨时间极短、结构清晰、制作方便等优点，并且还有防作弊功能。我们采用了数字显示器直接指示，自动锁存显示结果，并自动复位的设计思想，因而本抢答器具有显示直观，不需要人干预的特点。

1 智力竞赛抢答器原理

如图1.1所示为智力竞赛抢答器原理方框图。接通电源后，工作人员将开关拨到“清零”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；工作人员将开关置“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由工作人员再次操作“清除”和“开始”状态开关。

图 1.1智力竞赛抢答器原理方框图

2智力竞赛抢答器设计

Multisim 10.0软件是一款电路设计与仿真软件。该软件中的虚拟元器件可以将实际电路器件转换成仿真元件进行功能调试以达到仿真的目的。

2.1单元电路设计 2.1.1 抢答器电路

图2.1电路选用优先编码器74LS148和锁存器74LS297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

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七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效[1]。工作过程：开关S置于“清除”端时，RS触发器的 R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端为0，使之处于工作状态。当开关S置于“开始”，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO为1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR＝１，使74LS148 优先编码工作标志端为１，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为CTR＝１，使优先编码工作标志端为１，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。

图 2.1 数字抢答器电路

2.1.2定时电路

定时电路主要由555定时器、秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成[3]。具体电路如图2.2 所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上。74LS192的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度，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，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计

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时时间到时， 输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。

图 2.2 定时电路

2.1.3报警电路

由555定时器和三极管构成的报警电路如图2. 3所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率 ＝1.43／［（R1＋2R2）C］，其输出信号经三极管推动扬声器[4]。PR为时序控制电路输出的控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。

图 2.3 报警电路

2.1.4时序控制电路

时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：

① 主持人将控制开关拨到“开始”位置时，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作态。 ② 当参赛选手按动抢答按键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。

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③ 当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器自动报警，表示此次抢答无效。

图2.4 主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，来自图2.1中的74LS279的输出 1Q=0，经G3反相，A＝1，则时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，则“定时到信号”为 1，门G2的输出ST=0，使 74LS148处于正常工作状态，从而实现功能要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q＝1，经 G3反相,A＝0，封锁 CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出ST=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能要求。当定时时间到时，则“定时到信号”为0，ST=1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门G1处于关门状态，封锁 CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能要求。集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间。

0CACKCKU1ABCDEFGABCDEFGU10ABCDEFGU7VCC31323334353637R14R15R16R17R18R19R20510¦510¦510¦¸510¦¸510¦¸510¦¸510¦¸¸¸9101112131415131211109151438394041424344R21R22R23R24R25R26R27510¦510¦510¦¸510¦¸510¦¸510¦¸510¦¸¸¸202122232425261312111091514VCC5VVCCOAOBOCODOEOFOG~EL~BI~LTDADBDCDDU2511BD_5VVDD5VVDDOAOBOCODOEOFOG~EL~BI~LTU24VDD4511BD_5VJ75VKey = AJ1RPACK 8R41k¦¸ U31011121312345D0D1D2D3D4D5D6D7EIEO15GS14A09A17A265VVCC5551U4A1~1R1~1S1~1S2~1R2~1S30VDD16171819Key = BJ31312326726786732728293046596061636562DADBDCDD71263R83¦¸81712635223561Q14~BO~COQAQBQCQD~LOADCLRUPDOWNVDD5VABCD151109~LOADCLRUPDOWNABCDU14574LS192DVCC5VU274LS192DU12B74AS04N6674LS148DKey = CJ4U9A74ALS03BN79U8B74ALS03BNJ6Key = EJ8Key = FJ978VDD5VVDD74R93k¦¸Key = GKey = HKey = DJ5531Q271312U55537126~BI/RBO~RBI~LTABCDOAOBOCODOEOFOG13121110915143267LED1U13A74ALS05ANQAQBQCQD~BO~CO74LS279DU6A12356~1R1~1S1~1S2~1R2~1S31Q1415110911141114VDD76VCCR283k¦¸77GNDGNDGND575874LS47DR29¸GND3k¦4U16B68LED2U17A74ALS00M75VCCRSTDISOUT1Q27J1072Key = Space074LS279DR510k¦¸J20Key = Space697012VVs111k¦¸R1U16C74AS04N74AS04NU18A717400NU19B7400N4750U17B74ALS00MU11A74ALS04BN7311k¦¸48R210uFC0THRTRI49CONGNDJ11Key = Space555_VIRTUALTimer800U15B74AS04N82100nFCf

图 2.4智力竞赛抢答器整体电路

3电路调试

3.1 单元电路检测 ①抢答电路

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把主持人的控制开关设置为“清除”位置，用万用表检查RS触发器的 端为低电平，输出端（4Q~1Q）全部为低电平。于是74LS48的4端/BI/RBO=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端，即 5端/ST=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。然后把主持人的控制开关拨到“开始”位置，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，给8路抢答端口即输入端给上低电平的输入信号，如当有选手将抢答按键按下时，74LS148的输出为010，经RS锁存器后，74279的输出1Q,即CTR=1，/BI/RBO =1，74LS279处于工作状态，输出端4Q3Q2Q=101，经RS锁存器后，出“5”。此外，CTR=1，使74LS148仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号不会被接收。

②秒脉冲产生电路

接通电源VDD后用示波器观察OUT端输出波形，其振荡周期近似等于1秒。 ③定时电路

用示波器检查555的输出波形是否为1Hz的方波信号，如不是对555的外围电路进行调整达到要求为止[4]。给74LS192的数据输入端设定一次抢答的时间。观察显示器的显示时间是否进行减计数。

④报警电路

<1> 主持人将控制开关拨到“开始”位置时，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。 <2> 当参赛选手按动抢答按键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。

<3> 当设定的抢答时间到，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。 3.2整机电路调试

① 开始时，主持人将控制开关接地，抢答电路部分锁存器74LS279的状态输出全为0，74LS48的灭灯输入与锁存器74LS279的Q1相接，故抢答电路无显示（清除）；与此同时，在计时电路部分，减法计数器74LS192的预置数端为0，将事先的预置数送入减法计数器中。当主持人按键弹起时，计数器开始计数工作，抢答开始。

②在没有人按键且抢答时间没到时，优先编码器/Yex输出为1，计数器BO2输出为1，74148的5端，即为0而优先编码器和计数器都正常工作。

③ 当在规定时间有人按下抢答按键时，YEX输出为“0”，CTR=1，/ST=1，优先编码器停止工作，此后选手的抢答无效，电路将按键者的编号显示在LED上；同时，CTR=1，计数部分的计数脉冲为0，计数器停止工作，此时的倒计时时间记录并显示在LED上；74148的/Ys端由1跳变到0，74121有状态2，即Q输出暂态高电平，蜂鸣器连续发声报警，持续时间为4.3秒。如果在规定时间

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内无人抢答，BO2由1跳变到0，74121有状态2，Q输出暂态高电平，报警器连续发声报警持续时间为4.3 秒；ST=1，抢答电路停止工作，此后的抢答按键无效。

4结束语

这次智力竞赛抢答器的设计，各模块均能实现其功能。将其整体运行时，也能达到智力竞赛抢答的目的。由于部分知识的遗忘以及multisim软件的不熟练应用，影响了开始时的电路调试，但经过一番学习最终电路功能得以实现。所以在以后的学习中要反复强化学习，熟练掌握有关数字电路知识以及multisim软件的仿真应用。 【参考文献】

[1] 华光编.电子技术基础数字部分[M].北京:北京高等教育出版社,2000年6月版. [2] 李海编.74系列芯片手册[M].重庆:重庆大学出版社,1999年9月版. [3] 杨志忠编. 数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2009年. [4] 杨志忠编. 电子技术课程设计[M].南京:机械工业出版社,2008年.

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