八位竞赛抢答器报告

武汉理工大学《电工电子基础强化训练》课程设计说明书

1 设计意义及要求

1.1 设计意义

在很多关于智力竞赛的电视节目上，经常会出现抢答环节，参赛选手们在得到主持人发出的特定口令之后，都会争先恐后地按下抢答器，但每次抢答环节只有可能产生一位抢答成功的选手，同时可以断定这位参赛选手肯定是反应最快按下抢答器的。设计一个功能类似的八位抢答器不仅能够让大家进一步了解这种抢答器的工作原理，而且还能在功能上提出一些好的想法和思想，甚至可以实现部分新的功能，如果人们不断的进行具有创新性的设计实验，也许过不久那些竞赛类的电视的抢答模式就会发生一定的改变和创新，从而增加了节目的观赏性，进一步丰富大家的娱乐生活。

1.2 设计要求

（1）八个选手或代表队参加比赛，编号0，1，2，3，4，5，6，7，各用一个抢答按钮，其编号与参赛者的号码一致。此外，一个按钮给主持人用来清零； （2）抢答器具有数据锁存功能，并将所锁存的数据用数码管显示出来； （3）数码管不显示后动作选手编号，只显示先动作选手编号，并保持到主持人清零为止。

2 方案设计

2.1方案一

2.1.1设计框图

脉冲发 生器 1 数据锁存 部分 数据编码 部分 数据显 示部分 开关控制数据的输入 武汉理工大学《电工电子基础强化训练》课程设计说明书

图2-1

2.1.2各部分的实现

（1）脉冲发生器的实现

根据本实验的具体要求，锁存器需要有脉冲信号的输入，及需要有相应的脉冲发生器。结合我掌握的知识，利用NE555芯片以及电阻电容即可构成多谐振荡器来产生连续脉冲。 （2）数据锁存部分的实现

实验设计要求是制作一个八位竞赛抢答器，需要对代表八位参赛选手的状态（“0”或“1”）进行相应的锁存，为了电路的简化，应该采用D触发器来实现锁存功能，则对于要实现对八位数据的锁存这一功能，可以使用两块集成了四个D触发器的74LS175芯片。 （3）数据编码部分的实现

编码部分是对锁存的数据进行编码，由于只有八个参赛选手，故只需要用八个不同的数字便可以代表所有的参赛选手，但考虑到实际情况，本方案采用10线—4线优先编码器74ls147进行编码，用1到8分别表示各个选手编号。 （4）数据显示部分的实现

对于这样的一个仅需要显示数字的设计，想到使用七段数码管来实现的数字的显示，七段数码管可以显示16种不同的输出，对于这种只需要有不少于八种的输出的设计来说，七段数码管完全可以达到要求。一般的七段数码管有10个数据输入端，所以需要有相应的译码器对输送过来的编码后的数据进行译码操作，并且这种译码器的选择必须结合数码管是共阴还是共阳的情况而定。本实验采用74ls48作为译码器，接共阴极数码管。

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2.1.3 关于实现功能拓展的设计思路

（1）实验设计的基本要求中没有提到主持人实现清零后，和置疑一后，数码管分别显示什么。本实验设计两种情况都显示为零。

（2）设计要求中没有提到参赛选手提前抢答会造成犯规的这一功能，理论上会存在有参赛选手犯规的情况的发生，这样实际中增加一个抢答犯规的功能是有一定的必要性的，同样要实现这一功能，可以通过门电路的组合，收集主持人和参赛选手接入的信号，把输出信号接到一个报警装置上，实现当主持人还未发出开始抢答指令的时候，若有参赛选手抢答了，报警装置会报警的功能。

2.1.4电路设计基本原理

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图2-2

首先，图中共有9个单刀双掷开关，sw0代表主持人，其余的8个单刀双掷开关分别对应着与自身编号一致的参赛选手，每个单刀双掷开关均连接到了锁存器部分的74LS175芯片上，代表参赛选手的开关连接到了74LS175的数据输入端，代表主持人的开关连接到了74LS175的MR清零端，故对于裁判来说，开关掷向“0”代表清零，表示还没有开始抢答，掷向“1”代表可以开始抢答；对于参赛选手来说，初始情况下所有参赛选手都是掷向“0”，主持人宣布开始抢答之后，

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若掷向“1”便代表抢答。

将两个74LS175的八个反向输出端通过八输入与非门和非门做与，然后与555的3端脉冲输出通过与非门，非门做与，并把输出连接到两块74LS175的脉冲输入端CLK。初始状态，反向输出全部为1，CLK脉冲正常。一旦有参赛选手将其对应的开关掷“1”，反向输出出现0，则两个74LS175的CLK全部为零，74LS175输出锁定，其他选手再抢答不会产生影响。

此方案中数据编码部分是采用了10线—4线的编码器74LS147，由于其输入为低有效，设计过程中，将74LS175的八个反向输出端接入到74LS147的八个低位输入端，而74LS147的最高位输入端接“1”使该输入端无效，根据74LS147的功能表，将它的四个输出端通过非门后接入74LS48的的四个输入端，在74LS48正常工作的情况下，数码管就能显示1至8这八种数字。

代表裁判的开关控制着74LS175的清零端MR是否有效，至于犯规报警功能则是通过将裁判控制的开关和参赛选手所控制的开关所接收的信号，通过一定的门电路组合将输出接到蜂鸣器的正极上，实现当代表裁判的开关掷“0”且代表参赛选手的开关中有掷“1”时，输出为高电平，蜂鸣器报警的功能。本质上这种功能易于实现，该方案中具体是将八个参赛选手所控制的开关所收集的信号求“与”，然后将所得的信号与裁判控制开关所接收的信号的“非”求“与”，最后的输出接到蜂鸣器的正极上。

2.2方案二

与方案一相比，方案二明显电路更为简单。选手抢答部分，把普通的开关换成了“常开动合”开关。裁判开关sw1常接地，每按一次清零一次。电路中省去了作为脉冲发生器的NE555电路部分，锁存部分把原来的74ls175改成了锁存器74ls373。当74ls373的LE脚为低电位时锁存，为高电位时输入输出一致。且输出端求“与”后与裁判开关求“或”。当有人抢答后U4的1脚输入为底电位在与或，当按下sw1U42号脚输入为高。74ls373的LE管脚输入就为高。然后74ls373左边全部为高（初态）实现清理。

编码器换用3线-8线编码器74ls148。起始状态，锁存器74ls373输入端全部为1，数码管显示0，当有人抢答时，锁存某一个输出端输出为0，数码管显示由1到8中相应的数字。并且LE置0，锁存器输出保持不变。当裁判再次清零后，才可重新抢答。由于开关的特殊性质，本方案可省略报警电路。更为简单。

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