8人声光显示智力抢答器

课题：8人声光显示智力抢答器

一、设计任务及要求 1、设计任务

完成一个能进行8人在规定的时间内抢答判断的控制电路设计。 2、设计目的

该电路是常用于智力竞赛中抢答判断的电路，是进行判断哪一个预定状态优先发生的电路。对于该电路的设计，可以综合应用数字电路中组合逻辑与时序电路的基本知识，进一步掌握各类触发器、门电路的工作原理与使用要点，学会分析数字电路在调试过程中出现的各种问题。

3、设计要求

（1）在主持人表示抢答开始时，计时器开始计时，如规定的时间内没有人抢答，表示时间已到，蜂鸣器发声输出，计时器保持不动。

（2）在主持人示意抢答开始后，计时时间未到时，只要有人抢答，即可显示抢答者的号码（数码管显示），并同时封锁其他抢答者的抢答信号。

（3）在规定的时间内只要有人抢答，计时器停止，显示从开始抢答到有人抢答所经过的时间。

（4）只有主持人的操作，将电路复位后，方可结束上一次的抢

答，为下一次的抢答做好准备。

（5）抢答的规定时间为8（本人学号）秒。 二、设计系统方案的比较与选定 1、封存信号方案：

利用74175的上升沿触发器。当有输入信号的时候，利用对应端输出的低电平将CP脉冲封锁，从而封锁了其它信号。选用此方案最佳。

2、计数器方案：

电路的计时计数存在加法计数和减法计数两种方案。其中可选74LS160，其为一个8421编码的十进制加法计数器，同步置数，异步（低电平）清零，而74LS190为单时钟十进制可逆计数器，异步置数，但没有专用的清零输入端，这样会使主持人开关复位电路复杂。因此计数器选择74LS160。

3、优先编码器方案：

74147是10线-4线BCD码优先编码器，其编码输入为I1~I9，而74148是8线-3线优先编码器，其编码输入为I0~I7，由于8人抢答器的选手编号从1到8，没有0号，所以优先编码器选用74147.

三、系统方案框图及实现方法 1、系统方案框图

抢答开关 锁存器 优先编码电路 译码电 路 显示电 路 主持人 控制开关 控制电路 脉冲产生 电路 定时电路 译码电路 显示电路

图1 系统方案框图

2、实现方法

（1）用Max+plus II软件先画出电路图；

（2）用Max+plus II软件对绘好的图形文件进行编译和仿真，观察其仿真波形，看其波形是否满足设计的逻辑。

（3）以上两步通过后，用EDA6000对其输入、输出端锁定管脚； （4）连接到实验箱，将编号的程序下载到实验箱，在硬件中进行仿真；

（5）观察实际工作情况。 四、单元电路的设计 1、抢答单元的设计 （1）抢答单元电路的功能：

①判断选手按键顺序的先后，并锁存优先抢答者信号，将首先

抢答者的代号进行编码，并将编码信号送至译码显示电路

②有人抢答后，从译码输出端采集一低电平通过与原时钟端相与送至锁存器的时钟CLK端，使锁存器的时钟端始终为低电平，锁存器不工作，保持状态，使其他选手的按键操作无效。

（2）抢答单元电路选用的元件： ①74175

其芯片引脚及功能表如图2所示。

图2（a） 74175的引脚图

图2（b） 74175的功能表

②74147

74147是十六进制优先编码器。编码器在同一时刻只允许对一个信号进行编码，否则输出的代码会出现混乱。其芯片引脚及功能表如图3所示。

图3（a） 74147的引脚图

图3（b） 74147的功能表

（3）抢答单元电路的组成，该电路是将抢答电路部分封装成一库元件的形式，这样可是图形编辑界面层次清晰，简单。

如图4所示。

图4（a） 抢答单元库文件电路图

双击该库文件即可看到抢答电路的底层电路，如下图：

图4（b）

（4）抢答单元电路的工作原理

Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ未抢答时接低电位，有CP脉冲的情况下，主持人按下开关开始（即支持人将CLRN置为高电位），如果没有人抢答，即输入端为高电平时，两片74175的输出端(1Q～4Q)均为高电平，则74175的反向输出端(1QN～4QN)连到的74147的输入端为高电平,则不显示选手号码；当有选手抢答时，例如：第3位选手抢答按下C按钮，74175的输出端3QN为低电平，其它均为高电平。信号被送至74147输入端，经编码输出信号“0011”，再经译码显示器，在数码管显示“3”。有人抢答后，随后抢答的人的输入信号均被封锁。

2、计时单元的设计 （1）计时单元电路的功能

根据设计要求，抢答时间需设定为8秒。若在规定时间内无人回答，即计数器计到零，计数停止，产生进位信号，到达报警电路，发光二极管变亮，作为报警信号；若有人抢答，计数立刻停止，待主持人复位。

（2）计时单元电路选用的元件 其芯片引脚及功能表如图5所示。

图5（a） 74160的引脚图

图5（b）74160的功能表

（3）计时单元电路的工作原理

3、封存单元的设计 （1）封存单元电路的功能

当有人在规定时间内抢答，则其他人的输入端信号全部被封锁，抢答无效。

（2）封存单元电路选用的元件 ①74175

其芯片引脚及功能表如图2所示。 ②AND8（八输入与门） 其芯片引脚如图7所示。

图7 AND8（八输入与门）的管脚图

③其他与非门

（3）封存单元电路的组成 如图8所示。

图8 封存单元电路图

（4）封存单元电路的工作原理

无人抢答时，八人的输入信号均为低电平，经74175取其相反信号，故在无人抢答状态下，八输入与门的八个输入端均为高电平，输出为高电平，当有人抢答后，与门输出低电平，与时钟脉冲信号相与非后，上升沿消失，在两个触发器上的信号恒为低电平，被封锁，进入保持状态，保持原来的输入信号。倘若此时再有信号输入，触发器的输出信号不随之改变。只有CLKN端输入低电平后（即主持人复位后），触发器复位，方可进行下一轮的抢答。

五、整体电路 1、整体电路的原理图 如图9所示。

图9 整体电路的原理图

2、模拟时序图 如图10所示。

图10 整体电路的模拟时序图

3、实验效果图

（1）规定时间内无人抢答

如图11所示，计数器计时到8秒，随即停止，同时下排绿灯亮提示主持人无人抢答。主持人便可按下开关，开始下一轮抢答。

图11 无人抢答时的实验效果图

2）规定时间内有人抢答

如图12所示，在7秒时，7号选手最先抢答。数码管显示该选手的号码。

图12 7号选手在 7第秒抢答时的效果图

六、课题中遇到的问题及解决方法

1、锁管脚时，发现有些管脚序号在MAX+plus II和EDA6000无法对应。

解决方法：经过老师提醒，发现在EDA6000中有些管脚号已经被赋予某些特定功能，在锁管脚时应注意尽量避免冲突。

2、下载到实验箱后，轻触各个抢答开关，计时不停止，选手显示仍为“0”。

解决方法：排除实验仪器及设计电路的错误，发现选用的开关是上升沿触发器，需长按该开关，才能有效。且所用的CLK频率较低，需适当调高该频率，10Hz为宜。

3、由于该8人抢答电路需8个抢答输入端和一个主持人输入端，故共需9个输入端，而在试验箱上一共只有8个输入端，其中主持人必须用一个，所以实际电路中只有7人抢答，即将其中一人的输入信号置低电位，在图中即将H输入端接地。

七、心得体会

“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。此次课程设计使我找到了理论与实践的最佳结合点。平时我们只注意理论学习，忽视了实践环节，往往在实际应用中不会灵活运用。通过这次课程设计，紧密结合书本中的理论，在实践中检验自己的知识和水平。原来理论上模糊和印象不深的地方得到了补偿，加深了对基本原理的理解和消化，所学的理论知识得到巩固和提高。

实习是一次用自己的眼和耳去感受环境的机会，大学生的实习阶段就是理论用于实践，并接受实践检验的过程，也是我们自我提升自我完善的过程。

为期一周的数字电路课程设计实习很短暂，但我们的收获是全面的，感受是丰富的，让我受益匪浅。对数字电路的专业知识以及两个课程设计的操作软件：MAX+plus II和EDA6000，也有了更为详尽、深刻、全面的了解；收获了许多经验；对知识的应用能力有了大大地提高；掌握的技巧已不再局限于课堂、书本。

这次课程设计的课题，也与我们的生活紧密相关，当理论与实际相结合，就能更加激发学习的积极性。尽管在这个过程中遇到了不少

困难和条件的限制，但当看到最后的实验效果时，一切都是值得的。

我希望在今后都能充分发挥自己的主观能动性，积极投入到每一项设计实习中去。我会更加虚心学习，经常吸取教训、总结经验，不断提高自己的能力。

心得体会

在设计之前，参考了许多相关的资料，从网络上下载了原理图。

在设计中又参考了以前讲过的四路抢答器的原理图，有了基本的思 路。

此次课程设计可以使得我们把平时课堂上学的理论知识运用到实际中,通过课程设计的独立完成,可以加深我们对理论知识的理解，为以后下一步的学习打下基础. 并且通过查阅参考文献资料，培养了我们独立分析和解决实际问题的能力。

通过这次EDA课程设计实习,在了解到抢答器的基本工作原理的同时，我还基本掌握了EWB软件的使用方法，并且意识到作为二十一世纪的跨世纪人才，这些软硬件的应用操作常识是必不可少的。在此次实训的过程中，我虽然碰到了很多困难和问题,到最后还是靠自己的努力与坚持独立的完成了任务。当遇到了自己无法解决的困难与问题的时候，还请教老师给予指导和帮助。这次实训给我最深的印象就是扩大自己的知识面，了解更多相关的科技信息，与时代共同进步，才能在将来成为有用的科技人才。

通过这次八路抢答器的设计，我发现了以往学习中的许多不足，

也让我掌握了以往许多掌握的不太牢的知识，感觉学到了很多东西，培养了我严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

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