四人抢答器课程设计报告

2020-07-16

四人抢答器课程设计报告

项目描述

本资源文件提供了一个关于四人抢答器的课程设计报告。该报告详细介绍了如何使用面包板制作一个四人智力竞赛抢答器,包括设计目的、任务与要求、电路原理及设计等内容。

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。

设计任务与要求

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。

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。
  6. 可用石英晶体振荡器或者555定时器产生频率为1Hz的脉冲信号,作为定时计数器的CP信号。

电路原理及设计

设计方案

抢答器具有锁存、定时、显示和报警功能。即当抢答开始后,选手抢答按动按钮,锁存器锁存相应的选手编码,同时用LED数码管把选手的编码显示出来,并且开始抢答时间的倒计时,同时用LED数码管把选手的所剩抢答时间显示出来。而在选手按键抢答以及抢答时间倒计时到时的时候都有报警以提醒主持人和选手。抢答时间设定9秒,报警响声持续1秒。

系统框图

当主持人宣布开始,定时电路开始秒脉冲电路的作用而进行倒记时,并通过译码器在显示器中显示。报警电路给出声音提示。当选手首先按某一开关键时,可通过触发锁存电路被触发并锁存,在输出端产生相应的开关电平信息,同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱,最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。然后在译码器中译码,将触发器输出的数据转换为数码管需要的逻辑状态。最后在显示电路中显示出所按键选手的号码。若有多个开关同时按下时,则在它们之间存在着随机竞争的问题,结果可能是它们中的任一个产生有效输出。

方案比较

方案1:采用CD4511芯片作为抢答信号的触发、锁存和译码输出。这样虽然比较简便,但实际在实现锁存功能时比较繁琐难实现。

方案2:采用D触发器和译码器来完成抢答部分。虽然元件较多,但在实现锁存功能时可以简单的实现。

经过对比两方案的优缺点,决定采用抢答信号锁存简单实现的方案2。然后利用软件Multisim来进行仿真调试,再进行逐步改进。

单元电路设计及元器件选择

抢答电路

电路如图2所示。该电路完成两个功能:一是分辨出选手按键的先后,并锁定74LS175的功能真值表即优先抢答者的编号,同时译码显示电路显示选手编号;二是要使其他选手随后的按键操作无效。

总结

本报告详细介绍了四人抢答器的设计过程,包括电路原理、设计方案、系统框图、方案比较以及单元电路设计等内容。通过本报告,读者可以了解如何设计和实现一个功能完善的四人抢答器。

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