课题五智力竞赛抢答器逻辑电路设计
一、简述
智力竞赛是一种生动活泼的教育方式,通过抢答和必答两种答题方式能引起参赛者和观众的极大兴趣,并且能在极短的时间内,使人们迅速增加一些科学知识和生活常识。
进行智力竞赛活动时,一般将参赛队员分为几组;答题方式为必答和抢答两种;答题有时间限制;当时间到时有警告;答题之后有主持人判断是否正确;显示成绩评定结果。抢答时,要判定哪组优先,并通过显示和鸣叫电路予以指示。因此,要完成以上智力竞赛抢答器逻辑功能的数字逻辑控制系统,至少应包括以下几个部分:记分显示部分;判别、控制部分;计时电路和音响部分。
二、设计任务和要求
用TTL或CMOS集成电路设计智力竞赛抢答器逻辑控制电路,具体要求如下:
1.抢答组数为4组,输入抢答信号的控制电路应接触良好,反应灵敏。
2.判别电路:能迅速、准确地判别出抢答者,同时能排除其他组的干扰信号,使其它组再按开关时失去作用,并能对首先抢答者有光显示和鸣叫指示。
3.计分、显示电路:每组分别有记分显示电路,能进行加 / 减记分。
4.计时及音响:答题时启动定时灯亮,以示开始,当时间到时要发出单音调“嘟”声,并熄灭指示灯。抢答时,若某一组首先按动抢答键,则该组的指示灯应亮并发出声响,且在数码管上显示出该组的组号。回答问题的时间可以调整,如分别为10s、20s、30s、60s等等。
5.主持人要有复位按钮(主控制开关)。
三、设计方案提示
1.复位和抢答开关均可采用防抖动电路,可采用加吸收电容或RS触发电路来完成。
2.判别选组电路可以用触发器和组合电路完成,也可以用一些特殊器件组成,例如用MC14599或CD4099八路可寻址输出锁存器或优先编码器来实现。
3.计数电路用加/减计数器完成;显示电路用74LS47驱动共阳极数码管完成。
四、参考电路
根据智力竞赛抢答器的设计任务和要求,其逻辑参考电路如图5.1所示。
五、参考电路简要说明
图5.1为四组智力竞赛抢答器逻辑电路图,图5.1.a为抢答器控制部分,图5.1.b为记分部分。
若要增加组数,则需增加抢答器控制部分和记分显示部分。
1.判别电路
这部分电路由RS触发器完成,CD4043为三态RS锁存触发器,当S1按下时,Q1=1,这时返回到KS按键开关左端的电平为高(“1”),经非门后锁住了其它组的输入。Q1=1,使相应的发光管发亮,同时也驱动音响电路鸣叫,并且在数码管上显示出来。
2.记分部分
这一部分主要由3个四位十进制加减计数器(74LS190)和数码管以及相应的门电路组成。每组分为个、
十、百三位,可以直接由各位从0向上加法或减法计数,也可以每位单独进行加减计数。参加抢答的每组各有一套记分电路。
3.定时电路
当打开电路电源,按主控开关之后,定时装置即自动置入所用时间。到计时开始后,允许答题指示灯亮,当时间到,即减法计数器为“0”时,定时结束,这时控制音响电路鸣叫,并熄灭允许答题指示灯,同时停止答题指示灯亮。
4.音响控制
音响电路中,f1和f2为两种不同的音响,当有人抢答时,应为间断音。当定时到,应为单音输出,其音频时序如图5.2所示。其中KS—1为声音控制开关。