简易抢答器设计
一．设计目的
1、通过本课程设计的学习，学生将复习所学的专业知识，使课堂学习的理论知识应用于实践，通过本课程设计的实践使学生具有一定的实践操作能力；
2、掌握Quartus II或Xilinx ISE使用方法，能熟练运用该软件设计并仿真电路；
3、学会用数字电子器件组成复杂系统的方法。
二．设计要求
学习Quartus II软件
软件设计要求：
1.2.3.4.5.6.7.建立项目，选择元件 元件调入，加输入输出引脚 设计原理图 编译电路 建立波形文件 波形仿真
了解引脚分配，电路下载
实践设计要求：
1、根据所选题目，在Quartus II软件中设计原理图。
2、实现所设计电路的局部仿真和总体仿真。
3、每五～六人一组，写出设计报告。
三．设计步骤
设计方案
电路选用优先编码器 74LS148 、锁存器 74LS373 、74LS48译码和一个7段数码管组成抢答显示电路；定时显示主要由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、和2个4段数码管即相关电路组成；由555定时器和三极管构成的报警电路。 1 / 8 接通电源后，主持人将开关拨到\"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；主持人将开关置;开始\"状态，宣布\"开始\"抢答器工作。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主持人再次操作\"清除\"和\"开始\"状态开关。
方案设计与论证
设计一个8路智力竞赛抢答器，具体设计要求如下：
1.抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0～ S7表示。
2.设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
3．抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
4.抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动“开始”键后，定时器进行减计时。
5.参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。
6.如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。
数字抢答器总体方框图如图2-1所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关置“开始”状态，抢答器工作，定时器倒计时。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主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。
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抢答器原理框图
单元电路设计与分析
1． 计时器电路
如图所示为计时器电路，电路中选用了74LS48D.74LS192 .74LSOON等元器件组成十进制加减计数器，电路完成的功能有： 当主持人拨到“开始”时，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在数码显示管上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间三十秒；如果没有人抢答，且倒计时到“0”时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后抢答 无效
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2． 抢答器电路
设计电路如图所示，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。工作过程：开关S置于\"清除\"端时，锁存器的LE端输入为“1”，停止工作。当开关S置于\"开始\"时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键 4 / 8 按下时（如按下S5），LE端变为“1”将数据锁存。在经过优先编码器和译码器将数据输入数码管显示。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。
3． 报警电路
由555定时器和三极管构成的报警电路如图3-3示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率
＝1.43／［（RI＋2R2）C］，其输出信号经三极管推动扬声器。R为时序控制电路输出的控制信号，当R为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。当选手抢答之后或时间到时， 5 / 8 将会输入到R一个高电平，多谐振荡器工作，从而发出报警声。
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状态。
（2）当参赛选手按动抢答键时，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。
电路总图
倒计时开始
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二号抢答成功
无人抢答信号示波
四、结论
我们所设计的抢答器是一种比较简易的抢答器，没有使用特别多的，复杂的元器件。它的特点是电路简单、制作方便、操作简单、方便、性能可靠，实用于多种智力竞赛活动。本抢答器的电路主要有四部分组成：抢答器和显示电路、时序控制电路、报警电路以及定时电路。
本作品可以实现以下几个功能：
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1、具有清零装置和抢答控制，可由主持人操纵避免有人在主持人说“开始”前提前抢答违反规则。
2、具有定时功能，在30秒内无人抢答表示所有参赛选手获参赛队对本题弃权。
3、30秒时仍无人抢答其报警电路工作表示抢答时间耗尽并禁止抢答。
五．心得体会
经过两个星期的共同努力，我们终于完成了数字电子技术课设。虽然时间不长，但是在这个过程中我得到了很多东西。因为以前没有做过这一方面的课设，所以，一开始看到这个题目的时候感觉有点不知所措，不知道要从什么地方开始做。经过老师的指导后，本组同学开始查资料、讨论。在这个过程中，我们有冲突、争论、矛盾，但经过商量我们找到了最好的方法。
通过本次实验，最大的收获就是把书本与实践结合在一起，提高动手能力了。学到了很多东西，懂得了团队合作的真正意义，对我以后的学习和工作帮助很大。
六．参考文献
[1] 崔瑞雪、张增良 电子技术动手实践 北京航空航天出版社.2007.6 [2] 成叶琴、王海群 电子技术及实训 机械工业出版社 2002.5 [3] 阎石 数字电子技术基础（第五版）高等教育出版社 1998
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