课程名称：电子课程设计——多路竞赛抢答器设计
目录
一、 前言··············································3 二、 功能介绍···········································3 三、 总体设计方案······································3 四、 单元模块设计······································4
、抢答电路设计···································4
、定时电路设计·······························5
、控制电路和报警电路设计···························6
、振荡电路·······································8
五、 电路参数的计算及元器件的选择····················8 六、 主要芯片介绍·····································10 七、 设计总结··········································13
八、 参考资料···········································13
九、 附录··············································14
1、 前言
1.1主要功能介绍
（1）抢答器最多可供8名选手参赛，编号为1~8号，各队分别用一个按钮（分别为S1~S8）控制，并设置一个系统清零和抢答控制开关S ，该开关由主持人控制。
（2）抢答器具有数据锁存功能, 并将锁存数据用LED 数码管显示出来。 （3）开关S 作为清零及抢答控制开关（由主持人控制），当开关S 被按下时抢答电路清 零，松开后则允许抢答。输入抢答信号由抢答按钮开关S1~S8实现。 （4）有抢答信号输入（开关S1~S8中的任意一个开关被按下）时，并显示出相 对应的组别号码。此时再按其他任何一个抢答器开关均无效，指示灯依旧“保持” 第一个开关按下时所对应的状态不变。
1.2扩展功能介绍
（1）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如30秒）。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示。
（2）参加选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示 上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。 （3）如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。 （4）当选手抢答完后，主持人可根据相关题的加减分对选手进行加分或减分。
2、总体方案设计
如图1所示的总体方框图。其工作原理为：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。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。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。主要使用74LS148,74LS279,74LS192, 74LS48，74LS00N,74LS08N.
图1 总体方框图
3、单元模块设计
3．1抢答器电路功能介绍
设计电路见图2所示。电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS279来完成。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，RS 触发器的 R 、S 端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端（图中5号端）＝0，使之处于工作状态。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按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS 锁存后，CTR=1,RBO(图中4端) =1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR ＝1，使74LS148 优先编
码工作标志端（图中5号端）＝1，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为CTR ＝1，使优先编码工作标志端为1，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S 开关重新置“清除”然后才可能进行。
图2 抢答器电路
3．2定时时间电路功能介绍
原理及设计：该部分主要由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、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图3所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74LS192的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG 上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时， 输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。
图3 定时电路
3．3控制电路和报警电路
由555 芯片构成多谐振荡电路，555 的输出信号再经三极管放大，从而推动扬声器发声。
控制电路包括时序和报警两个电路 , 如图所示。控制电路需具有以下几个功能。主持人闭合开关扬声器发声 , 多路抢答器电路和计时电路进入正常状态; 参赛者按键时 , 扬声器发声 , 抢答电路和计时电路停止工作；抢答时间到，无人抢答 ，扬声器发声，抢答电路和计时电路停止工作。
由功能表可以看出，要使电路实现倒计时（减法）功能，应使CR=0，PE 非=1，CP+=1，CP-=CP。可用CR 端接电平开关来控制计时器的工作与否。
声响显示电路需要在两种情况下做出反应：一种是当有参赛者按下抢答开关时，相应电路的发光二极管亮，同时推动输出级的蜂鸣器发出声响；第二种情况是当裁判员给出“请回答”指令后，计时器开始倒计时，若回答问题时间到达限定的时间，蜂鸣器发出声响。
声响电路由两部分组成：一是由门电路组成的控制电路，二是三极管驱动电路。门控电路主要由或门组成，它的两个输入，一个来自抢答电路各触发器输出Q 非的与非，他说明只要有一Q 非为低电平，就使该与非门输出为高电平通过或门电路驱动蜂鸣发生器；另一个来自计时系统高位计数器的借位信号QB ，它说明计时电路在30秒向29秒，28秒，„„2秒，1秒，0秒倒计时再向30秒转化时向高位借位时给出一个负脉冲经反相器得到一个高电平。这个高电平信号也能使蜂鸣器发声。
图5 时序控制电路
3.4振荡电路
本系统需要产生三种频率的脉冲信号，一种是频率为1KHZ 的脉冲信号，用于声响电路；一种是频率为500KHZ 的脉冲信号，用于触发器的CP 信号。第三中频率为1HZ 信号用于计时电路。以上电路可用555定时器组成，也可用石英晶体组成的振荡器经过分频得到。
图 6 振荡电路
4、电路参数的计算及元器件的选择
4．1电路参数的计算
发声延迟0.5秒，fo ＝1．43／［（R 1＋2R 2）C ］，权衡考虑到元器件的成本和74LS121的相关性质（下文有说明），最终选择的电阻值为R1=15K，R2=68K，C=10uF
4．2元件清单
表1 元件清单
5、主要芯片介绍
5．1 优先编码器 74LS148
74LS148为8线－3线优先编码器，表2为其真值表，图8为其管脚图。
[1**********]45I 0I 1I 2I 3I 4I 5I 6I 7S
Y 0
Y 1Y 2
74LS148
Y EX
97614
Y s
(a )
15
(b )
CC S EX 32100
图8 74LS148管脚
表2 74LS148—3线二进制编码器真值表
74LS148工作原理如下：
该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端。此外，电路还设置了输入使能端EI ，输出使能端EO 和优先编码工作状态标志GS 。
当EI=0时，编码器工作；而当EI=1时，则不论8个输入端为何种状态，3个输出端均为高电平，且优先标志端和输出使能端均为高电平，编码器处于非工作状态。这种情况被称为输入低电平有效，输出也为低电来有效的情况。当EI 为0，且至少有一个输入端有编码请求信号（逻辑0）时，优先编码工作状态标志GS 为0。表明编码器处于工作状态，否则为1。
由功能表可知，在8个输入端均无低电平输入信号和只有输入0端（优先
级别最低位）有低电平输入时，A2A1A0均为111，出现了输入条件不同而输出代码相同的情况，这可由GS 的状态加以区别，当GS ＝1时，表示8个输入端均无低电平输入，此时A2A1A0=111为非编码输出；GS ＝0时，A2A1A0=111表示响应输入0端为低电平时的输出代码（编码输出）。EO 只有在EI 为0，且所有输入端都为1时，输出为0，它可与另一片同样器件的EI 连接，以便组成更多输入端的优先编码器。
从功能表不难看出，输入优先级别的次为7，6，……，0。输入有效信号为低电平，当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端无低电平输入时，输出端才输出相对应的输入端的代码。例如5为0。且优先级别比它高的输入6和输入7均为1时，输出代码为010，这就是优先编码器的工作原理
5.2 锁存器74LS279
原理：在74ls279中，由于4回路中2回路置位端子为两个，所以使用其一
时，整理两个置位输入作为1个使用，或将另一个输入固定为“H”使用。另外，作为稍微变化74LS279 的使用方法，也可将3组作为RS 锁存器使用，剩余的RS 锁存器作为2输入NAND 门电路使用，复位输入例如①管脚固定为”L”时其输入为”H”，所以可构成将②和③作为输入，输出为④的2输入NAND 。其管脚图如图9所示。
图9 74LS279管脚引线图
5.3 计数器74LS192
74LS192具有下述功能： ①异步清零：CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000
②异步置数：CR=0，LD=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0
③保持： CR=0，LD=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态
④加计数：CR=0, LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数 ⑤减计数：CR=0, LD=1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数 74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。
CPU 为加计数时钟输入端，CPD 为减计数时钟输入端。
LD 为预置输入控制端，异步预置。
CR 为复位输入端，高电平有效，异步清除。
CO 为进位输出：1001状态后负脉冲输出
BO 为借位输出：0000状态后负脉冲输出。
图10 74LS192管脚引线图
5.4 74LS48与七段LED 数码管
图12 74LS48与七段LED 数码管的联结
使能端的作用如下：
(1) 是试灯输入端，当LT=0，BI =1时，不管其它输入是什么状态，a~g七段全
亮。
(2)灭灯输入 ，当 BI=0，不论其它输入状态如何，a~g均为0，显示管熄灭。
(3)动态灭零输入 ，当 LT=1，BI=0时， 如果A 0A 1A 2A 3=0000时，a~g均为各段熄
灭。
(4)RBI为灭“0”信号，用来熄灭器件显示0。
6、设计总结 经过这次课程设计的学习，我确实学习了很多知识，真正的感受到了理论联系实际的重要性，以及这之间莫大区别。由于接触不多，开始学得很费力，但到后来就好了。在以后的课程设计中，遇到问题，最好的办法就是问别人，发挥群众的力量，复杂的事情就会变得很简单。
通过这次课程设计，我明白了学会与大家合作的重要性，从原理图的最终确定，这都是大家分工合作的结果，正是因为大家相互配合，才使我们很快的完成了任务。这些天的学习我深刻的体会到实际与理论有很大的区别。在我们学习的过程中不仅考验了我们对知识的吸收和掌握，而且也考验了我们的细心和耐心。
经完成这次课程设计我觉得收获很多，不但进一步掌握了数电的知识及相关专业知识，还提高了自己的设计能力。虽然只是初步学会了数字抢答器的设计，离真正掌握还有一定距离，但学习的这段日子确实令我收益匪浅，因为我有学到了课本以外的很多知识，还锻炼了自己的能力。
7、参考文献
[1] 康华光. 电子技术基础（数字部分）[M]. (第五版) . 北京：高等教育出版社,. 2000
[2] 林育兹. 电工学实验[M] .高等教育出版社，2010
[3] 林育兹. 电工技术[M] .科学出版社，2006
附： 八路抢答器电路图
课程名称：电子课程设计——多路竞赛抢答器设计
目录
一、 前言··············································3 二、 功能介绍···········································3 三、 总体设计方案······································3 四、 单元模块设计······································4
、抢答电路设计···································4
、定时电路设计·······························5
、控制电路和报警电路设计···························6
、振荡电路·······································8
五、 电路参数的计算及元器件的选择····················8 六、 主要芯片介绍·····································10 七、 设计总结··········································13
八、 参考资料···········································13
九、 附录··············································14
1、 前言
1.1主要功能介绍
（1）抢答器最多可供8名选手参赛，编号为1~8号，各队分别用一个按钮（分别为S1~S8）控制，并设置一个系统清零和抢答控制开关S ，该开关由主持人控制。
（2）抢答器具有数据锁存功能, 并将锁存数据用LED 数码管显示出来。 （3）开关S 作为清零及抢答控制开关（由主持人控制），当开关S 被按下时抢答电路清 零，松开后则允许抢答。输入抢答信号由抢答按钮开关S1~S8实现。 （4）有抢答信号输入（开关S1~S8中的任意一个开关被按下）时，并显示出相 对应的组别号码。此时再按其他任何一个抢答器开关均无效，指示灯依旧“保持” 第一个开关按下时所对应的状态不变。
1.2扩展功能介绍
（1）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如30秒）。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示。
（2）参加选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示 上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。 （3）如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。 （4）当选手抢答完后，主持人可根据相关题的加减分对选手进行加分或减分。
2、总体方案设计
如图1所示的总体方框图。其工作原理为：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。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。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。主要使用74LS148,74LS279,74LS192, 74LS48，74LS00N,74LS08N.
图1 总体方框图
3、单元模块设计
3．1抢答器电路功能介绍
设计电路见图2所示。电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS279来完成。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，RS 触发器的 R 、S 端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端（图中5号端）＝0，使之处于工作状态。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按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS 锁存后，CTR=1,RBO(图中4端) =1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR ＝1，使74LS148 优先编
码工作标志端（图中5号端）＝1，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为CTR ＝1，使优先编码工作标志端为1，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S 开关重新置“清除”然后才可能进行。
图2 抢答器电路
3．2定时时间电路功能介绍
原理及设计：该部分主要由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、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图3所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74LS192的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG 上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时， 输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。
图3 定时电路
3．3控制电路和报警电路
由555 芯片构成多谐振荡电路，555 的输出信号再经三极管放大，从而推动扬声器发声。
控制电路包括时序和报警两个电路 , 如图所示。控制电路需具有以下几个功能。主持人闭合开关扬声器发声 , 多路抢答器电路和计时电路进入正常状态; 参赛者按键时 , 扬声器发声 , 抢答电路和计时电路停止工作；抢答时间到，无人抢答 ，扬声器发声，抢答电路和计时电路停止工作。
由功能表可以看出，要使电路实现倒计时（减法）功能，应使CR=0，PE 非=1，CP+=1，CP-=CP。可用CR 端接电平开关来控制计时器的工作与否。
声响显示电路需要在两种情况下做出反应：一种是当有参赛者按下抢答开关时，相应电路的发光二极管亮，同时推动输出级的蜂鸣器发出声响；第二种情况是当裁判员给出“请回答”指令后，计时器开始倒计时，若回答问题时间到达限定的时间，蜂鸣器发出声响。
声响电路由两部分组成：一是由门电路组成的控制电路，二是三极管驱动电路。门控电路主要由或门组成，它的两个输入，一个来自抢答电路各触发器输出Q 非的与非，他说明只要有一Q 非为低电平，就使该与非门输出为高电平通过或门电路驱动蜂鸣发生器；另一个来自计时系统高位计数器的借位信号QB ，它说明计时电路在30秒向29秒，28秒，„„2秒，1秒，0秒倒计时再向30秒转化时向高位借位时给出一个负脉冲经反相器得到一个高电平。这个高电平信号也能使蜂鸣器发声。
图5 时序控制电路
3.4振荡电路
本系统需要产生三种频率的脉冲信号，一种是频率为1KHZ 的脉冲信号，用于声响电路；一种是频率为500KHZ 的脉冲信号，用于触发器的CP 信号。第三中频率为1HZ 信号用于计时电路。以上电路可用555定时器组成，也可用石英晶体组成的振荡器经过分频得到。
图 6 振荡电路
4、电路参数的计算及元器件的选择
4．1电路参数的计算
发声延迟0.5秒，fo ＝1．43／［（R 1＋2R 2）C ］，权衡考虑到元器件的成本和74LS121的相关性质（下文有说明），最终选择的电阻值为R1=15K，R2=68K，C=10uF
4．2元件清单
表1 元件清单
5、主要芯片介绍
5．1 优先编码器 74LS148
74LS148为8线－3线优先编码器，表2为其真值表，图8为其管脚图。
[1**********]45I 0I 1I 2I 3I 4I 5I 6I 7S
Y 0
Y 1Y 2
74LS148
Y EX
97614
Y s
(a )
15
(b )
CC S EX 32100
图8 74LS148管脚
表2 74LS148—3线二进制编码器真值表
74LS148工作原理如下：
该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端。此外，电路还设置了输入使能端EI ，输出使能端EO 和优先编码工作状态标志GS 。
当EI=0时，编码器工作；而当EI=1时，则不论8个输入端为何种状态，3个输出端均为高电平，且优先标志端和输出使能端均为高电平，编码器处于非工作状态。这种情况被称为输入低电平有效，输出也为低电来有效的情况。当EI 为0，且至少有一个输入端有编码请求信号（逻辑0）时，优先编码工作状态标志GS 为0。表明编码器处于工作状态，否则为1。
由功能表可知，在8个输入端均无低电平输入信号和只有输入0端（优先
级别最低位）有低电平输入时，A2A1A0均为111，出现了输入条件不同而输出代码相同的情况，这可由GS 的状态加以区别，当GS ＝1时，表示8个输入端均无低电平输入，此时A2A1A0=111为非编码输出；GS ＝0时，A2A1A0=111表示响应输入0端为低电平时的输出代码（编码输出）。EO 只有在EI 为0，且所有输入端都为1时，输出为0，它可与另一片同样器件的EI 连接，以便组成更多输入端的优先编码器。
从功能表不难看出，输入优先级别的次为7，6，……，0。输入有效信号为低电平，当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端无低电平输入时，输出端才输出相对应的输入端的代码。例如5为0。且优先级别比它高的输入6和输入7均为1时，输出代码为010，这就是优先编码器的工作原理
5.2 锁存器74LS279
原理：在74ls279中，由于4回路中2回路置位端子为两个，所以使用其一
时，整理两个置位输入作为1个使用，或将另一个输入固定为“H”使用。另外，作为稍微变化74LS279 的使用方法，也可将3组作为RS 锁存器使用，剩余的RS 锁存器作为2输入NAND 门电路使用，复位输入例如①管脚固定为”L”时其输入为”H”，所以可构成将②和③作为输入，输出为④的2输入NAND 。其管脚图如图9所示。
图9 74LS279管脚引线图
5.3 计数器74LS192
74LS192具有下述功能： ①异步清零：CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000
②异步置数：CR=0，LD=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0
③保持： CR=0，LD=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态
④加计数：CR=0, LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数 ⑤减计数：CR=0, LD=1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数 74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。
CPU 为加计数时钟输入端，CPD 为减计数时钟输入端。
LD 为预置输入控制端，异步预置。
CR 为复位输入端，高电平有效，异步清除。
CO 为进位输出：1001状态后负脉冲输出
BO 为借位输出：0000状态后负脉冲输出。
图10 74LS192管脚引线图
5.4 74LS48与七段LED 数码管
图12 74LS48与七段LED 数码管的联结
使能端的作用如下：
(1) 是试灯输入端，当LT=0，BI =1时，不管其它输入是什么状态，a~g七段全
亮。
(2)灭灯输入 ，当 BI=0，不论其它输入状态如何，a~g均为0，显示管熄灭。
(3)动态灭零输入 ，当 LT=1，BI=0时， 如果A 0A 1A 2A 3=0000时，a~g均为各段熄
灭。
(4)RBI为灭“0”信号，用来熄灭器件显示0。
6、设计总结 经过这次课程设计的学习，我确实学习了很多知识，真正的感受到了理论联系实际的重要性，以及这之间莫大区别。由于接触不多，开始学得很费力，但到后来就好了。在以后的课程设计中，遇到问题，最好的办法就是问别人，发挥群众的力量，复杂的事情就会变得很简单。
通过这次课程设计，我明白了学会与大家合作的重要性，从原理图的最终确定，这都是大家分工合作的结果，正是因为大家相互配合，才使我们很快的完成了任务。这些天的学习我深刻的体会到实际与理论有很大的区别。在我们学习的过程中不仅考验了我们对知识的吸收和掌握，而且也考验了我们的细心和耐心。
经完成这次课程设计我觉得收获很多，不但进一步掌握了数电的知识及相关专业知识，还提高了自己的设计能力。虽然只是初步学会了数字抢答器的设计，离真正掌握还有一定距离，但学习的这段日子确实令我收益匪浅，因为我有学到了课本以外的很多知识，还锻炼了自己的能力。
7、参考文献
[1] 康华光. 电子技术基础（数字部分）[M]. (第五版) . 北京：高等教育出版社,. 2000
[2] 林育兹. 电工学实验[M] .高等教育出版社，2010
[3] 林育兹. 电工技术[M] .科学出版社，2006
附： 八路抢答器电路图