课题：四人智力竞赛抢答器电路设计与制作
内容摘要
在许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器。通过抢答器的数显，灯光和音响等手段指示出第一抢答者。同时还可以设置定时、记分犯规及奖惩等多种功能。
本设计采用手动抢答的方式，有人抢答后，系统自动封锁其他人的抢答按钮，使其不能再抢答，从而实现抢答功能。
数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出，组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。经过模拟仿真，下载到开发板等工作后数字抢答器成型。
关键字 ：编码电路；锁存器；译码电路。
第1章 概 述
随着社会的不断发展，人们的生活水平也在不断的提高人们不断要满足物质上的要求，同时对精神上的追求也在不断的提高，现在的社会是一个娱乐的社会。现在各电视台的活动和课外活动都很多。人们在参加活动的时候都对审判有很多的意见，所以为了比赛的准确和公正，就需要有仪器的辅佐。
智力竞赛抢答器就是一种活泼的有趣的供人们娱乐的游戏装置，通过抢答方式不仅能引起参赛者和观众的兴趣，而且能够提高参赛者的敏捷性，同时我们在参与中能够增加一些生活常识和科学知识，因此，在许多比赛活动中为了准确，公正的进行每一场比赛，特别设置了一台具有显示第一抢答者并锁定、犯规警告等多种功能的抢答器，该设计针对各种要求设计出可供八名选手参赛使用的数字式竞赛抢答器，适用于各大中小电视台，学校等单位举行的智力竞赛。数字电路组成的数字系统工作可靠，精度较高，抗干扰能力很强，所以智力竞赛抢答器的设计就有数字电路来控制。
第2章 四人抢答器电路原理及设计
2.1设计任务和要求：
一．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。
二、实验内容和要求
设计实现一个可容纳四组参赛者的数字智力竞赛抢答器。
（1） 计一个智力竞赛抢答器，可同时供4名选手参加比赛，他们的编号分别是1、2、3、4，各用一个抢答按钮
（2） 给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）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，编号立即锁存，并在LED数码管行显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
（4）用555产生频率为1HZ的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。
三、电路原理及设计
电路主要由脉冲产生电路、锁存电路、编码及译码显示电路和LED产生电路组成。当有选手抢答时，首先锁存，阻止其它选手抢答，然后编码，在经4线7段译码器将数字显示在显示器上同时产生LED光。主持人宣布开始抢答，清零显示和LED。
1. 以锁存器为中心的编码显示电路
抢答信号的判断和锁存可采用触发器或锁存器。若以四D触发器74LS175为中心构成编码锁存系统，编码的作用是把锁存器的输出转化为8421BCD码，进而送给7段显示译码器。
抢答信号的锁存可通过D触发器的输出相“与”反馈门控制触发脉冲实现，当无人抢答时，4个D触发器的输出Q非相与，为“1”时，脉冲能够进入触发器，有一人抢答时，与门中有一个变为“0”，使脉冲不能进入触发器，从而防止其他人抢答。
2. 脉冲产生电路：采用555可产生脉冲，电路可通过更改RC参数调整脉冲频率。
3. LED电路的调试。
四、芯片管脚图
1. 图为74LS175芯片的管脚图：
2.左图为芯片74LS00的管脚图，右图为芯片74LS20的管脚图：
3.图为555芯片的管脚图：
4. 图为CD4511芯片的管脚图：
5.数码管的管脚分布图：2.3、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。
2.4、单元电路设计及元器件选择
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。
其工作原理为：当主持人控制开关处于“清除”时，D触发器的清零端为低电平，使D触发器被强制清零，输入的抢答信号无效。当主持人将开关拨到“开始”时，D触发器Q非端前一状态为高电平，四个Q非端与在一起为高电平，再和抢答按键信号和借位信号与在一起给D触发器的脉冲端，当没人抢答时，抢答信号为低电平，与门U11输出端为低电平给D触发器脉冲端，当一有人抢答时，抢答信号为高电平，并和U2的输出信号和借位信号与在一起，使得U11输出端为高电平给D触发器，于是D触发器就有一个上升沿，使得抢答信号经D触发器触发锁存再经过译码器74ls48译码，把相应的信号显示在数码管上。另外，当选手松开按键后，D触发器的Q非前一状态为低电平，与在一起后给与门U11,使得U11的输出端为低电平给D触发器，则D触发器的脉冲输入端恢复原来状态，从而使得其他选手按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性及抢答电路的准确性。当选手回答完毕，主持人控制开关S是抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。
该电路由四个D触发器、与非门及脉冲触发电路等组成。其中S1，S2，S3、S4为抢答人按钮，S5为主持人复位。74LS175为四D触发器。
无人抢答时，S1~S4均未被按下，1D~4D均为低电平，在555定时器电路产生时钟脉冲作用下，1Q立即变为高电平，对应指示灯X1发光，同时数码管显示为1，将555定时脉冲封锁，此时送给74ls175的CLK端不再有脉冲信号，所以74LS175输出不再变化，其他抢答者再按下按钮也不起作用，从而实现了抢答。若要清除，则由主持人按S5按钮完成，并为下一次抢答做好准备。
第3章 安装调试
3.1 安装调试过程
根据要求，原理图设计如下：
3.2工作原理：
该电路由四个D触发器、与非门及脉冲触发电路等组成。其中S1，S2，S3、S4为抢答人按钮，S5为主持人复位。74LS175为四D触发器。无人抢答时，S1~S4均未被按下，1D~4D均为低电平，在555定时器电路产生时钟脉冲作用下，1Q立即变为高电平，对应指示灯X1发光，同时数码管显示为1，将555定时脉冲封锁，此时送给74ls175的CLK端不再有脉冲信号，所以74LS175输出不再变化，其他抢答者再按下按钮也不起作用，从而实现了抢答。若要清除，则由主持人按S5按钮完成，并为下一次抢答做好准备。
3.3 成品调试
1、画出整个系统的电路图，并例出所需器件清单。
2、领取器件，并按电路图接线，认真检查电路是否正确，注意器件管脚的连接，“悬空端”、“清零端”、“置1端”，电源、接地，要正确处理，
3、单元电路检测
接通电源后，双踪示波器观察脉冲电路的输出波形，看其是否满足设计要求，支持人给开始信号，再观察减法计数器的输出经数码管显示是否正确。
观察选手抢答时锁存器输出是否控制其时钟脉冲的通断，从而判断是否自锁了其他选手的抢答信号。抢答信号到BCD码的转化可将转化逻辑的输出与真值表对照检查，看设计是否正确。
主持人开始，计时器到零控制，可检测。
4、系统连调
给整个系统上电，支持人给开始信号，对选手给抢答信号和没有抢答信号分别进行测试，观察抢答的显示结果。
把电路焊好后，首先是对照电路图逐一检查电路有没有漏焊，经检查发现有几个管脚没接，于是细心地接上。然后用万用表逐一检查有没有虚焊或线路断路或线路短路，但没发现有虚焊等问题。下一步就接通电源调试，但电路完全没反应，然后用电源逐个模块进行检查，发现有些管脚还没接上，于是在对照电路图细心地检查，改进后再进行接电调试。
第4章 实习心得
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的'重要环节。回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从理论到实践，在整整一周的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来。从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够透彻，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。
一周的实习，我所收获的不仅是学习知识方面，更多的是生活方面。我了解到，在我们生活中，应该学会与别人共同分享，分享知识，分享问题，这样更有助于我们的交流，有利于我们共同进步，有利于我们对学习养成良好的兴趣。
书香门第
