实验三  8人智力竞赛抢答电路设计

• 实验目的

1. 设计一个能支持八路抢答的智力竞赛抢答器；
2. 主持人按下开始抢答的按键后，有短暂的报警声提示抢答人员抢答开始且指示灯亮表示抢答进行中；
3. 在开始抢答后数码管显8秒倒计时；
4. 有抢答人员按下抢答键后，在数码管上显示抢答成功人员的编号，倒计时暂停，同时后续抢答人员的抢答将无效；
5. 当主持人再次按下按键回到复位状态，倒计时的数码管保持显示8，显示人员编号的数码管灭，指示灯灭。

• 实验要求

1. 一人一组，独立上机。
2. 在电脑上利用Multisim软件完成实验内容。

• 实验内容

1. 利用数字电路设计一个八路抢答器，允许八路参加，并具有锁定功能，用LED显示最先抢答的队号码，系统设置外部清除键，按动清除键，LED显示器自动清零灭灯。
2. 数字显示功能：数字抢答器定时为8S，启动开启键以后要求

Ⅰ)定时开始；

Ⅱ)扬声器要短暂报警；

Ⅲ)发光二极管亮灯；如果在8S内抢答有效,计时结束，8S内抢答无效，发光二极管灯灭。

• 设计过程

抢答电路、定时电路、报警电路在内的三部分电路组成。抢答电路由按键、锁存器、优先编码器、数码管译码驱动器等器件组成；定时电路由555定时器、计数器、锁存器、数码管译码驱动器、开关等器件组成：报警电路由蜂鸣器、单稳态脉冲触发芯片等器件组成。

1. 抢答器的设计

     当主持人控制开关J0处于断开状态时，74LS373的锁存控制端由定时器决定，当定时器不工作时，为低电平锁存，Q不随数据D而变。同时由于开关J0断开，数码管的共阴极为高电平，这样就不会在未抢答状态下显示号码了。而此时74LS148的输入为八个高电平输出为三个高电平如果不加控制经与非门输出后会在数码管上显示数字7。当开关J0被触发时，定时器开始工作，进入抢答状态。此时由于定时器是工作状态，所以74LS373的锁存控制端为1，不会阻止数据的通过。当第一个按键按下时，定时器暂停，则74LS373的锁存控制端ENG变为低电平，锁存此时的Q值。理论上该值只有一个为低电平，其余为高电平，为低电平的那个即为抢答的成功的那个。这时对74LS148来说就有了有效输入(某个输入端变为0)，通过与非门编码得到一个数字作为数码管的输入在数码管上显示出来。这样就完成了从抢答到显示的工作。

1. 定时器原理

     该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、同步加减计数器74LS190N构成的减法计数电路、以及1个4段数码管即相关电路组成。

其中555定时器和两个电阻、一个电容构成多谐振荡器产生周期为一秒的脉冲接到74LS192的减计数端进行每秒一次的减计数。其震荡周期的计算公式为T=(R1+R2)C1*Ln2。在电路中R1=1K欧，R2=68K欧，C1=10uF,震荡周期为T=(1K+68K)*10uF*Ln2=1S。一片74LS190N构成8进制减计数器。

1. 报警电路原理

     当有脉冲到达时单稳态触发器进入暂稳态，输出高电平使蜂鸣器响进行发声报警。在暂稳态维持一段时间后，自动返回稳态回到低电平，蜂鸣器停止发声。将单稳态触发器的脉冲输入接到开关上，当开关闭合时产生一个脉冲使蜂鸣器发声。电路有TTL集成单稳态触发器构成。输出脉冲宽度公式为Tw=1.1RC。随着Tw宽度的增加，它的精度和稳定度也会随着下降这里R取20干欧姆，C取1uf。得到Tw约为0.2秒。当输入下降沿时蜂鸣器就会响0.2秒。

1. 具体设计电路

 

• 电路运行示意图

按下J0开始抢答，当按下某一开关时暂停计时，并在数码管上显示出对应的数字