智力竞赛抢答器逻辑电路课程设计辽宁工程技术大学.doc

课程设计名称： 电子技术课程设计

题 目：智力竞赛抢答器逻辑电路设计

学 期：2023-2023学年第2学期
专 业： 自动化
班 级： 自动化12-4
姓 名： 吴耀辰
学 号：
指导教师： 曹媛

辽宁工程技术大学
课 程 设 计 成 绩 评 定 表

评

定

标

准
评估指标
标准
评估
合格
不合格
单元电路及
整体设计方案
合理性

对的性

创新性

仿真或实践
是否进行仿真
或实践

技术指标或性能符合设计规定

有完毕结果

设计报告
格式对的

内容充实

语言流畅

标准说明：以上三大项指标中，每大项中有两小 项或三小项合格，视为总成绩合格。
总成绩

日期
年 月 日

课程设计任务书

一、设计题目
智力竞赛抢答器逻辑电路设计

二、设计任务
1. 抢答组数为4组或8组。
2. 抢答器应具有互锁功能，某组抢答后能自动封锁其他各组进行抢答。
3. 用数码管显示抢答组号码。
4. 有音响提醒装置，有灯光指示装置
5. 主持人应有复位按钮。

三、设计计划
电子技术课程设计共1周。
第1天：查找相关资料；
第2天：拟定总体方案；
第3天：器件选择；
第4天：设计硬件电路；
第5天：整理报告。

四、设计规定
1．拟定原理方框图。
2．画出整个系统电路原理图。
3．对所设计的电路进行分析。
4．心得体会。

指 导 教师：
时 间： 年 月 日
摘要

智力竞赛抢答器是一个供参赛组进行智力竞赛的装置，该装置由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存电路、译码电路将参赛组的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定期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记时功能，构成扩展电路。本文具体介绍了抢答器的设计方案、功能及在设计过程中所做的改善。

关键词 ：抢答电路；定期电路；报警电路；时序控制

目录

综述···························································1
1 方案设计与分析
1.1 抢答电路···················································2
1.2 灯光效果电路···············································2
1.3 声音效果电路···············································2
1.4 主持人复位开关·············································2
2 电路的设计框图及功能描述
2.1 电路的设计框图·············································3
2.2 电路的功能描述·············································3
3 电路原理及仿真
3.1 电路原理···················································4
3.2 电路仿真
3.2.1 第一组抢答成功···········································4
3.2.2 其他组抢答成功···········································6
课程设计体会···················································8
参考文献·······················································9
综述

智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，而抢答就是智力竞赛中非经常见的一种答题方式。抢答能引起参赛者观众的极大爱好，并且能在极短的时间内，使人们迅速增长一些科学知识和生活常识。但是，在这类比赛中于谁先谁后抢答，在何时抢答，如何计算答题时间等等问题，若是仅凭主持人的主观判断，就很容易出现错误所以我们就需要一种具有自动锁存，置位，清零等功能智能抢答器来解决这些问题。在本次设计中，将重要设计一个定期抢答器。

1 方案设计与分析
1.1 抢答电路
抢答电路为整个电路的核心，有两个方案可供选择：
方案1：采用cd4511芯片来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毕抢答部分。虽然元件较多，但在实现锁存功能时可以简朴的实现。
通过对比两方案的优缺陷，决定采用抢答信号锁存简朴实现的方案2。
a如何连接D触发器：将他们的四个输入端作为四位选手手中的抢答器开关，将将四个输出端接在数字显示器上（LED数码管）上，可以显示抢道题目的选手的编号。主持人的开关接在两个双D触发器的清零端，以便控制四位选手手中的抢答器。
b如何封锁ＣＰ脉冲：当有选手摁下抢答器时脉冲将一直置1或置0，要实现这个功能是可以将CP脉冲和四个D触发器的Q反端接通过与门的结果和CP脉冲接在与非门的输入端，将输出端接到四个D触发器CP脉冲端。这样就实现了封锁脉冲。没有一个组摁下手中抢答器时，进入D触发器CP脉冲会0101的变换，但是只要有人摁下手中抢答器进入D触发器的CP脉冲只会是1。没有了脉冲上升沿这个条件输入如何变换D触发器的输出都不会变。
1.2 灯光效果电路
灯光效果电路由一个半导体数码管，与抢答电路的输出端连接而成。可根据抢答情况显示小组编号（1或2或3或4）。
1.3 声音效果电路
声音效果电路由四个蜂鸣器，与各组抢答电路的输出端连接而成。蜂鸣器位于各小组所在区域内，观众可根据声音位置判断抢答成功的组别。
1.4 主持人复位开关
主持人的开关和D触发器清零端相连。蜂鸣器和LED数码管的提醒延续到主持人清零为止，不能再变。当一轮抢答结束后，主持人将其清零，准备下一轮抢答。

2 电路的设计框图及功能描述
2.1 电路的设计框图
电路的设计框图如图2-1
主持人控制开关

下一轮开始

抢答开始

蜂鸣器提醒

锁存CP
数码管提醒

其他小组无效

图2-1 电路的设计框图

2.2 电路的功能描述
抢答开始时，主持人按下置零开关，各小组开始抢答。当某小组先于其他小组按下抢答按钮时，该小组相应的D触发器输入信号为1，输出信号为1，输出端所连接的蜂鸣器发声，晶体数码管显示相应组的编号；与此同时，该小组D触发器Q非输出端为0，致使四个Q非的输出端相与的结果为0，0与非1KHz脉冲的结果为1，使D触发器的输入脉冲不再有上升沿。由于D触发器是上升沿触发的，因此当输入脉冲没有上升沿时，D触发器的输出不变，所以此时即使其余小组按动抢答按钮，也不会有任何效果。这样便达成了“某组抢答后能自动封锁其他各组进行抢答”的效果。
以此循环。

3 电路原理及仿真
3.1 电路原理
电路原理如图3-1

图3-1 电路原理

3.2 电路仿真
3.2.1 第一组抢答成功
主持人按下清零开关后，第一组一方面按下抢答开关，此时第一组蜂鸣器发声，相应数码管显示1，其它数码管显示0（如图3-2）；此时其它组抢答器已锁定，即使按下抢答按钮，也不会有任何反映（如图3-3）。当下一轮抢答开始时，主持人按下清零按钮，数码管被清零，抢答器被激活，各小组即可抢答（如图3-4）。

图3-2 第一组抢答成功
图3-3 其它组抢答器已锁定

图3-4 主持人清零
3.2.2 其他组抢答成功
第二、三、四组抢答成功情况见图3-5，图3-6，图3-7.

图3-5 第二组抢答成功

图3-6 第三组抢答成功

图3-7 第四组抢答成功

课程设计体会
通过一周的努力，课程设计终于完毕。虽然课题简朴，仍碰到诸多困难，暴露出知识的缺少，对画图和仿真软件的不熟悉等短板，我深知自己差的很多。
这个课题用到了数字电路方面的知识，通过这次课程设计，使我对D触发器，RS触发器以及其他集成电路有了一定的了解。更重要的是，我初步掌握了仿真软件的操作。这对我来说是从零到一的奔腾。
之前对知识的理解乃纸上谈兵，过于死板，这次课程设计使我受益匪浅。我了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的结识 。刚拿到课程设计的题目，起初不知该从何下手，在查阅了大量的资料后，终有所获。在资料和电脑前思考的过程是苦涩的，但当课程设计完毕时，那感觉是舒适的，才真正理解到没有付出就不会有回报的真正涵义，一份耕耘一份收获，有付出才会有回报。这个过程中我也学会了如何去更有效地学习，学会了如何快速高效的搜集自己所需的资料。
此外，这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我学习生涯上一个非常美好的回忆！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。在设计的过程中碰到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会碰到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的局限性之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。 
以后我会积极参与一些实践活动，进一步增强自己的动手能力。这次课程设计获益匪浅，也得到了老师和同学的帮助，再一次对大家表达感谢！

参考文献
[1] 阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京.高等教育出版社.2023
[2] 陈传虞.脉冲与数字电路（第二版）[M].北京.高等教育出版社. 1991
[3] 熊耀辉.电子线路.高等教育出版社[M].2023
[4] 王毓银.数字电路逻辑设计[M].高等教育出版社. 1999
[5] 郑家龙、王小海、章安远主编《集成电子技术基础》[M].东北大学出版社 .2023