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摘要：本次数字电路课程设计，设计的是一个八路的智力搶答器，运用了74系列的常用集成电路，包含秒脉冲产生模块，抢答电路模块，倒计时模块，选手计分和犯规报警等相关模块构成。在实现了基础的抢答功能和自动倒计时功能的同时扩展了计分和报警电路。报告中详细的写出了相关芯片参数，各模块功能实现的原理介绍，以及一系列的模块仿真和全仿真电路图。
关键词：抢答器;设计;方案;仿真中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-03-129
抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机或数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。随着科技的发展，现在的抢答器有着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答器必将大有市场。因此，我选择简易逻辑数字抢答器这一课题。目前市场上的抢答器有JLQ-2 普通型抢答器、JLQ-3型 带到计时型抢答器、JLJ-2型 3位LED电子记分器、SPC-7A单屏小型、SPC-7B 单屏中型、智力竞赛抢答器、有锁定功能抢答器、多功能智力抢答器……这些抢答器具备定时抢答、定时回答、显示组号、显示时间、违例、复位、 抢答声响及计时终止音讯。预置抢答规定时限、答题时间，倒计时等功能，比赛程序全自动进行。超大屏幕数码显示分数、组别、时间、声音、直观清晰、微电脑自动计时、定时、自动判别抢答、公证准确。还可时间设定，抢答时限规定：01～99秒可调，答题时限规定：01～99秒可调。特点：可悬挂式显示屏主机，真正LED数码管显示，电视台专用、特大、带灯光抢答器按钮;做工精细，操作简便，且安装简单。
一、设计背景
现在的工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛， 抢答记分器是必要设备，适用于各类知识竞赛、文娱综艺节目，尤其是在电视上的各种知识竞赛。作为一个经典的电子电路设计题目，抢答器设计难度适宜，其中使用的元器件覆盖面较宽，对于刚学习完数电知识后的我能够提供更好的巩固效果。所以最后选择了抢答器作为我的课程设计题目。
二、总体方案设计
通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了两种技术方案来实现系统功能。下面我将首先对这两种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述我最终选择方案的原因。
三、方案比较
通过对方案一和方案二的比较可以看出，主要的区别方案一先进行编码后进行锁存。方案二是先进行锁存后进行编码。方案一是先编码后进行锁存，通过输入的编码输出来控制锁存，从而达到锁存。而方案二是先锁存，然后通过译码器输出，这种连接方式可以增强抗干扰能，但其线路过于复杂，需要用到的连线较多，芯片资料也不好查找，所以它不是首选方案。
1、方案一
该方案设计是一个典型的抢答器电路设计，它涉及到的模块不多，原理也较为简单明了。抢答按钮被按下时，通过优先编码电路进行编码，通过锁存器进行锁存后达到让其他抢答无效，锁存后，其他抢答按钮再按下无效。再由译码电路译码，由译码显示选手的编号由555构成的单稳态组成一个定时器，定时20秒，由555构成的多谐振荡器使定时电路倒计时。主持人通过锁存器控制清零端。当主持人按下清零按钮时，译码电路的输入全为零，从而达到清零的目的。期中若有选手抢先犯规抢答，报警器会发出警报。其次若有选手在倒计时结束后继续抢答，报警器也会发出警报。同时还可以对每组选手的抢答情况进行加分减分。
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;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。如果再次抢答必须由主持人有控制电路再次操作"清除"和"开始"状态开关，清除和开始均有控制电路进行控制。
抢答按钮被按下时，通过优先编码电路进行编码，通过锁存器进行锁存后达到禁止其他抢答，锁存后，其他抢答按钮再按下无效。控制电路对优先编码电路和锁存器进行控制，并且由主持人开关控制。在由译码电路译码，由译码显示选手的编号。同时，若有选手犯规，报警器会报警。
2、方案二
方案二为当某一选手按下抢答按钮，先经由锁存器锁存，达到其他选手再抢答便无效的目的，再通过优先编码器进行编码，从而共同实现当一名选手按下抢答按钮后其余选手再按无效，然后通过优先编码器对输入的信号进行编码，然后经由译码电路，最后在LED数码管显示器上显示对应的编号，从锁存器的一个端口出来的信号通过定时电路和脉冲产生电路，实现20秒的定时。主持人在译码器的输入端有一个控制按钮，当一按下时，译码器的输入为零，从而实现清零功能。这样设计的电路就可以实现很强的先后分辨能力，即使先后只差几毫秒也可以分辨出来。同时只要主持人不清零，选手的编号就会一直保持下去。本抢答器可同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个开关S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8表示。同时设置一个系统清除和抢答控制开关，该开关由主持人控制。此抢答器应具有数据锁存功能与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在数码管上显示， 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零为止。
3、方案论证
通过对方案一和方案二的比较可以看出，主要的区别方案一先进行编码后进行锁存。方案二是先进行锁存后进行编码。方案一是先编码后进行锁存，通过输入的编码输出来控制锁存，从而达到锁存。但方案一有个问题就是输入的信号和从编码器输出的信号的一个先后顺序，存在竞争。如果编码器输出信号的传到速度比信号的输入速度快，在实际电路仿真中，有可能不能达到好的锁存效果，造成抢答器的一些功能无法实施。方案二则不会有此类问题产生，只要有选手按下抢答按钮，就有信号输入到锁存器，再由锁存器作用编码器，使得锁存器发挥作用，不会产生信号的竞争。
4、方案选择
综上分析，此设计方案选择方案一。其原理简单逻辑性上更加容易理解，而且使用模块化的电路便于连线，便于调试。实现出的功能状态也很好。
参考文献
[1] 康华光.电子技术基础[M].第六版.北京：高等教育出版社，2014
[2] 陈明义.电子技术课程设计实用教程[M].第三版.长沙：中南出版社，2010
[3] 高吉祥.电子技术基础实验与课程设计[M].北京：电子工业出版社，2002
[4] 程佩青.数字信号处理教程[M].北京：清华大学出版社，2003
[5] 刘修文.使用电子电路设计制作300例[M]. 北京：高等教育出版社， 2002
[6] 郑家龙.集成电子技术基础教程[M].北京：高等教育出版社，2003
作者简介：
奂炜辰（1999-），男，汉，四川省眉山市，本科，研究方向：自动化
程杨辉（1998-），男，汉，四川省南充市，本科，研究方向：自动化
李浪（1998-），男，汉，四川省南充市，本科，研究方向：自动化
文伟（2000-），男，汉，四川省南充市，本科，研究方向：自动化
关键词：抢答器;设计;方案;仿真中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-03-129
抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机或数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。随着科技的发展，现在的抢答器有着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答器必将大有市场。因此，我选择简易逻辑数字抢答器这一课题。目前市场上的抢答器有JLQ-2 普通型抢答器、JLQ-3型 带到计时型抢答器、JLJ-2型 3位LED电子记分器、SPC-7A单屏小型、SPC-7B 单屏中型、智力竞赛抢答器、有锁定功能抢答器、多功能智力抢答器……这些抢答器具备定时抢答、定时回答、显示组号、显示时间、违例、复位、 抢答声响及计时终止音讯。预置抢答规定时限、答题时间，倒计时等功能，比赛程序全自动进行。超大屏幕数码显示分数、组别、时间、声音、直观清晰、微电脑自动计时、定时、自动判别抢答、公证准确。还可时间设定，抢答时限规定：01～99秒可调，答题时限规定：01～99秒可调。特点：可悬挂式显示屏主机，真正LED数码管显示，电视台专用、特大、带灯光抢答器按钮;做工精细，操作简便，且安装简单。
一、设计背景
现在的工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛， 抢答记分器是必要设备，适用于各类知识竞赛、文娱综艺节目，尤其是在电视上的各种知识竞赛。作为一个经典的电子电路设计题目，抢答器设计难度适宜，其中使用的元器件覆盖面较宽，对于刚学习完数电知识后的我能够提供更好的巩固效果。所以最后选择了抢答器作为我的课程设计题目。
二、总体方案设计
通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了两种技术方案来实现系统功能。下面我将首先对这两种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述我最终选择方案的原因。
三、方案比较
通过对方案一和方案二的比较可以看出，主要的区别方案一先进行编码后进行锁存。方案二是先进行锁存后进行编码。方案一是先编码后进行锁存，通过输入的编码输出来控制锁存，从而达到锁存。而方案二是先锁存，然后通过译码器输出，这种连接方式可以增强抗干扰能，但其线路过于复杂，需要用到的连线较多，芯片资料也不好查找，所以它不是首选方案。
1、方案一
该方案设计是一个典型的抢答器电路设计，它涉及到的模块不多，原理也较为简单明了。抢答按钮被按下时，通过优先编码电路进行编码，通过锁存器进行锁存后达到让其他抢答无效，锁存后，其他抢答按钮再按下无效。再由译码电路译码，由译码显示选手的编号由555构成的单稳态组成一个定时器，定时20秒，由555构成的多谐振荡器使定时电路倒计时。主持人通过锁存器控制清零端。当主持人按下清零按钮时，译码电路的输入全为零，从而达到清零的目的。期中若有选手抢先犯规抢答，报警器会发出警报。其次若有选手在倒计时结束后继续抢答，报警器也会发出警报。同时还可以对每组选手的抢答情况进行加分减分。
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;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。如果再次抢答必须由主持人有控制电路再次操作"清除"和"开始"状态开关，清除和开始均有控制电路进行控制。
抢答按钮被按下时，通过优先编码电路进行编码，通过锁存器进行锁存后达到禁止其他抢答，锁存后，其他抢答按钮再按下无效。控制电路对优先编码电路和锁存器进行控制，并且由主持人开关控制。在由译码电路译码，由译码显示选手的编号。同时，若有选手犯规，报警器会报警。
2、方案二
方案二为当某一选手按下抢答按钮，先经由锁存器锁存，达到其他选手再抢答便无效的目的，再通过优先编码器进行编码，从而共同实现当一名选手按下抢答按钮后其余选手再按无效，然后通过优先编码器对输入的信号进行编码，然后经由译码电路，最后在LED数码管显示器上显示对应的编号，从锁存器的一个端口出来的信号通过定时电路和脉冲产生电路，实现20秒的定时。主持人在译码器的输入端有一个控制按钮，当一按下时，译码器的输入为零，从而实现清零功能。这样设计的电路就可以实现很强的先后分辨能力，即使先后只差几毫秒也可以分辨出来。同时只要主持人不清零，选手的编号就会一直保持下去。本抢答器可同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个开关S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8表示。同时设置一个系统清除和抢答控制开关，该开关由主持人控制。此抢答器应具有数据锁存功能与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在数码管上显示， 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零为止。
3、方案论证
通过对方案一和方案二的比较可以看出，主要的区别方案一先进行编码后进行锁存。方案二是先进行锁存后进行编码。方案一是先编码后进行锁存，通过输入的编码输出来控制锁存，从而达到锁存。但方案一有个问题就是输入的信号和从编码器输出的信号的一个先后顺序，存在竞争。如果编码器输出信号的传到速度比信号的输入速度快，在实际电路仿真中，有可能不能达到好的锁存效果，造成抢答器的一些功能无法实施。方案二则不会有此类问题产生，只要有选手按下抢答按钮，就有信号输入到锁存器，再由锁存器作用编码器，使得锁存器发挥作用，不会产生信号的竞争。
4、方案选择
综上分析，此设计方案选择方案一。其原理简单逻辑性上更加容易理解，而且使用模块化的电路便于连线，便于调试。实现出的功能状态也很好。
参考文献
[1] 康华光.电子技术基础[M].第六版.北京：高等教育出版社，2014
[2] 陈明义.电子技术课程设计实用教程[M].第三版.长沙：中南出版社，2010
[3] 高吉祥.电子技术基础实验与课程设计[M].北京：电子工业出版社，2002
[4] 程佩青.数字信号处理教程[M].北京：清华大学出版社，2003
[5] 刘修文.使用电子电路设计制作300例[M]. 北京：高等教育出版社， 2002
[6] 郑家龙.集成电子技术基础教程[M].北京：高等教育出版社，2003
作者简介：
奂炜辰（1999-），男，汉，四川省眉山市，本科，研究方向：自动化
程杨辉（1998-），男，汉，四川省南充市，本科，研究方向：自动化
李浪（1998-），男，汉，四川省南充市，本科，研究方向：自动化
文伟（2000-），男，汉，四川省南充市，本科，研究方向：自动化