一、 設計任務與要求
1. 搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0 ~ S7表示。
2. 設定一個系統清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。
3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，並在LED數碼管上顯示，同時揚聲器發出報警聲響提示。選手搶答實行優先鎖存，優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除爲止。
4. 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如30秒）。當主持人啓動"開始"鍵後，定時器進行減計時，同時揚聲器發出短暫的聲響，聲響持續的時間0.5秒左右。
5. 參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，並保持到主持人將系統清除爲止。
6. 如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統報警並禁止搶答，定時顯示器上顯示00。
二、預習要求
1．複習編碼器、十進制加/減計數韉墓ぷ髟 理 ?lt;BR>2．設計可預置時間的定時電路。
3．分析與設計時序控制電路。
4. 畫出定時搶答器的整機邏輯電路圖
三、設計原理與參考電路
1．數字搶答器總體方框圖
如圖11、1所示爲總體方框圖。其工作原理爲：接通電源後，主持人將開關撥到"清除"狀態，搶答器處於禁止狀態，編號顯示器滅燈，定時器顯示設定時間；主持人將開關置?quot;開始"狀態，宣佈"開始"搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內搶答時，搶答器完成：優先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當一輪搶答之後，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩餘時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態開關。
圖11、1數字搶答器框圖
2．單元電路設計
(1) 搶答器電路
參考電路如圖11、２所示。該電路完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先後，並鎖存優先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。工作過程：開關S置於"清除"端時，RS觸發器的 端均爲０，４個觸發器輸出置０，使74LS148的 ＝０，使之處於工作狀態。當開關S置於"開始"時，搶答器處於等待工作狀態，當有選手將鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出 經RS鎖存後，1Q=1, =1,74LS48處於工作狀態，４Q３Q２Q=101,經譯碼顯示爲"５"。此外，1Ｑ＝１，使74LS148 ＝１，處於禁止狀態，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵鬆開即按下時，74LS148的 此時由於仍爲１Ｑ＝１，使 ＝１，所以74LS148仍處於禁止狀態，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優先性。如有再次搶答需由主持人將Ｓ開關重新置?quot;清除"然後再進行下一輪搶答。74LS148爲８線－３線優先編碼器，表11、1爲其功能表。
圖11、２ 數字搶答器電路
表１０、１ 74LS148的功能真值表
(2)定時電路
圖11、3 可預置時間的定時電路
由節目主持人根據搶答題的難易程度，設定一次搶答的時間，透過預置時間電路對計數器進行預置，計數器的時鐘脈衝由秒脈衝電路提供。可預置時間的電路選用十進制同步加減計數器74LS192進行設計，具體電路如圖11、3所示。
（3）報警電路
由555定時器和三極管構成的報警電路如圖11、4所示。其中555構成多諧振盪器，振盪頻率fo＝1．43／［（RI＋2R2）C］，其輸出信號經三極管推動揚聲器。PR爲控制信號，當PR爲高電平時，多諧振盪器工作，反之，電路停振。
圖11、4 報警電路
（4）時序控制電路
時序控制電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下三項功能：
①主持人將控制開關撥到"開始"位置時，揚聲器發聲，搶答電路和定時電路進人正常搶答工作狀態。
②當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發聲，搶答電路和定時電路停止工作。
③當設定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。
圖 11、5 時序控制電路
根據上面的功能要求以及圖 11、2，設計的時序控制電路如圖 11、5所示。圖中，門G1 的作用是控制時鐘信號CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸人使能端 。圖11、4的工作原理是：主持人控制開關從"清除"位置撥到"開始"位置時，來自於圖11、2中的74LS279的輸出 1Q=0，經G3反相， A＝1，則時鐘信號CP能夠加到74LS192的CPD時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。同時，在定時時間未到時，則"定時到信號"爲 1，門G2的輸出 =0，使 74LS148處於正常工作狀態，從而實現功能①的`要求。當選手在定時時間內按動搶答鍵時，1Q＝1，經 G3反相， A＝0，封鎖 CP信號，定時器處於保持工作狀態；同時，門G2的輸出 =1，74LS148處於禁止工作狀態，從而實現功能②的要求。當定時時間到時，則"定時到信號"爲0， =1，74LS148處於禁止工作狀態，禁止選手進行搶答。同時， 門G1處於關門狀態，封鎖 CP信號，使定時電路保持00狀態不變，從而實現功能③的要求。集成單穩觸發器74LS121用於控制報警電路及發聲的時間，其工作原理請讀者自行分析。
四、實驗儀器設備
1. 數字實驗箱。
2. 集成電路74LS148 1片，74LS279 1片，74LS48 3片，74LS192 2片，NE555 2片，74LS00 1片，74LS121 1片。
3. 電阻 510Ω 2只，1KΩ 9只，4.7kΩ l只，5.1kΩ l只，100kΩ l只，10kΩ 1只， 15kΩ 1只， 68kΩ l只。
4. 電容 0.1uF 1只，10uf 2只，100uf 1只。
5. 三極管 3DG12 1只。
6. 其它：發光二極管2只，共陰極顯示器3只。
五、實驗內容及方法
1．組裝調試搶答器電路。
2．設計可預置時間的定時電路，並進行組裝和調試。當輸人1Hz的時鐘脈衝信號時，要求電路能進行減計時，當減計時到零時，能輸出低電平有效的定時時間到信號。
3．組裝調試報警電路。
4．完成定時搶答器的聯調，注意各部分電路之間的時序配合關係。然後檢查電路各部分的功能，使其滿足設計要求。
一、摘 要：數字搶答器由主體電路與擴展電路組成。優先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關啓動報警電路，以上兩部分組成主體電路。透過定時電路和譯碼電路將秒脈衝產生的信號在顯示器上輸出實現計時功能，構成擴展電路。經過佈線、焊接、調試等工作後數字搶答器成形。
關鍵字： 搶答電路 定時電路 報警電路 時序控制
Summary
The figure vies for the answering device by the subject circuit and expands the circuit to make up . Have priority in code circuit , latch , decipher circuit and export the input signal of the entrant team on the display; Starting the warning circuit with the control circuit and host's switch, two the above-mentioned parts make up the subject circuit. Through timing circuit and decipher second signal function while outputs and realizes counting on the displaying that pulse produce circuit, form and expand the circuit. Through connect up , weld , debug figure vie for answering device take shape after the work.
Key word： Vie for answering the circuit Timing circuit Warning circuit Time sequence controlling
三、方案論證與比較：與普通搶答器相比，本作品有以下幾方面優勢：
1、具有清零裝置和搶答控制，可由主持人操縱避免有人在主持人說“開始”前提前搶答違反規則。
2、具有定時功能，在30秒內無人搶答表示所有參賽選手獲參賽隊對本題棄權。
3、30秒時仍無人搶答其報警電路工作表示搶答時間耗盡並禁止搶答。
四、總體設計思路：
（一）設計任務與要求：
1.搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0 ~ S7表示。
2.設定一個系統清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。
3.搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，並在LED數碼管上顯示，同時揚聲器發出報警聲響提示。選手搶答實行優先鎖存，優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除爲止。
4.搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如30秒）。當主持人啓動"開始"鍵後，定時器進行減計時，同時揚聲器發出短暫的聲響，聲響持續的時間0.5秒左右。
5.參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，並保持到主持人將系統清除爲止。
6.如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統報警並禁止搶答，定時顯示器上顯示00。
（二）設計原理與參考電路
1．數字搶答器總體方框圖
如圖11、1所示爲總體方框圖。其工作原理爲：接通電源後，主持人將開關撥到"清除"狀態，搶答器處於禁止狀態，編號顯示器滅燈，定時器顯示設定時間；主持人將開關置“開始”狀態，宣佈"開始"搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內搶答時，搶答器完成：優先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當一輪搶答之後，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩餘時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態開關。
五、多功能硬件與軟件設計及其理論分析與計算：
各單元部分電路設計如下：
(1) 搶答器電路
參考電路如圖２所示。該電路完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先後，並鎖存優先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。工作過程：開關S置於"清除"端時，RS觸發器的 端均爲０，４個觸發器輸出置０，使74LS148的 ＝０，使之處於工作狀態。當開關S置於"開始"時，搶答器處於等待工作狀態，當有選手將鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出 經RS鎖存後，1Q=1, =1,74LS48處於工作狀態，４Q３Q２Q=101,經譯碼顯示爲"５"。此外，1Ｑ＝１，使74LS148 ＝１，處於禁止狀態，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵鬆開即按下時，74LS148的 此時由於仍爲１Ｑ＝１，使 ＝１，所以74LS148仍處於禁止狀態，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優先性。如有再次搶答需由主持人將Ｓ開關重新置“清除”然後再進行下一輪搶答。74LS148爲８線－３線優先編碼器，表1爲其功能表。
表１ 74LS148的功能真值表
由節目主持人根據搶答題的難易程度，設定一次搶答的時間，透過預置時間電路對計數器進行預置，計數器的時鐘脈衝由秒脈衝電路提供。可預置時間的電路選用十進制同步加減計數器74LS192進行設計，具體電路如圖3所示。表2爲74192的真值表。
（3）報警電路
由555定時器和三極管構成的報警電路如圖4所示。其中555構成多諧振盪器，振盪頻率fo＝1．43／［（RI＋2R2）C］，其輸出信號經三極管推動揚聲器。PR爲控制信號，當PR爲高電平時，多諧振盪器工作，反之，電路停振。
4）時序控制電路
時序控制電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下三項功能：
①主持人將控制開關撥到"開始"位置時，揚聲器發聲，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態。
②當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發聲，搶答電路和定時電路停止工作。
③當設定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。
根據上面的功能要求以及圖 2，設計的時序控制電路如圖 5所示。圖中，門G1 的作用是控制時鐘信號CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸人使能端 。圖11、4的工作原理是：主持人控制開關從"清除"位置撥到"開始"位置時，來自於圖11、2中的74LS279的輸出 1Q=0，經G3反相， A＝1，則時鐘信號CP能夠加到74LS192的CPD時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。同時，在定時時間未到時，則"定時到信號"爲 1，門G2的輸出 =0，使 74LS148處於正常工作狀態，從而實現功能①的要求。當選手在定時時間內按動搶答鍵時，1Q＝1，經 G3反相， A＝0，封鎖 CP信號，定時器處於保持工作狀態；同時，門G2的輸出 =1，74LS148處於禁止工作狀態，從而實現功能②的要求。當定時時間到時，則"定時到信號"爲0， =1，74LS148處於禁止工作狀態，禁止選手進行搶答。同時， 門G1處於關門狀態，封鎖 CP信號，使定時電路保持00狀態不變，從而實現功能③的要求。集成單穩觸發器74LS121用於控制報警電路及發聲的時間。
六、系統的組裝與調試及測試方法：
3塊實驗電路板分別做成數字搶答器電路、可預置時間的定時電路、報警電路及時序控制電路，根據EWB仿真電路及工程上的可操作性佈置芯片、元件、導線等。
在焊接過程中，由於經驗不足多次發生虛焊或者相鄰焊點接觸導致短路等事故，心急時也有小組成員被電烙鐵燙傷的事發生。
製作的第一塊板即數字搶答電路板一開始測試時不能工作，又由於沒有穩壓電源而不能檢驗。情急之下，靈機一動，把3節乾電池製成4.5伏電壓源，又用萬用表逐點排查，原來有虛焊的點。找出原因後並排斥故障後，電路板正常工作。深感欣慰！
製作第2塊板即可預置時間的定時電路時，3位成員都已有了自我感覺十分嫺熟的焊接技術，不料忙中出錯，重蹈覆轍，又有虛焊點。遂相互提醒，前事不忘，後事之師。
七、EWB仿真圖：
由於EWB中沒有74LS121，並且沒有可以代替的74LS221，故時序控制電路的仿真無法完成。
八、儀器：
1. 數字實驗箱。
2. 集成電路74LS148 1片，74LS279 1片，74LS48 3片，74LS192 2片，NE555 2片，74LS00 1片，74LS121 1片。
3. 電阻 510Ω 2只，1KΩ 9只，4.7kΩ l只，5.1kΩ l只，100kΩ l只，10kΩ 1只， 15kΩ 1只， 68kΩ l只。
4. 電容 0.1uF 1只，10uf 2只，100uf 1只。
5. 三極管 3DG12 1只。
6. 其它：發光二極管2只，共陰極顯示器3只。
九、擴展功能：
1、可以設計聲控裝置，在主持人說開始時，系統自動完成清零並開始計時的功能。
2、在主持人讀題的過程中，禁止搶答，可以在主持人控制的開關上另接一個與圖2一樣的電路，即可實現“違規者可見”的功能，即在主持人讀題時如果有人違反比賽規定搶先按動按鈕，顯示器可以顯示是哪個參賽隊搶先，便於作出相應的處理。如果提供相應的器材及時間上的寬限，我想我們已定可以完成上述擴展功能，進一步完善我們的作品。
十、心得體會：
經歷數星期的電子競賽眼看塵埃落定，感覺忍不住要長出一口氣。我們組的3位成員除學習外均有一定的日常工作，數日來，爲了這個競賽可謂廢寢忘食，在實驗室裏日出而作，日落不息。將所有的課餘時間均奉獻給了這個比賽。
結果怎樣已然不再重要，在這幾日裏，我們經歷了階段性成功的狂喜、測試失敗後的絕望、陷入困境時的不知所措，重新投入的振作。這樣的比賽是無法孤軍作戰的，只有通力合作纔有可能成功。3位成員在數日裏的朝夕相伴中培養出了無與倫比的默契和深厚的友誼。
由於前幾次去實驗室比較晚，結果沒有空餘的電腦可供使用，我們商量後，決定早上6點到實驗室。於是，在零下的溫度下，我們陸續到達。途中數次感嘆，早晨的空氣真好。
除此之外，我們學會了焊接電路板，掌握了書本以外的電子技術知識，培養了專心致志的工作學習習慣，懂得了相互之間的理解與體諒，可謂獲益匪淺。
如果非要用一句話來概括我們的體會的話，那隻能是：痛並快樂着。
十一、致謝：
感謝電氣工程學院提供者次比賽的機會；感謝長通公司提供電子器件；感謝電子實習基地提供場所及工具；感謝電子資訊系主任王建元老師在我們陷入困境時的點撥；感謝我隊指導於建立同學對我們的切實指導；感謝02級學長學姐們在實驗室對我們的幫助與鼓勵。
十二、參考文獻：1.《數學電路與邏輯設計》曹國清主編；中國礦業大學出版社
2.《電子技術課程設計》歷雅萍、易映萍編；高等教育出版社
3.《電子技術課程設計指導》彭介華 主編；高等教育出版社
4.《電子線路設計、實驗、測試》 謝自美主編；華中理工出版社
5.《經典集成電路400例》任致程主編；機械工業出版社
1、《電子技術基礎.數字部分（第四版）》 高等教育出版社2003年3月 主編：康華光
2、《74系列芯片手冊》 重慶大學出版社 1999年9月 主編：李海 二、 參考元件
74LS148 74LS279 74LS48 74LS192 NE555
74LS00 74LS121 發光二極管 共陰極顯示器
目錄：
緒論
原理分析與電路設計
一、設計內容與要求：
1）設計內容
2）學習要求
3) 設計要求
二、元器件的功能和作用
-------集成電路定時器555及其基本應用
三、設計原理與參考電路
1)數字搶答器總體方框圖
2)電路及其電路圖
四、整機電路設計
五、實驗調試
六、電路的檢測方法
感想
參考文獻
緒論
數字技術是當前發展最快的學科之一，數字邏輯器件已從60年代的小規模集成電路（SSI）發展到目前的中、大規模集成電路（MSI、LSI）及超大規模集成電（VLSI）。相應地，數字邏輯電路的設計方法在不斷地演變和發展，由原來的單一的硬件邏輯設計發展成三個分支，即硬件邏輯設計（中、小規模集成器件）、軟件邏輯設計（軟件組裝的LSI和VSI，如微處理器、單片機等）及兼有二者優點的專用集成電路（ASIC）設計。
目前數字電子技術已經廣泛地應用於計算機，自動控制，電子測量儀表，電視，雷達，通信等各個領域。例如在現代測量技術中，數字測量儀表不僅比模擬測量儀表精度高，功能高，而且容易實現測量的自動化和智能化。隨着集成技術的發展，尤其是中，大規模和超大規模集成電路的發展，數字電子技術的應用範圍將會更廣泛地滲透到國民經濟的各個部門，並將產生越來越深刻的影響。隨着現代社會的電子科技的迅速發展，要求我們要理論聯繫實際，，數字電子邏輯課程設計的進行使我們有了這個非常關鍵的機會，透過這種綜合性訓練，要學生達到以下的目的和要求：
1.結合課程中所學的理論知識，獨立設計方案。達到學有所用的目的.
2.學會查閱相關手冊與資料，透過查閱手冊和文獻資料，進一步熟悉常用電子器件類型和特性，並掌握合理選用的原則，培養獨立分析與解決問題的能力。
這次課程設計是在我們指導老師的帶領下，由我們學生自主設計並完成的，主要是對我們上學期所學≤數學電路與邏輯設計≥這門課程的一次複習和實際的應用，主要訓練和提高的有以下幾個方面：
1．複習編碼器、十進制加/減計數器的工作原理。
2．設計可預置時間的定時電路。
3．分析與設計時序控制電路。
對於搶答器我們大家都知道那是用於選手做搶答題時用的，選手進行搶答，搶到題的選手來回答問題。搶答器不僅考驗選手的反應速度同時也要求選手具備足夠的知識面和一定的勇氣。選手們都站在同一個起跑線上，體現了公平公正的原則。