八路智力竞赛抢答器

2010级EDA技术

八路智力竞赛抢答器

学生姓名 李文海

学 号 201009120239

所属学院 理学院

专 业 电子信息工程

班 级 二班

日 期 2012/11/29

八路智力竞赛抢答器

一、设计题目

八路智力竞赛抢答器

二、课程设计目的

1、培养数字电路的设计能力。

2、掌握抢答器电脑设计方法。

三、设计内容和要求

3.1 设计内容

⒈设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的编号分别是1、2、3、4、5、6、7、8，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。

⒉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。

⒊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数码管上显示出选手的编号，同时蜂鸣器给出音响提示。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.用中小规模集成电路组成智力竞赛抢答器电路，画出各单元电路图和

总体逻辑框图，正确描述各单元功能，合理选用电路器件，画出完整的电路设计图以及写出设计总结报告

3.2 设计要求

⒈抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定

(如30s)。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时蜂鸣器发出声响。

⒉参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器

上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。

⒊如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统

短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。

四、设计总体框

如图（一）所示为八路智力竞赛抢答器的总体方框图。其工作原理如下：

八路智力竞赛抢答器

抢答器系统原理框图如上所示。它由主体电路和扩展电路两部分组成，主体电路完成基本抢答后，选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答，扩展电路完成定时抢答的功能

五、单元电路设计方案和原理说明

⒈抢答器电路设计

其原理说明：

(1)、抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的先后，并锁存优先

抢答者的编号，供译码显示译码电路用；二是要使其它选手按键操作无

效。

(2)、选用优先编码器74LS148、RS锁存器、译码器7448组成抢答电路

(3)、抢答电路工作原理：当控制开关置于“清除”位置时，RS触发器的R端

——

为低电平，输出Q4—Q1全为低电平。此时7448的BI=0， 显示器灭灯；74LS148

—

选通输入ST=0,74LS148处于工作状态，而锁存电路不工作。当控制开关置于“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，当有选手按键抢答时，如5号选手优先按5号键，则74LS148输出Y2Y1Y0=010，YEX=0，

—

经RS锁存后，Q1=1，BI=1，7448工作，Q4Q3Q2=101，经7448驱动译码后，显示器显示数字5。Q1=1使74LS148为高电平。即74LS148禁止工作，封锁

八路智力竞赛抢答器

—

其它按键输入，当按下的按键松开后，74LS148的YEX为高电平，但由于Q1输出仍为高电平不变，所以74LS148仍处于不工作状态，其它按键的输入信号不被接受，这就保证抢答者的优先性及抢答电路的准确性。

如图（二）所示为八路智力竞赛抢答器的抢答电路单元图，

⒉定时电路设计

主持人设定抢答器时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供，可预置时间进行倒计时电路选十进制同步可逆，计数器74LS192进行设计，倒计时到零时，定时电路输出低电平有效的“定时到信号 ”。

如图（三）所示为八路智力竞赛抢答器的定时电路单元图。

同步加减计数器74LS192进行设计，具体电路如图3所示。

八路智力竞赛抢答器

⒊报警电路设计

由555定时器和三极管构成报警电路如下图所示，其中555构成多谐振荡器，振荡频率， 其输出经三极管推动扬声器， PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之电路停振。

如图（四）所示为八路智力竞赛抢答器的报警电路单元图。

八路智力竞赛抢答器

4.控制电路设计

抢答器控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：

①主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。

②当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。

③当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。

根据上述功能要求，由此设计如图五所示的控制电路。

六 程序设计（编码程序）：

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

ENTITY QDJB IS

PORT(CLR: IN STD_LOGIC;

A,B,C,D,E,F,G,H: IN STD_LOGIC;

A1,B1,C1,D1,E1,F1,G1,H1: OUT STD_LOGIC;

STATES: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0));

END ENTITY QDJB;

ARCHITECTURE ART OF QDJB IS

CONSTANT W1: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0):="00000001";

CONSTANT W2: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0):="00000010";

八路智力竞赛抢答器

CONSTANT W3: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0):="00000100";

CONSTANT W4: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0):="00001000";

CONSTANT W5: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0):="00010000";

CONSTANT W6: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0):="00100000";

CONSTANT W7: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0):="01000000";

CONSTANT W8: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0):="10000000";

BEGIN

PROCESS(CLR,A,B,C,D,E,F,G,H) IS

BEGIN

IF CLR='1' THEN STATES<="00000000";A1<='0';B1<='0';C1<='0';D1<='0'; E1<='0';F1<='0';G1<='0';H1<='0';

ELSIF (A='1'AND B='0'AND C='0'AND D='0'AND E='0'AND F='0'AND G='0'AND H='0') THEN

A1<='1'; B1<='0'; C1<='0'; D1<='0'; E1<='0';F1<='0'; G1<='0';H1<='0'; STATES<=W1;

ELSIF (A='0'AND B='1'AND C='0'AND D='0'AND E='0'AND F='0'AND G='0'AND H='0') THEN

A1<='0'; B1<='1'; C1<='0'; D1<='0';E1<='0';F1<='0';

G1<='0';H1<='0'; STATES<=W2;

ELSIF (A='0'AND B='0'AND C='1'AND D='0'AND E='0'AND F='0'AND G='0'AND H='0') THEN

A1<='0'; B1<='0'; C1<='1'; D1<='0';E1<='0';F1<='0';

G1<='0';H1<='0'; STATES<=W3;

ELSIF (A='0'AND B='0'AND C='0'AND D='1'AND E='0'AND F='0'AND G='0'AND H='0') THEN

A1<='0'; B1<='0'; C1<='0'; D1<='1';E1<='0';F1<='0';

G1<='0';H1<='0'; STATES<=W4;

ELSIF (A='0'AND B='0'AND C='0'AND D='0'AND E='1'AND F='0'AND G='0'AND H='0') THEN

八路智力竞赛抢答器

A1<='0'; B1<='0'; C1<='0'; D1<='0';E1<='1';F1<='0'; G1<='0';H1<='0'; STATES<=W5;

ELSIF (A='0'AND B='0'AND C='0'AND D='0'AND E='0'AND F='1'AND G='0'AND H='0') THEN

A1<='0'; B1<='0'; C1<='0'; D1<='0';E1<='0';F1<='1'; G1<='0';H1<='0'; STATES<=W6;

ELSIF (A='0'AND B='0'AND C='0'AND D='0'AND E='0'AND F='0'AND G='1'AND H='0') THEN

A1<='0'; B1<='0'; C1<='0'; D1<='0';E1<='0';F1<='0'; G1<='1';H1<='0'; STATES<=W7;

ELSIF (A='0'AND B='0'AND C='0'AND D='0'AND E='0'AND F='0'AND G='0'AND H='1') THEN

A1<='0'; B1<='0'; C1<='0'; D1<='0';E1<='0';F1<='0'; G1<='0';H1<='1'; STATES<=W8;

END IF;

END PROCESS;

END ARCHITECTURE ART;