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目 录
一．摘 要 .............................................................................................................................................................................. 22 二．设计任务书 ................................................................................................................................................................. 33
2.1 设计题目 ................................................................................................................................................................... 33
2.2 技术要求 ................................................................................................................................................................... 33
2.3 给定条件及元器件 ......................................................................................................................................... 33
2.4 设计内容 ................................................................................................................................................................... 44
三．电路的组成及工作原理 ................................................................................................................................. 55
四．元器件的选取及其引脚图和功能 ........................................................................................................ 77
五．整机电路图 .......................................................................................................................................................... 1212
六．元件明细表 .......................................................................................................................................................... 1313
七．总结 ............................................................................................................................................................................. 1414
八．参考文献 ................................................................................................................................................................ 1515
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一．摘要
本文是利用双
D 触发器 74LS74 和同步 十进制计数
器 74L S192 及简单门电路设计，实现智力竞赛抢答计时器，这好比一名公正的裁判员，它的任务是从若干名参赛者中确定出最先的抢答者，并要求参赛者在规定的时间里回答完问题。本设计实现的是三路抢答，其具有抢答, 倒计时，及倒计时暂停功能等 。
关键词：三人抢答器智力抢答
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二．设计任务书
2.1 设计题目：
智力竞赛抢答计时器的设计。
2.2 技术要求：
1) 设计一个三人参加的智力竞赛抢答计时器；
2) 当有某一参赛者首先按下抢答开关时，相应
显示灯亮并伴有声响。此时抢答器不再接收其他输入信号；
3) 电路具有回答问题时间的功能。要 求回答问
题的时间小于 100 秒<显示为 0~99），时间显示采用倒计时的方式，当达到限定时间时发出声响以示警告。
2.3 给定条件及元器件：
1) 要求电路 主要 选用 中规 模 TTL 集成 电路 CT74
系 列；
2) 电源电压为 5V；
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3) 用 LED 数码管显示时 间 。
2.4 设计内容：
1) 2) 3) 4) 5) 6)
电路各部分的组成和工作原理； 元器件的选取及其电路图和功能； 整机电路图； 元件明细表； 参考文献；
在设计过程中遇到何问题，其原因及解决办法的心得体会。
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三．电路的组成及工作原理
根据上面所说的功能要求，智力竞赛抢答计事系统的组成框图如下图所示。它主要有六部分组成：
显示、声响电路
振荡电路
抢答器
计时、显示声响电路
清零装置
抢答控制电路
图 1 智力竞赛抢答计时器系统组成框图
1) 抢答器——是 智力竞赛抢答器的核心。当参
赛者的任意一位首先按下抢答开关时，抢答器即刻接受该信号，指使相应发光二极管亮 <或音响电路发出声音），
与此同时，封锁住其他参赛者的输入信号。
2) 清零装置 —— 供比赛开始前裁判员使用。它
能保证比赛前触发器统一清零，避免电路的误动作和抢答过程的不公平。
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3) 显示、声响电路——比赛开始，当某一参赛
者按下抢答器开关时，触发器接受该信号，在封锁其他抢答信号的同时，使该路的发光二极管发出亮光和蜂鸣器发
出声响，以引起人们的注意。
4) 计时、显示、声响电路 ——是 对抢答者回答
问题时间进行控制电路。若规定回答为的时间小 于 100 秒 <显示为 0~99），那么显示装置应该是一个二位数字显示的计数系统。
5) 抢答控制器— —由 三个开关组成。三名参赛
者各控制一个，拨动开关使相应控制端的信号为高电平或
低电平。
6) 振荡电路 —— 它应该提供给抢答器、计时系统和声响电路工作的控制脉冲。
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四．元器件的选取及其引脚图和功能
4.1 抢答控制电路
该系统由三个开关 A,B,C 组成，分别由三名参赛者控制。常态时开关接地，比赛时，按下开关，使该端为高电平。
4.2 抢答器
抢答器是由三个 D 型触发器和一个与非门组成。它的工作原理是这样的：如果参赛者 A 首先按下开关，使该端的输入信号为高电平，触发器 1 的输入端 D 接收该信号使输出 Q 为高电平，相应的 为低电平，这个低电平信号同时送到与非门 G1 的输入端，与非 门 G1 ，使触发器的控制脉冲 CP 信号由于与非门 G1 封锁而被拒之门外，触发器 FB 和 FC 因为不具备 CP 脉冲信号而不接收开关 B 和 C控制端送入的信号<其他两种情况类同） 。因为该电路只接收第一个输入信号，即使此时其他参赛者也按下开关，但由于与非门已，信号是输入不进去的。 此部 分使 用芯 片双 D 触发器 74LS74，其 引脚 图及功能表如下 :
Q
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引脚图
输入
D 0 1 ×
R 0 0 0 1 0 1
n+1
输出
CP
S 0 0 0 0 1 1
功能表
Q 0 1 0 1
n
Q 1 0 Q 1 0
n
Q
× × ×
× × ×
不确定
4.3
清零装置
为了保证电路正常工作，比赛开始前，裁判员都要将各触发器的状态统一清零。本系统利用 D 触发器的异
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步复位端来实现清零功能。该触发器的异步复位端为 RD ,
低电平用一个开关
J 控制，正常比赛时，使 ＝０实现复位功能。
RD
，
SD
均处
于高电平，用
RD 4.4
计时显示声响电路
当裁判按下开关 J4 时，是两个 74LS192 芯片的置位
端为零，即输出输入端的信号，若设置为
0101 和 0000，
此时 74LS74 端输出分别也为 0101 和 0000，与此相连
的数码管将输出 5
和 0，随着脉冲的输入，数码管将从
50 往下倒计时。当有选手按下开关之后，与三个 LED 灯相连的与非门输出使得 74LS192 芯片的清 零端为 1，即
此时输出为 00，当主持人按下开关 J 时，74LS192 芯片的清零端部位 1，数码管将不再保持输出 00，又加之脉冲，计时将从 99 往下倒计时 。若 主持人，按下 J2 开关， 74LS192 芯片的输入脉冲被与非门锁住，数码管显示将不再往下降，这就是暂 停功能 。所用 74LS192 芯片的引脚图和功能表如下：
引脚图
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输入
A × a × × ×
输出
Q 0 a
A
CCP CP CR PE
× × 1 × × ×
1
1
B × b × × ×
C × c × × ×
D × d × × ×
Q 0 b
BQ 0 c
Q 0 d
D0 0 0 1 0 0 0 0
加法计算 减法运算 保持
1 1
功能表
用两片 CC40192 组成的一百进制减法计数器电路 。由功能表可以看出，要使初值分别为 5、0，只需将两个芯片的输入端分别接为 0000 和 0101。要 使电路实现倒
PE
计时<减法）功能，应使 CR=0，
=1 ， CP＋ =1 ， CP－
=CP。可 用 CR 端接电平开关来控制计时器的工作与否 。声响显示电路需要在两种情况下做出反应：一种是当有参赛者按下抢答开关时，相应电路中的发光二极管亮，同时推动输出级的蜂鸣器发出声响；第二种情况是当裁判员给出“请回答”指令后，计时开始倒计时，若回答问题时间到达限定的时间，蜂鸣器发出声响。
显示电路由发光二极管与电阻串联而成，发光二极
Q
管正极接电源端，负极接 D 触发器的按下开
端。当某参赛者
关，该触发器接收该使其输出
Q 端的状态为高电
平，相应的 端为低电平，就有电流流过发光二极管使它发亮。计时系统的驱动显示电路选用 BCD－7 段锁存译码/ 驱动器 CC4511 和七段数码管组成， 其工作原理可
Q
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参照“数 字钟 ”的 有关内容。
声响电路由两分组成：一是由门电路组成的控制电路，二是三级管驱动电路。门控电路主要由或门组成，它的
两个输入，一个来自抢答电路各触发器输出 的与非，
Q
它说明只要有一 为低电平，就使该与非门输出为高电平通过或门电路驱动蜂鸣器发声；另一个来自计时系统高位计数器的借位信号 OB,它说明计时电路在 99 秒向 98 秒，97 秒， 2 秒， 1 秒，0 秒倒计时再向 99 秒转化时向高位借位给出一个负脉冲经反相器得到一个高电平。这个高电平信号也能使蜂鸣器发声，为了保证电路的可靠工作，也可采用与非门构成的基本 RS 触发器驱动。
Q置数连接方法
4.5
振荡电路
本系统需要产生两种频率的脉冲信号，一种是频率为 500KHz 的脉冲信号 ，用 于触 发器 CP 信 号驱使芯片 74LS74 工作； 第二种 频 率为 1 Hz 信号用 于计时 电路 。以
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上电路可用 555 定时器组成，也可用石英晶体组成的振荡器经过分频率得到。在软件实现过程中，可以直接使用脉冲源。
五．整机电路图
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六．元件明细表
1.电阻：1KΩ*3
5.1KΩ*1 3. 3KΩ*3 3KΩ*2
2. 开关*6
3. 七段数码管*2
4. 门电路：与非门*5 或门*1 反相器*1
5. 脉冲源*2
6. LED 发光二极管*3
7. 芯片：74LS74* 2
74LS192*2
8. 蜂鸣器*1
9. 5 v 电 源接地装置
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七．总结
7.1
元件选择问题
开关：本系统中所需要的开关均是按下之后需要恢复的开关，因此要选择复位开关。
电阻：为了使二极管正常发光或熄灭，以及引脚正确呈现高低电平，需要使用合适的电阻。这 里，与二级管相连的电阻选择 1 千欧，与开关相连的电阻选择 3 千欧。
7.2
参数设定问题
信号源频率设定：倒计时电路中需要 1 秒倒计时倒计一次，因此信号设定为 1HZ；在抢答电路 中则需要较高频率，因此设定为 50KHZ。 电源均设定为 5V。
历时一个星期的课程设计结束了，通过这次的课程设计，我的动手能力和经验有了一定程度的提高，在数字逻辑电路技术的理论知识上也有了更深的了解。在调试的过程中，通过排除故障，我学到了不少知识，增长了许多经验，而这些都是书上学不到的。巩固和运用了本学期的《数字电子技术基础》课程中所学的理论知识和实验技能，基本掌握了常用电子电路的一般设计方法，提高了设计能力和实验技能。通过这一次的数字逻辑“抢答器”的课程设计，巩固了本学期数字逻辑课程的基本内容，对于逻辑问题的分析及设计有了更进一步的掌握 。设 计过 程中 ，对 于 mu lt i si m 的操作 有 了进 一步 的
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掌握，以及对具体问题的分析，这些都是收获。同时又发现自己的很多不足，自己知识有很多的漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。
这次由于我们的学业不精和时间等客观问题，未能使设计达到完善，还有很多缺点和错误，希望老师能提出改进意见，谢谢老师的辛勤栽培，今后我将更加努力。
八．参考文献
［1］阎石 . 数字电子技术基础 . 第五版 . 北京 : 高等教育出版社 ,2005.
［2］刘丽君 , 王晓燕 . 电子技术基础实验教程 . 南京 : 东南大学出版社 ,2008.10.
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［ 3］李维 . 数字电路课程设计及实验 . 大连 : 大连理工大学出版社 ,2008,9. ［ 4］许小军 . 数字电子技术实验与课程设计指导 . 南京 : 东南大学出版社 ,2007,5.
