四人抢答器课程设计报告书
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简介：
《四人抢答器课程设计报告书》详细记录了设计与制作一个高效的四人抢答设备的过程，包括电路原理、硬件选型及软件编程等环节，旨在培养学生的实践能力和团队协作精神。
用面包板制作四人抢答器设计目的：
1. 掌握四人智力竞赛抢答器电路的设计、组装与调试方法。
2. 熟悉数字集成电路的设计和使用方法。
设计任务与要求：
一、 设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。该设备需用数码显示倒计时时间，从“9”到“0”，无人抢答则蜂鸣器响1秒；当有选手按键时，显示屏上会显示出其编号，并同时发出音响提示（持续1秒），随后停止倒计时。
二、 设计要求：
(1) 4名参赛者分别标记为：1,2,3,4。每位参赛者配备一个抢答按钮，与各自的号码对应。
(2) 设置主持人控制按钮以清零系统和启动比赛开始功能。
(3) 抢答器具备数据锁存及显示的功能。一旦有选手按键成功，则其编号会被立即锁定，并在显示屏上展示；同时扬声器发出声音提示并禁止其他参赛者抢答，直到主持人将系统复位为止。
(4) 抢答时间设定为9秒，在此期间内按下的按钮有效。如果无人响应，蜂鸣器响1秒后停止计时；成功按键则显示选手编号及剩余倒计时，并保持至清零操作完成前。
(5) 当抢答定时结束且没有参赛者作出反应，则系统发出报警声（持续1秒）并禁止后续的无效按键。此时时间显示器将变为0。
(6) 可使用石英晶体振荡器或555定时器生成频率为每秒一次的脉冲信号，作为计时电路的工作基础。
四人智力竞赛抢答器原理及设计：
一、 设备具有锁存功能：当比赛开始后，参赛者按键将锁定相应的编号，并通过LED数码管显示出来。同时启动倒计时过程并用另一组数字管指示剩余时间；在选手按钮动作以及定时结束时刻均会发出声音提示以提醒主持人与参与者。
二、 在接通电源之后，主持人需先切换开关至“清除”模式下使抢答器处于禁用状态，并熄灭编号显示器。然后将开关转为“开始”，宣布比赛启动后设备即刻运作：倒计时进行并伴有声响信号；当参赛者在规定时间内按下按钮，则触发优先判断、编码锁定及显示等一系列动作。
三、 一旦完成一轮抢答，计时时钟停止工作且不允许二次尝试。除非主持人重新执行清除和开始操作流程，否则时间显示器将保持剩余的倒计数状态。
系统框图：
当比赛启动后，定时电路依据秒脉冲信号进行倒记时，并通过译码器在显示屏中展示相应数字；同时报警装置发出声音提示。
选手按下按钮触发锁存机制并锁定相应的编码信息，在输出端产生对应的电平变化。为防止后续按键干扰正常操作流程，首个有效响应会关闭进一步的输入路径。随后数据经由译码器转换成数码管所需的逻辑状态，并在显示单元中呈现所按编号。
方案选择：
采用CD4511芯片实现抢答信号触发、锁存及输出功能虽然较为简便但复杂度较高；而使用D触发器和译码器则简化了锁存环节的实施。经过对比两种方法，最终选择了后者，并利用Multisim软件进行仿真调试并逐步优化。
单元电路设计与元件选型：
抢答部分如图2所示，该电路具备以下功能：识别选手按键顺序、锁定优先响应者的编号并在显示屏中展示；同时阻止其他参与者后续的无效操作。
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