智力竞赛抢答器课程设计分析

智力竞赛抢答器姓名：李兵权专业：自动化学号：310708020412班级：07级四班指导老师：谢东垒1智力竞赛抢答器内容摘要当今的社会竞争日益激烈，选拔人才，评选优胜，知识竞赛之类的活动愈加频繁，那么也就必然离不开抢答器。而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。本抢答器通过十分巧妙的设计仅用两块数字芯片便实现了数显抢答的功能，与其他抢答器电路相比较有分辨时间极短、结构清晰，成本低、制作方便等优点，并且还有防作弊功能。因此，我们制作了这款简易四路抢答器屏弃了成本高，体积大，而且操作复杂。我们采用了数字显示器直接指示，自动锁存显示结果，并自动复位的设计思想，因而本抢答器具有显示直观，不需要人干预的特点。而且在显示时抢答器会发出叮咚声使效果更为生动。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。在知识竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，只靠人的视觉是很难判断出哪组先答题。这次设计就是用几个触发器以及三极管巧妙的设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。关键字：知识竞赛;抢答器;数字显示器；触发器2第一章：设计的任务与设计原理.................................................................................................31.1任务要求..........................................................................................................................31.2实验原理..........................................................................................................................3第二章：方案论证与选择...............................................................................................................42.1方案比较：.........................................................................................................................42.2方案论证及选择.................................................................................................................5第三章：单元模块设计.................................................................................................................63.1抢答器电路.........................................................................................................................63.2计时器电路.........................................................................................................................73.2.1555定时器............................................................................................................83.2.2减法计数器..............................................................................................................93.2.3数字显示器...........................................................................................................103.3计分器电路......................................................................................................................11第四章：元器件的选择...............................................................................................................12第五章：心得体会.......................................................................................................................13【参考文献】.................................................................................................................................14附录153第一章：设计的任务与设计原理1.1任务要求1.四组参赛者在进行抢答是，当抢先者按下面前的按钮时，抢答器能准时地判断出抢先者，并以声光为标志。要求声响，光亮时间为9秒后自动熄灭。2.抢答器应具有互锁功能，某组抢答后能自动封锁其他各组进行抢答。3.抢答器应具有限时功能。限时档次分别为30秒，60秒，90秒；时间到时应发出声响。同时，时间数据要用数码管显示出来。4.抢答者犯规或违章时，应自动发出警告信号，以提示灯光闪为标志。5.系统应具有一个总复位开关。1.2实验原理本课程设计的核心为抢答模块，其有四个触发器组成。抢答模块的主要功能是互锁，不论是抢答还是犯规，一旦一个选手先按下开关，其触发器首先触发，并且这个触发器的输出将其它三个触发器CP脉冲输入屏蔽掉，从而达到互锁的目的。4第二章：方案论证与选择2.1方案比较：以下设计的是智力抢答器的方案流程图：图2.1方案一流程抢答器主要是由四个三极管、和四个D触发器以及四个或非门构成，其中三极管是与主持人一起配合使用，用来控制是否开始抢答，当主持人将开关接地时，三极管截至，此时三极管可以当作一个二极管使用当有选手抢答时就通过三极管将信号传送给D触发器，D触发器在将信号传送给或非门并将其他选手锁存，同时将信号送给发光二极管与喇叭。其工作原理是当主持人按下抢答开关时，选手能进行抢答。当有选手抢时，抢答信号就通过三极管传入D触发器，并且最先收到抢答信息的D触发器送出一个反馈信号将其余三位选手的信号封锁。当选手回答完毕问题时，主持人启动计分器，并且给该选手加上或减去分数。计分器通过译码器将信号传送给一数码管显示出来。秒脉冲计时控制显示抢答控制器声光提示倒计时显示主持人控制计分器主持人控制抢答控制器计分器显示分数选手抢答按键5图2.2方案二流程图方案二的抢答器则主要是由四个RS触发器，一个74LS48以及一个优先编码器74LS148构成，其中四个RS触发器的输出接74LS48，74LS48在接数码管，R端接5V电源其如图：图2.3RS触发器S端接74LS48连接选手的输入信号，当主持人将开关接通时，RS触发器的R端为低电平，输出端也全部为低电，选手不能抢答。当断开时，RS触发器处于工作状态中，当有选手抢答时，信号输入S端，并且锁定其他选手。2.2方案论证及选择通过以上两种方案的比较可知，方案一的设计是每当有选手抢答成功时，都会有声光伴随，而且是具体到每一位，给人直观的感觉。方案二的设计则是用一个数码显示器显示抢答成功者的号码，与第一个相比显得不能让人一下就反映过来谁是抢答成功者；另外方案一更加的简洁、易行，而且使用到的元器件也都是我们所常用到的一些元件比如：555，74LS148以及开关二极管电容电的电路与方案二比较显得更简单、明了。这样就是就选择第一种方案。RSQQRSRSQRSQ5v.主持人.10kR倒计时器定时器显示时间声光提示6第三章：单元模块设计此部分主要是详细介绍该智力抢答器各个组成模块，以及各模块的器件组成以及相应的功能。此智力竞赛抢答器由三部分组成：抢答器、计时器以及计分器。下面就依次介绍各组成部分的设计方法，功能等。3.1抢答器电路这个抢答器设计成可供四个人抢答使用，它的组成器件有：四个三极管、四个D触发器（74LS74）、四个或非门以及用于起提示作用的发光二极管和扬声器。电路图如下：图3.1抢答器其工作原理如下：Q0.Q1.Q2..Q3...Res2..Res2..Res2..Res2.选手1.选手2.选手3.选手4SRD4SRD2SRD3SRD1VCCVCCS1主持人QQQQL1SpeakerL2SpeakerL3SpeakerL4SpeakerDLED1DLED2DLED3DLED4..Res2..Res2.NOR4N1S.NOR4N1S.NOR4N1S.NOR4N1S图3.1抢答器7当主持人将开关拨至接通状态时，这样三极管处于截至状态，使选手无法抢答，整个抢答器处于被锁定状态，当主持人将开关断开时，三极管的集电极接高电平，这样三极管处于导通状态，当选手有抢答信号输入时可以通过三极管将信号传送给D触发器，而D触发器的作用则是判断选手的信号，并锁住其他选手的信号传入。3.2计时器电路设计的该计时器主要是由三个部分组成，一个是555定时器用来提供脉冲，一个是由3个JK触发器构成的减法计数器，最后一个组成部分是有CD4511译码器和数码管连接成的，用于显示时间，器构成图如下：CJQNCLRKQUJK0CJQNCLRKQUJK1CJQNCLRKQUJK2S.5V0.01uF...0.6K..2.4K...RESETVCCGND1TRIG2OUT34CVOLT5THOLD6DISCHG78U15551K....NOR3SA1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10..0.1K...1K...1K...1K...1K...1K......1K...A7B1C2D6LE5BI4LT3a13b12c11d10e9f15g14VDD16GND8U?HCC4511BFLS?Speaker图3.3计时器电路图8下面分别介绍各个部分的组成器件以及功能：3.2.1555定时器555定时器内部结构的简化原理图如下，它由3个阻值为5k的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电BJT以及缓冲器G组成。定时器的主要功能取决于比较器的输出控制RS触发器和放电BJTT的状态。图中Rd为复位输入端，当Rd为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出Vo为低电平。因此在正常工作时，应将其接高电平。图3.4555结构原理图由图可知，当5脚悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为2/3Vcc和1/3Vcc。当VI12/3Vcc，VI21/3Vcc时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电