八路数字智能抢答器

目录前言………………………………………………………………………3第一章：绪论………………………………………………………………………51.1设计的目的及意义…………………………………………………………………51.2设计的主要内容要求………………………………………………………5第二章：课程设计的分析………………………………………………………72.1抢答器系统原理………………………………………………………………72.2抢答器电路…………………………………………………………………72.3定时报警电路……………………………………………………………82.4时序控制电路设计………………………………………………………………92.5原理及设计………………………………………………………………………102.6电路的装配与调试………………………………………………………………11第三章：总结………………………………………………………………………12致谢………………………………………………………………………13参考文献………………………………………………………………………14第一章绪论1.1设计的主要目的及意义在现代社会生活中，智力竞赛作为一种生动活泼的教育形式和方法能够引起观众极大的兴趣，在各种竞赛中经常有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。因此，在比赛中为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，抢答记分器成了各种智力竞赛中一种必要的设备。虽然竞赛的场合可能不同，竞赛的要求可能不同，但是对于抢答记分器的要求基本是一致的，一般要求具有抢答功能、定时、计时和报警功能等。在竞赛中通常分为几组参加，这时针对主持人提出的问题，各组一般要进行必答和抢答，对必答一般有时间限制，到时间有声响提示；对于抢答，要判定哪组先按键，将其编号显示出来，其余后抢答者按键无效；对于无人抢答的题目，倒计时间到后要有报警提示。市场上有各种形式的抢答器，但其价格昂贵，在公司、社区、学校等举行小型竞赛时，可以考虑自己动手开发。因此，本次设计制作了一个八路数字抢答器，该逻辑电路抢答器可以作为裁判员，满足小型竞赛的要求，既可以节省成本，又可以锻炼自己的实践动手能力。1.2设计的主要内容要求为了满足各种竞赛的需要，本次设计制作了一个智力竞赛抢答器，该抢答器可以同时供8名选手或8个代表队参加比赛。该数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。因此，本次设计的电路可以分成抢答电路、可预置时间的定时电路、时钟产生和时序控制电路、报警控制电路、电源电路等几个模块组成，具体的实现过程是：给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始。该抢答器具有数据锁存和显示的功能，即抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示选手的编号，同时蜂鸣器给出音响提示，并且封锁输入电路，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。它要实现以下主要功能：（1）为8位参赛选手各提供一个抢答按钮，分别编号S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7；（2）主持人可以控制系统的清零与抢答开始；（3）抢答器要有数据锁存与显示的功能。抢答开始后，若有任何一名选手按动抢答按钮，则要显示其编号至系统被主持人清零，并且扬声器发生提示，同时其他人再按对应按钮无效；（4）抢答器要有自动定时功能，并且一次抢答时间由主持人任意设定。当主持人启动“开始”键后，定时器自动减计时，并在显示器上显示。同时扬声器上发出短暂声响；（5）参赛选手只有在设定时间内抢答方为有效抢答。若抢答有效，则定时器停止工作，并且显示抢答开始时间直到系统被清零；（6）若设定时间内无选手进行抢答（按对应按钮），则系统短暂报警，并且禁止选手超时抢答，定时器上显示00。与普通抢答器相比，本作品有以下几方面优势:（1）、具有清零装置和抢答控制，可由主持人操纵避免有人在主持人说“开始”前提前抢答违反规则。（2）、具有定时功能，在30秒内无人抢答表示所有参赛选手获参赛队对本题弃权。（3）、30秒时仍无人抢答其报警电路工作表示抢答时间耗尽并禁止抢答。该抢答器由数码显示、灯光、音响等多种手段指示出第一抢答者。因此，该八路数显抢答器具有电路简单、成本较低、操作方便、灵敏可靠等优点,经使用效果良好,具有较高的推广价值。第二章课程设计的分析2.1抢答器系统原理抢答器系统原理框如图1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。图12.2抢答器电路如图2所示为八路智力竞赛抢答器的抢答电路单元图。该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图3所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74192的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，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。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。图22.3定时报警电路报警器控制电路如图3所示，该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图5所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74192的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，如果要设置为30S，就可以在计数器的预置数控制端输入00110000。时钟脉冲由秒脉冲电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。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。②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。图32.4时序控制电路设计与门G1的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输入使能端。图7的工作原理是：主持人控制开关从清除位置拨到开始位置时，74LS279的输出1Q,即CTR=0，经G3反相，输出为1，则NE555产生的时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，则定时到信号为1，门G2的输出=0，使74LS148处于正常工作状态。当选手在定时时间内按动抢答按键时，CTR＝1，经G3反相，输出为0，封锁CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出=1，74LS148处于禁止工作状态。当定时时间到时，则定时到信号为0，/ST=1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门G1处于关门状态，封锁时钟CP信号，使定时电路保持00状态不变，此次抢答结束。集成单稳态触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间,具体原理如下：主要由555时钟电路（用于控制报警声音频率）、蜂鸣器即相关的延时电路和控制电路组成。单稳态触发器74LS121通过信号/Ys、BO2、S控制报警与否和报警时间，555时钟电路产生脉冲时钟。在规定的时间有人抢答时，/Ys由1跳变到0，74121有状态2，即Q输出暂态高电平，蜂鸣器连续发声报警，持续时间为=2.15秒；如果在规定时间内无人抢答，BO2由1跳变到0，74121有状态1，Q输出暂态高电平，蜂鸣器连续发声报警持续时间为2.5原理及设计电路选用优先编码器74LS148和锁存器74LS279来完成。该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关S置于清除端时，RS触发器的R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端＝0，使之处于工作状态。当开关S置于开始时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO=1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR＝１，使74LS148优先编码工作标志端＝１，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的此时由于仍为CTR＝１，使优先编码工作标志端＝１，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。图42.6电路的装配与调试1．由图中所示的定时抢答器的总体方框，按时信号的流向分单元装配，逐级级联。2．我接好电路后，开始检验我的结果，发现当有选手抢答后，没有开始倒计时，经过老师的指正我们找到了原因，并立即改正，实现了要求的结果。3．我将裁判的开关拨至0再拨回1时，发现是总能在任意时间重新抢答。（与设计要求相符）4．我检查到，当计数器减到00时，产生了一个负脉冲信号，同时也允许开始新一轮的抢答。（与设计要求相符）5．最后我检查的是我所设计的音响电路，当我拨动一个选手开关后，音响电路所对应的绿灯开始发光，并开始倒计时。当计数器减到00时，绿灯再次发光提示。（与设计要求相符）