數(shù)字智力競賽搶答器的設(shè)計

1、目 錄目 錄I摘 要II1 緒論11.1 背景、目的、意義及問題和要求11.2基本理論和主要功能11.2.1基本理論11.2.2主要功能12 設(shè)計方案簡述22.1 設(shè)計方案所用材料22.2方案總體思想23 詳細(xì)設(shè)計33.1 穩(wěn)壓電源33.1.1直流穩(wěn)壓電源設(shè)計思路33.1.2直流穩(wěn)壓電源原理43.2單元電路設(shè)計43.3數(shù)碼管引腳圖63.4芯片引腳圖73.5 總體方框圖93.6設(shè)計總電路圖104 設(shè)計結(jié)果及分析114.1設(shè)計結(jié)果114.2設(shè)計出現(xiàn)問題及解決115 總結(jié)12摘 要現(xiàn)今，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，促使人們學(xué)科學(xué)、學(xué)技術(shù)、學(xué)知識的手段多種多樣。搶答器作為一種工具，已廣泛應(yīng)用于各種智力和知

2、識競賽場合。但搶答器的使用頻率較低，且有的要么制作復(fù)雜，要么可靠性低，減少興致。做為一個單位若專購一臺搶答器雖然在經(jīng)濟(jì)上可以承受，但每年使用的次數(shù)極少，往往因長期存放使（電子器件的）搶答器損壞，再購置的麻煩和及時性就會影響活動的開展,因此設(shè)計了本搶答器。數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動報警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。1 緒論1.1 背景、目的、意義及問題和要求搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種競賽、搶答場合中，它能

3、迅速、客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。早期的搶答器只由幾個三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能通過發(fā)光管的指示辯認(rèn)出選手號碼?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機(jī)或數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號碼顯示、搶按前或搶按后的計時、選手得分顯示等功能。簡易邏輯數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動報警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。通過這次課程設(shè)計,了解簡單多功能數(shù)字電路搶答器的組成原理，初步掌握數(shù)字電路搶答器的調(diào)整及測試方法，提高思

4、考能力和實踐能力。同時通過本課題設(shè)計，鞏固已學(xué)的理論知識，建立邏輯數(shù)字電路的理論和實踐的結(jié)合，了解多功能搶答器各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計、計算定時計數(shù)的各個單元電路。初步掌握多功能搶答器的調(diào)整及測試方法。1.2.1基本理論搶答器的工作原理是利用單片機(jī)的定時器T0、T1中斷完成,其余狀態(tài)循環(huán)調(diào)用顯示子程序,用4個共陰極LED數(shù)碼管來顯示，用P0口作為數(shù)碼管的八個段選，用P2口中的P2.0、P2.1、P2.2、作為4個數(shù)碼管其中3個位選，P1口接8個按鍵，提供選手搶答，P3.0-P3.5四個接四個按鍵，提供開始、結(jié)束、答題時間調(diào)整、槍答時間調(diào)整，加1、減1調(diào)整之用。1.2.2主

5、要功能搶答功能：通過八路按鍵配合程序來實現(xiàn)搶答功能。當(dāng)主持人宣布搶答開始后，此時任一路按下按鈕均閉鎖其它各路，由程序?qū)︽I盤譯碼并顯示最先按下?lián)尨疰I的路數(shù)及其當(dāng)前時間。2 設(shè)計方案簡述2.1 設(shè)計方案所用材料本設(shè)計采用了74ls48p，74ls279n，74ls148n芯片來完成實驗，還需數(shù)碼管，復(fù)位開關(guān)，電阻等。此次設(shè)計的電路符合設(shè)計本身的要求，能夠很好的完成課題所布置的任務(wù)。2.2方案總體思想搶答器的工作過程是：接通電源時，節(jié)目主持人將開關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時顯示器顯示設(shè)定的時間，當(dāng)節(jié)目主持人宣布“搶答開始”，同時將控制開關(guān)撥到“開始”位置，搶答器處

6、于工作狀態(tài)，定時器倒計時。當(dāng)一定時間到，卻沒有選手搶答時，封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。當(dāng)選手在一定時間內(nèi)按動搶答鍵時，搶答器要完成以下四項工作：（1）優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號；（2）顯示燈亮，提醒節(jié)目主持人注意；（3）控制電路要對輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其他選手再次進(jìn)行搶答；（4）控制電路要使定時器停止工作，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當(dāng)選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。 3 詳細(xì)設(shè)計3.1 穩(wěn)壓電源 （圖3-1）3.1.1直流穩(wěn)壓電源設(shè)計思路1）電網(wǎng)供電電壓交流220V(有

7、效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。2）降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。3）脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。4）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負(fù)載RL。3.1.2直流穩(wěn)壓電源原理直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成。3.2單元電路設(shè)計本搶答器僅用兩塊數(shù)字芯片便實現(xiàn)了數(shù)顯搶答的功能，與其他搶答器電路相比，有結(jié)構(gòu)

8、簡單、成本低、制作方便的優(yōu)點(diǎn)。實用可靠、成本極低，十分適合學(xué)校教學(xué)使用。設(shè)計原理圖： （圖3-2a）原理圖見上圖所示，為常用的四七段譯碼器，其為試燈腳；為消隱（滅燈）腳，和接高電平（電源）；端為選通腳，開始搶答前接低電平。1、2、6、7腳為碼輸入端，915腳為七個輸出端，直接驅(qū)動數(shù)碼二極管顯示器，接通電源開關(guān)，數(shù)碼管顯示“”。CD4511真值表如下： （ 圖3-2b）3.3數(shù)碼管引腳圖 （圖3-3a）顯示部分采用數(shù)碼管的方式，由于試驗箱的數(shù)碼管模塊有8個單個共陰極數(shù)碼管，所以使用將片選ABC接地，選中其中一個數(shù)碼管進(jìn)行計數(shù)的顯示。共陰數(shù)碼管的功能說明：數(shù)碼管是一種把多個LED顯示段集成在一起的

9、顯示設(shè)備。有兩種類型，一種是共陽型，一種是共陰型。共陽型就是把多個LED顯示段的陽極接在一起，又稱為公共端。共陰型就是把多個LED顯示段的陰極接在一起，即為公共商。陽極即為二極管的正極，又稱為正極，陰極即為二極管的負(fù)極，又稱為負(fù)極。通常的數(shù)碼管又分為8段，即8個LED顯示段，這是為工程應(yīng)用方便如設(shè)計的，分別為A、B、C、D、E、F、G、DP，其中DP 是小數(shù)點(diǎn)位段。而多位數(shù)碼管，除某一位的公共端會連接在一起，不同位的數(shù)碼管的相同端也會連接在一起。即，所有的A段都會連在一起，其它的段也是如此，這是實際最常用的用法。數(shù)碼管顯示方法可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示就是數(shù)碼管的8段輸入及其公共端

10、電平一直有效。動態(tài)顯示的原理是，各個數(shù)碼管的相同段連接在一起，共同占用8 位段引管線；每位數(shù)碼管的陽極連在一起組成公共端。利用人眼的視覺暫留性，依次給出各個數(shù)碼管公共端加有效信號，在此同時給出該數(shù)碼管加有效的數(shù)據(jù)信號，當(dāng)全段掃描速度大于視覺暫留速度時，顯示就會清晰顯示出來。3.4芯片引腳圖 （圖3-4a） （圖3-4b） (圖3-4c) 3.5 總體方框圖 (圖3-5)3.6設(shè)計總電路圖 （圖3-6） 總結(jié)本設(shè)計詳細(xì)介紹了搶答器的設(shè)計方案，功能及在設(shè)計過程中所做的改進(jìn)。這種搶答器主要是基于74系列集成芯片，成本較低，且基本能夠使用于學(xué)校的一些活動中。對于設(shè)計中的不足，我的改進(jìn)設(shè)想及建議：（1）

11、我設(shè)計的作品主要是用74系列集成芯片來完成的，在設(shè)計的過程中由于芯片的引腳過多，布線工作不是很方便。有時候會因為某一跟線沒有連接好，造成電路的不穩(wěn)定，這些都是有待改進(jìn)的。我的想法是根據(jù)單片機(jī)原理及相關(guān)知識對我的設(shè)計進(jìn)行一些改進(jìn)。利用AT89C51單片機(jī)及外圍接口實現(xiàn)搶答系統(tǒng)，利用單片機(jī)的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計時，同時使數(shù)碼管能夠正確地顯示時間。計分接收的單片機(jī)部分利用匯編語言編寫。由于采用匯編語言設(shè)計電路，所以本設(shè)計在編程成功后，硬件電路基本上不需要調(diào)試就可正常使用。即使在設(shè)計完畢交給用戶使用后，對系統(tǒng)的功能改進(jìn)或升級也只是通過改寫程

12、序來完成，極大地方便了用戶或設(shè)計者對電路更新。經(jīng)過這半個學(xué)期的努力，在老師和同學(xué)的幫助下終于徹底的做完了畢業(yè)設(shè)計的所有工作。通過這次的畢業(yè)設(shè)計，我能運(yùn)用已學(xué)的知識解決我在設(shè)計中遇到的問題，使自己的動手能力和思考問題的能力得到了很大的提高。在做設(shè)計的過程中我查閱了很多的資料，并認(rèn)真的閱讀這些與我的設(shè)計相關(guān)的資料，從而我的專業(yè)涵養(yǎng)得到了提高，知識的儲備量也有所增加。在做設(shè)計時，我復(fù)習(xí)了很多專業(yè)課的知識，這使得我的專業(yè)知識在離校之前得到了鞏固。在這次設(shè)計中遇到了很多實際性的問題，在實際設(shè)計中才發(fā)現(xiàn)，書本上理論性的東西與在實際運(yùn)用中的還是有一定的出入的，所以有些問題不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯誤思維。電路設(shè)計是一個很靈活的東西，它反映了你解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能力。它才是一個設(shè)計的靈魂所在。因此在整個設(shè)計過程中大部分時間是用在單元電路的理解和設(shè)計上面。很多單元電路是可以借鑒書本上的，但怎樣銜接各個單元電路才是關(guān)鍵的問題所在。這次設(shè)計,讓我受益匪淺。我對數(shù)字電路設(shè)計中的邏輯關(guān)系等有了一定的認(rèn)識，對以前學(xué)的數(shù)字電路又有了一定的新認(rèn)識，溫習(xí)了以前學(xué)的知識，就像人們常說的溫故而知新，但在設(shè)計的過程中，遇到了很多的問題，有一