智能搶答器的課程設計

1、課程設計名稱： 電子技術課程設計 題 目： 智能搶答器的設計 專 業(yè)：電氣工程及其自動化班 級： 姓 名： 學 號： 遼寧工程技術大學課 程 設 計 成 績 評 定 表學期20122013（第二學期）姓名 專業(yè)電氣工程及其自動化班級電氣課程名稱電子技術課程設計設計題目智能搶答器的設計評定標準評定指標分值得分知識創(chuàng)新性20理論正確性20內容難易性15結合實際性10知識掌握程度15書寫規(guī)范性10工作量10總成績100評語：任課教師時間 年 月 日備 注課程設計任務書一、設計題目智能搶答器的設計二、設計任務1.設計一個搶答器供4名選手參賽使用，他們的編號分別為1、2、3、4.分別用四個按鈕s1s4控

2、制，按鈕編號與參賽者編號一一對應，并設計一個系統(tǒng)清零和搶答控制開關s,此開關由主持人控制。2.搶答器具有數(shù)據所存功能。即選手按動按鈕后，鎖存相應編號，并在led數(shù)碼管上顯示，同時揚聲器發(fā)出警報聲響，主持人清零后，聲音提示停止。3.搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行倒計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響。4.參賽的選手在規(guī)定的時間內進行搶答，搶答有效則定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號并保持，直到主持人將系統(tǒng)清除為止。5.若定時時間已到，無人搶答的話，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，顯示器顯示0。三、設計計劃 7月5日，查閱相關資料，熟悉題目和

3、設計內容 7月6日，確定設計方案并進行具體設計準備階段 7月7日，進行設計、修改 7月8日，編寫整理設計說明書，打印裝訂 7月9日，上午進行課程設計答辯四、設計要求 1.自己獨立完成，條理清晰畫出電路原理圖 2.認真設計并寫好報告，附有相關資料和圖紙，寫出心得體會指 導 教師： 教研室主任： 時 間：摘要隨著我國經濟和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多競爭場合都要求有一個迅速且公正的競爭裁決，例如證券、股票交易以及各種娛樂節(jié)目的智力競賽等。而在各種答題競賽中往往分為幾組參加，參賽選手根據主持人提出的問題，在規(guī)定的時間里進行搶答。對于搶答，要判定哪組先按鍵，為了公正，這就要有一種邏輯電路搶答器作為裁判員。本

4、文介紹了一種利用數(shù)字電路實現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，具有很強的實用性。本產品采用了數(shù)字顯示器直接指示，自動鎖存顯示結果，并自動復位的設計思想，由數(shù)字電路以及外圍電路組成；在搶答同時附有聲音輸出接口，提示主持人此時已完成這次的搶答。與其他搶答器電路相比較有分辨時間極短、結構清晰、成本低、易操作、制作方便等優(yōu)點。關鍵詞：競賽活動；搶答；鎖存；編碼譯碼；復位目錄0  引 言.11 設計目的和指標 .21.1設計目的.21.2 設計指標和要求 .22 系統(tǒng)設計原理和方案分析.32.1電路組成原理 .32.2設計思路.32.2.1電路設計.32.2.2單元電路設計.

5、32.3搶答器.42.3.1搶答器電路圖.42.3.2搶答器完成項目.42.3.3主要功能介紹.53 各電路設計及工作分析 .63.1定時電路設計與相關元器件 .63.2報警電路設計與相關元器件.73.3時序電路設計與相關元器件.74 總結與體會.9致謝.10參考文獻 .110 引言在科技高速發(fā)展的21世紀，人才成為最重要的社會資源之一。競爭日益激烈，人才選拔，評選擇優(yōu)的活動越加頻繁，而在這些活動當中，往往分為幾組選手參加，根據主持人提出的問題，若用舉手的方式進行搶答，往往會因主持人判斷的誤差，造成比賽的不公平性。本著公平公正的原則，就需要有一種穩(wěn)定、準確的工具，

6、因此智能搶答器應運而生，由于其準確性高、實用性強，所以得到迅速推廣，從最初的益智類節(jié)目，廣泛應用到各類活動、娛樂節(jié)目中。早期的搶答器只由幾個過三極管、可控硅、發(fā)光二極管等組成，能通過發(fā)光二極管的指示辨認出選手號碼，而現(xiàn)在大多數(shù)搶答器是由單片機或數(shù)字集成電路組成。1 設計目的及指標1.1 設計目的通過課程設計一個四人的搶答器和可調定時器，運用所學的數(shù)字電子技術的知識進行理論設計、安裝調試、后期制作、分析總結等階段，為了提高電子技術方面的實踐技能，學習掌握工程設計的方法和組織實踐的基本技能。1.2 設計指標和要求1.設計一個可供4名選手參加比賽的智能搶答器。他們的編號分別為1、2、3、4各用一個搶

7、答按鈕，編號與參賽者的號碼一一對應，此外還有一個系統(tǒng)清零和搶答控制開關，由主持人控制。2.搶答器具有數(shù)據鎖存的功能，并將鎖存的數(shù)據用led數(shù)碼管顯示出來，同時蜂鳴器發(fā)出間歇聲響。搶答開始，若有參賽者按動按鈕，編號立即鎖存，數(shù)碼管立即顯示出最先按動按鈕的選手所對應的編號，揚聲器給出聲音提示。3.搶答器對搶答選手動作的先后有很強的分辨能力，即使他們的動作僅相差幾毫秒，也能分辨出搶答者的先后。即再按下任何一個搶答器開關均無效，指示燈依舊保持第一個開關按下時所對應的狀態(tài)不變，直到主持人將系統(tǒng)清零為止。4.主持人有控制開關，可以手動清零復位。主持人清零以后，聲音提示停止。5.搶答器具有可調倒計時的功能，

8、且倒計時的時間由主持人設定（如30 秒）。當主持人啟動“開始”鍵后，定時器進行倒計時，也可根據比賽的實際情況設計答題倒計時的時間。若定時搶答時間已到，仍沒有選手搶答，則本次搶答無效。系統(tǒng)揚聲器報警（音響持續(xù)0.5秒），并封鎖輸入編碼電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器顯示0。6.用555定時器產生頻率為1hz的脈沖信號，作為定時計數(shù)器的cp信號2 系統(tǒng)設計原理和方案分析2.1 電路組成原理根據功能要求，應設計有搶答電路、譯碼顯示電路、定時電路、報警電路、，各個電路都有其自己的功能。通過復位按鍵s，電路進入就緒狀態(tài)，等待搶答。首先由主持人發(fā)布搶答命令（按下s按鍵），在此同時發(fā)光二極管隨即變亮，當

9、看到二極管亮，進入倒計時狀態(tài)和搶答狀態(tài)。在電路中“s1s7”為4路搶答器的4個按鍵，如果有人按下按鍵，程序就會判斷是誰先按下的，然后從p2口輸出搶答者號碼的七段碼值，經gal16v8驅動，送到碼管顯示，并封鎖鍵盤，保持剛才按鍵按下時刻的時間，禁止其他人按鍵的輸入，從而實現(xiàn)了搶答的功能。如果在設定的時間中沒有一個人按下按鍵，一到時間，不可以搶答。當要進行下一次的搶答時，由主持人先按一下復位按鍵s，電路復位，進入下一次搶答的就緒狀態(tài)。2.2 設計思路2.2.1.電路設計電路由選手開關電路、主持人開關電路、觸發(fā)鎖存電路、時間脈沖電路、搶答鑒別電路和顯示電路組成。設計結構框圖如圖1：圖1設計原理圖2.

10、2.2單元電路分析 （1）選手開關此電路由4個開關組成，四位搶答者通過各自的開關來實現(xiàn)搶答，給編碼器輸入高低電平，其中低電平為有效搶答信號。 （2）主持人開關此電路由1個開關和一個1k的電阻組成，主持人通過開斷開關控制整個電路開合。 （3）觸發(fā)鎖存電路此電路由d觸發(fā)器74ls175組成。它具有以下功能：1.清零功能(用集成觸發(fā)器清除端實現(xiàn)，由主持人輸入手動負脈沖控制)。2.四個搶答鍵控制功能(有按鍵實現(xiàn))。3顯示功能(用數(shù)字邏輯實驗箱中的發(fā)光二極管實現(xiàn))。4.脈沖信號控制功能(由主持人輸入手動正脈沖控制)。2.3搶答器2.3.1 搶答器電路如圖2：圖2搶答器電路2.3.2搶答器完成項目：1.優(yōu)

11、先編碼電路立即分辨出搶答者的編號，并由鎖存器進行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號；2.揚聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意；3.控制電路要對輸入編碼電路進行封鎖，避免其他選手再次進行搶答；（1）控制電路要使定時器停止工作，時間顯示器上顯示剩余的搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關，使系統(tǒng)回復到禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答。（2）定時搶答器，它由主體電路和擴展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當選手按動搶答鍵時，能顯示選手的編號，同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴展電路完成定時搶答的功能。（3）定時搶答器的工作過程是

12、：接通電源時，節(jié)目主持人將開關置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時顯示器顯示設定的時間，當節(jié)目主持人宣布搶答題目后，說一聲“搶答開始”，同時將控制開關撥到“開始”位置，揚聲器給出聲響提示，此時搶答器處于工作狀態(tài)，定時器開始倒計時。當定時時間到，卻沒有選手搶答時，系統(tǒng)報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。2.3.3主要功能介紹該部分主要完成兩個功能：一是分辨選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。選用優(yōu)先編碼器74ls148和rs鎖存器可以完成上述功能。這個電路的工作原理過程：當主持人控制開關s置于“清零” 端

13、時，rs觸發(fā)器的r非端均為0，4個觸發(fā)器輸出（q4-q1）全部置0，使74ls148的bi的非=0，顯示器燈滅：74ls148的選通輸入端st的非=0，使之處于工作狀態(tài)，此時鎖存電路不工作。當主持人把開關s置于“開始”時，優(yōu)先編碼器和鎖存電路同時處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端的信號，當有選手將鍵按下時（比如按下s5），74ls148的輸出y2y1y0的非=010，yex的非=0，經rs鎖存后，ctr=1，bi的非=1，經74ls148譯碼后，顯示器顯示為“5”。此外，crt=1,使74ls148的st的非為高電平，封鎖其他按鍵的輸入。如果再次搶答需有主持人將s開關重新“清除

14、”，電路復位。3 各電路設計及工作分析3.1 定時電路設計與相關元器件由節(jié)目主持人根據搶答題的難易程度，設定一次搶答的時間，通過預置時間電路對計數(shù)器進行預置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。可預置時間的電路選用十進制同步加減計數(shù)器74ls192進行設計。搶答開始后，秒脈沖推動右邊的芯片開始倒記時，同時右邊芯片產生的信號做為左邊芯片的cp信號推動左邊的芯片倒記時，完成十進制的倒記時功能。當有人搶答后1q的輸出為1，經過非門后變?yōu)?，通過與門屏蔽了秒信號，停止記時，完成顯示搶答時間的功能。當記到了9秒時，左邊的芯片產生的定時到信號輸出為低電位，也屏蔽了秒信號，使得數(shù)碼管顯示為0。74ls192具

15、有下述功能：(1)異步清零：cr=1，q3q2q1q0=0000(2)異步置數(shù)：cr=0，ld=0，q3q2q1q0=d3d2d1d0(3)保持： cr=0，ld=1，cpu=cpd=1,q3q2q1q0保持原態(tài)(4)加計數(shù)：cr=0, ld=1，cpu=cp，cpd=1，q3q2q1q0按加法規(guī)律計數(shù) (5)減計數(shù)：cr=0, ld=1，cpu=1，cpd= cp，q3q2q1q0按減法規(guī)律計數(shù) 555定時器內部結構的簡化原理圖如下圖3所示，它由3個阻值為5k的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器c1和c2、基本rs觸發(fā)器、放電bjt以及緩沖器g 組成。定時器的主要功能取決于比較器的輸出控制rs

16、觸發(fā)器和放電bjt t的狀態(tài)。圖中rd為復位輸入端，當rd為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出vo為低電平。因此在正常工作時，應將其接高電平。 由555定時器和三極管構成的報警電路如下圖所示。其中555構成多諧振蕩器。振蕩頻率fo143（ri2r2）c，其輸出信號經三極管推動揚聲器。pr為控制信號，當pr為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。圖3 555定時器3.2 報警電路設計與相關元器件如圖4:圖4報警電路3.3 時序控制（超時報警）電路設計與相關元器件如圖5所示：圖5 時序電路時序控制電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下三項功能：主持人將控制開關撥到"開始"

17、;位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進人正常搶答工作狀態(tài)。 當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。 當設定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。其中，門g1 的作用是控制時鐘信號cp的放行與禁止，門g2的作用是控制74ls148的輸人使能端 。工作原理是：主持人控制開關從"清除"位置撥到"開始"位置時，來自于74ls279的輸出 1q=0，經g3反相， a1，則時鐘信號cp能夠加到74ls192的cpd時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。同時，在定時時間未到時，則"定時到信號"

18、;為 1，門g2的輸出 =0，使 74ls148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求。當選手在定時時間內按動搶答鍵時，1q1，經 g3反相， a0，封鎖 cp信號，定時器處于保持工作狀態(tài)；同時，門g2的輸出 =1，74ls148處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求。當定時時間到時，則"定時到信號"為0， =1，74ls148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答。同時， 門g1處于關門狀態(tài)，封鎖 cp信號，使定時電路保持00狀態(tài)不變，從而實現(xiàn)功能的要求。集成單穩(wěn)觸發(fā)器74ls121用于控制報警電路及發(fā)聲的時間。4 總結與體會本次課程設計經過5天的不懈努力，基本已經達到了預期的要求。這是我第一次進行課程設計，因而在很多方面都還不熟練，比如說對一些元器件的功能不太了解，所以就不能熟練運用。不過通過這次課程設計我學到了很多知識，以前還沒有弄明白的細節(jié)，這次已經都解決了，同時也加深了對數(shù)電、模電知識的理解，鞏固了我們所學的知識，有助于我們今后的學習?？傊@次課程設計我收獲很多，即為我以后的課程設計打好了基礎，也將為自己的人生之路做好了鋪墊。致謝在這次設計過程中，各種各樣的感觸都有，設計前的不知所措與茫然，設計過程中的著急與煩躁，設計出來以后的激動與喜悅。往往很多問題在書本上我們會做，但是讓我自己設計出來還真是困難，不知道如何下手。但只要我不放棄、