八路搶答器設(shè)計(jì)論文

1、用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字搶答器介紹數(shù)字電路產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于日常生活中，包括計(jì)算機(jī)、數(shù)字通信、智能儀器、自動(dòng)控制和航空航天。這些都給人們的生活和工作帶來了極大的便利。工廠、學(xué)校、電視臺(tái)等單位經(jīng)常舉辦各種智力競賽，搶答器是必備設(shè)備。在我們學(xué)校舉辦的各種比賽中，經(jīng)常能看到搶答的現(xiàn)象。主辦方大多采用舉起答題卡的方式來評(píng)判選手答題的權(quán)利。這在一定程度上會(huì)因?yàn)橹鞒秩说闹饔^誤判造成比賽的不公平。為了解決這一問題，我們小組準(zhǔn)備制作一種能滿足學(xué)校需要的低成本八路數(shù)字應(yīng)答機(jī)。搶答器是比賽等場合不可缺少的設(shè)備。本文從簡單介紹數(shù)字電路芯片的功能入手，利用不同功能的數(shù)字電路芯片組合來實(shí)現(xiàn)多路搶答器的功能。首先，簡要介紹了數(shù)字電路

2、的發(fā)展和演變。然后介紹了幾種主要集成芯片的引腳功能和用法。最后介紹了多路搶答器的原理和設(shè)計(jì)過程?？偨Y(jié)改進(jìn)部分，談?wù)剬?shí)際設(shè)計(jì)調(diào)試中部分電路的不足，并加以改進(jìn)。競猜是一種生動(dòng)活潑的教育方式，搶答是競猜中很常見的答題方式。答一場競賽能引起參賽者和觀眾的極大興趣，能在極短的時(shí)間內(nèi)迅速增長一些科學(xué)知識(shí)和生活常識(shí)。但是在這種比賽中，如果僅僅靠主持人的主觀判斷，很容易誤判誰先答誰后答，什么時(shí)候先答，答題時(shí)間怎么算等等問題。因此，我們需要一種具有自動(dòng)閉鎖、置位和清零功能的智能搶答器來解決這些問題。第一章設(shè)計(jì)任務(wù)(1)設(shè)計(jì)要求搶答器主要基于7 4系列集成芯片組成各部分電路，成本較低，基本可以在一些學(xué)校活動(dòng)中使用

3、。74LS148編碼器和74LS279 RS鎖存器用于構(gòu)成應(yīng)答器的核心部分。利用74LS192十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)搶答器的計(jì)時(shí)部分，并提供計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖電路。報(bào)警電路由555定時(shí)器和三極管組成，定時(shí)控制電路由74LS121產(chǎn)生。七段共陰極LED數(shù)碼管用于顯示序號(hào)和定時(shí)時(shí)間，74LS48數(shù)顯解碼管用于顯示數(shù)碼管。設(shè)計(jì)設(shè)備統(tǒng)計(jì)如下:(設(shè)計(jì)中的一些基本設(shè)備將由實(shí)驗(yàn)室提供)74LS483.電阻68k一個(gè)74LS121一個(gè)電阻5102.74LS148一個(gè)電容器10uF2.74LS1922.0.1uF電容一個(gè)74LS279一個(gè)電容器100uF一個(gè)NE5552.發(fā)光二極管2.1k電阻一個(gè)鑰匙開關(guān)9.電阻1

4、0k9.共陰極數(shù)碼管3.電阻15k一個(gè)74LS00一個(gè)電阻為4.7k一個(gè)74LS11一個(gè)電阻為5.1k。一個(gè)三極管3DG12僅1個(gè)電阻為100k。一個(gè)(2)功能需求將設(shè)計(jì)一臺(tái)八人計(jì)時(shí)搶答器，主要實(shí)現(xiàn)以下功能:(1)為八位參賽者每人提供一個(gè)搶答按鈕，編號(hào)為S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7；(2)主機(jī)可以控制系統(tǒng)的復(fù)位和加擾的開始；(3)應(yīng)答器應(yīng)具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示功能。搶答結(jié)束后，若有選手按下?lián)尨疰I，其號(hào)碼會(huì)一直顯示，直到系統(tǒng)被主持人清除，揚(yáng)聲器上會(huì)出現(xiàn)提示。同時(shí)，其他人再按相應(yīng)按鈕無效。(4)搶答器應(yīng)具有自動(dòng)計(jì)時(shí)功能，第一次搶答時(shí)間由主持人任意設(shè)定。當(dāng)主機(jī)啟動(dòng)“開始”鍵時(shí)，計(jì)時(shí)器自

5、動(dòng)倒計(jì)時(shí)并顯示在顯示屏上。同時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出短促的聲音；(5)參賽者只有在規(guī)定時(shí)間搶答才有效。如果搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示搶答開始時(shí)間，直到系統(tǒng)清零；(6)如果在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)沒有選手搶答(按下相應(yīng)的按鈕)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出短暫的報(bào)警，禁止選手加時(shí)搶答，計(jì)時(shí)器上顯示00。數(shù)字搶答器由主電路和擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先電路、鎖存和解碼電路在顯示器上輸出各組的輸入信號(hào)；用控制電路和主機(jī)開關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路，以上兩部分構(gòu)成主電路。通過計(jì)時(shí)電路和解碼電路，秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)輸出到顯示器上實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，形成一個(gè)擴(kuò)展電路。利用設(shè)計(jì)的電路，可以在8人或8隊(duì)的比賽中輕松控制計(jì)時(shí)搶答器，使這項(xiàng)活動(dòng)更具趣味性和公平性。第二章主要設(shè)

6、備介紹74LS14874LS148優(yōu)先級(jí)編碼器(a)符號(hào)圖(b)引腳圖74LS148的菜單:投入出口一個(gè)000000000 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11 1 11 1 10 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11 10 11 01 01 01 01 01 01 01 0(2)74LS4874LS48符號(hào)圖和引腳圖(a)符號(hào)圖(b)引腳圖顯示解碼器74LS48的菜單:(3)74LS192和74LS0074LS19

7、2引腳圖74ls192菜單:投入輸出先生P3P2第一親代p0蛋白Q3Q2雌三醇環(huán)戊醚Q0一個(gè)000000dcbadcba0一個(gè)一個(gè)添加計(jì)數(shù)0一個(gè)一個(gè)倒讀數(shù)74LS00引腳圖及其功能表:(4)74LS121和74LS27974LS121引腳圖及其功能表:74LS279引腳圖及其功能表:74LS279執(zhí)行反編碼和鎖存功能。(5)NE555和74LS11NE555引腳圖:74LS11引腳圖及其真值表:Y=ABC第三章設(shè)計(jì)方案投入輸出ABCYXXLLXLXLLXXLHHHH(1)搶答功能的設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)如圖1所示。選擇電路優(yōu)先級(jí)編碼器74LS148和鎖存器74LS297來完成。這個(gè)電路主要完成兩個(gè)功能:

8、一是可以區(qū)分玩家按鍵的先后順序，并鎖存第一個(gè)應(yīng)答者的號(hào)碼，同時(shí)解碼顯示電路的顯示號(hào)碼(顯示電路采用七段數(shù)碼管)；二是禁止其他玩家按鍵，其按鍵操作無效。工作過程:當(dāng)開關(guān)S置為“清零”端時(shí)，RS觸發(fā)器的R端和S端都為0，四個(gè)觸發(fā)器的輸出都置為0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端(圖中5端= 0，使其處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S設(shè)置為“開始”時(shí)，應(yīng)答器處于等待狀態(tài)。當(dāng)參賽選手按下?lián)尨鹌靼粹o(如S5)，74LS148的輸出被RS鎖存后，CTR=1，RBO(圖中4端)=1，七段顯示電路74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3 Q2 =101，顯示為“解碼后”另外，CTR = 1使74LS148優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端(

9、圖中5端)= 1，處于禁止?fàn)顟B(tài)，阻塞其他鍵的輸入。松開并按下該鍵，此時(shí)74LS148仍為CTR = 1，使得優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端子(圖中端子5)= 1。所以74LS148還是處于禁止?fàn)顟B(tài)，保證按鍵按兩下不會(huì)有信號(hào)輸入，保證應(yīng)答者的優(yōu)先級(jí)。如果再次出現(xiàn)搶答，主持人要將S開關(guān)復(fù)位到“清零”，然后進(jìn)行下一次搶答。圖1輸入(鍵)的真值表如下圖2所示:(2)定時(shí)功能設(shè)計(jì)及其總體方案計(jì)時(shí)原理及設(shè)計(jì)(圖3):該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路、74LS48解碼電路和兩個(gè)7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過解碼電路

10、74LS48顯示在數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。7192預(yù)置號(hào)控制終端實(shí)現(xiàn)預(yù)置號(hào)，節(jié)目主持人根據(jù)答題難易程度設(shè)定先答題時(shí)間。計(jì)數(shù)器由預(yù)置時(shí)間電路預(yù)置，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由第二脈沖電路提供。按鈕彈出后，計(jì)數(shù)器開始減法計(jì)數(shù)工作，在共陰極七段數(shù)碼管DPY_7-SEG上顯示時(shí)間。當(dāng)有人先回答時(shí)，它停止計(jì)數(shù)，此時(shí)顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間。如果沒有人搶答，倒計(jì)時(shí)時(shí)間到了，輸出低電平給定時(shí)控制電路，控制報(bào)警電路報(bào)警，以后選手搶答無效。接下來，將參照?qǐng)D4詳細(xì)描述標(biāo)準(zhǔn)第二脈沖產(chǎn)生電路的原理。參考圖3，圖中電容c的放電時(shí)間和充電時(shí)間分別是NE555的三個(gè)端子輸出的脈沖頻率。考慮到我們的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和元器件成本，我們選擇

11、R1=15K，R2=68K，C=10uF的電阻值，代入振蕩頻率fo = 1.43/(ri+2r2) c，就是第二個(gè)脈沖?？傮w方案如下:該方案的總電路由四部分組成:前面兩部分有詳細(xì)描述，下面是報(bào)警和定時(shí)控制的電路圖。報(bào)警電路圖:由555定時(shí)器和三極管組成的報(bào)警電路如圖1.5所示。其中555為多諧振蕩器，振蕩頻率fo = 1.43/(RI+2R2) C，其輸出信號(hào)通過三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。PR是控制信號(hào)。當(dāng)PR處于高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，否則電路停止振蕩。時(shí)序控制電路圖:定時(shí)控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三個(gè)功能:當(dāng)主機(jī)將控制開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答器電路和定時(shí)器電路進(jìn)入正

12、常的搶答器工作狀態(tài)。(2)選手按下加擾鍵，揚(yáng)聲器發(fā)聲，加擾電路和計(jì)時(shí)電路停止工作。(3)當(dāng)設(shè)定的催答時(shí)間到了，沒有人催答時(shí)，揚(yáng)聲器響起，催答電路和計(jì)時(shí)電路停止工作?？傮w框圖如下:1.搶答器具有定時(shí)搶答功能，一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定(如30秒)。當(dāng)主機(jī)啟動(dòng)“開始”鍵時(shí)，計(jì)時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)。2.選手在設(shè)定的時(shí)間搶答，搶答有效，計(jì)時(shí)器停止工作，顯示屏上顯示選手人數(shù)和搶答時(shí)間，一直保持到主持人清空系統(tǒng)。3.如果計(jì)時(shí)時(shí)間到了，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，計(jì)時(shí)顯示屏顯示00。對(duì)于整體框圖，只需要:(1)將圖1中74LS279的1、5、10、14引腳中的任意一個(gè)與圖3中任意74LS192的1

13、1引腳相連(注:圖2中74LS279的13引腳輸出CTR信號(hào))；(2)圖1中輸入74LS148的5腳信號(hào)被去掉，取而代之的是74LS279中13腳通過與非門輸出的CTR信號(hào)和圖3中74LS192中13腳通過與非門輸出的信號(hào)。其工作原理如下:接通電源后，主機(jī)將開關(guān)撥到“復(fù)位”狀態(tài)，應(yīng)答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，數(shù)字顯示熄滅，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主機(jī)設(shè)置開關(guān)；開始狀態(tài)，宣布開始搶答器工作。計(jì)時(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出聲音提示。當(dāng)選手在固定時(shí)間內(nèi)爭奪答案時(shí)，搶答器完成:優(yōu)先級(jí)判斷、號(hào)碼鎖存、號(hào)碼顯示、揚(yáng)聲器提示。經(jīng)過一輪爭奪后，計(jì)時(shí)器停止，第二次爭奪被禁止，計(jì)時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再搶著回答，主持人必須再次操作“

14、清除”和“開始”狀態(tài)開關(guān)。第四章是電路實(shí)現(xiàn)和電路調(diào)試。將三塊實(shí)驗(yàn)電路板分別制作成數(shù)字搶答器電路、預(yù)設(shè)時(shí)間的定時(shí)電路、報(bào)警電路和定時(shí)控制電路，按照EWB仿真電路和工程可操作性布置芯片、元器件和導(dǎo)線。它可以通過許多電路仿真軟件來實(shí)現(xiàn)。了解了以上，我們就可以去仿真電路(比如multisim)，這些都可以很好的實(shí)現(xiàn)它的功能。電路調(diào)試:點(diǎn)1(圖1):依次按S0到S7鍵，每按一次后清零，直到數(shù)碼管顯示的數(shù)字(顯示玩家)與按鍵一一對(duì)應(yīng)，就達(dá)到效果了。否則找出問題:要點(diǎn)2(總體方案):模擬沖關(guān)過程；(1)從預(yù)設(shè)時(shí)間開始依次按下S0至S7鍵謝妮管。然后找出問題:(2)倒計(jì)時(shí)結(jié)束，開始搶碼，同時(shí)，或者只按S0到S7任意鍵，LED亮，數(shù)碼管顯示。一個(gè)接一個(gè)地按下所有的鍵，看看顯示是否會(huì)改變。如果沒有變化，完成調(diào)試，否則，找出問題。第五章結(jié)論接電話豐富了我們的生活，社會(huì)充滿了競爭。不明顯。通過使用它，我們可以證明我們的勇氣和自信，所以我們想了解它。至于八路搶答器的原理，只是幾個(gè)芯片的合成，并不復(fù)雜，我們做好就可以了。但是在實(shí)踐中有一些小麻煩，就是在實(shí)踐中很難把握電壓。總之，這種做法很成功。我們追求的是理論與實(shí)踐的共存。課程設(shè)計(jì)為大學(xué)生提供了一個(gè)展示綜合能力的強(qiáng)大平臺(tái)。實(shí)踐中很多電路原理都不清楚，說明學(xué)習(xí)不是很好，也反映