8路数字抢答器的设计.docx
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8路数字抢答器的设计
前言……………………………………………………......2
设计目的……………………………………………………......2
总体电路框图…………………………………………………...2
单元电路设计……………………………………………………3
元件明细表……………………………………………………….7
心得体会…………………………………………....7
附录……………………………………………………………9
.一、前言
随着各种智力竞赛越来越多，在答题的过程中一般要分为必答和抢答两种。
必答有时间的限制，到时间要警告。
而抢答则要求参赛者做好充分的准备，等主持人说完题目，参赛者开始抢答，谁先按钮，就由这个参赛者答题，但是很难确认谁先按的，因此使用抢答器来完成这一功能是很有必要的。
二、设计目的
1．抢答器同时供8名选手抢答，分别用8个按钮S0-S7表示，同时设置一个主持人开关控制系统的清除和开始。
2．电路具有优先锁存功能,选手按下开关，相应的编号被锁存，显示在数码管上，且所存的是第一个抢答选手的编号。
3．系统中设有倒计时部分，时间可设由主持人设定，主持人开关拨到“开始”后开始倒计时，并在倒计时数码管上显示时间，表示开始抢答，直到有选手按下按钮或倒计时为零。
4．报警电路为系统提供报警，分别在开始抢答、第一个选手请打、倒计时到0及错误抢答是发出警报。
三、总体电路框图
定时抢答器的总体框图如图2—11所示，它有主体电路和扩展电路两部分组成主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，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2—11所示的定时抢答器的工作过程是：
接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间；当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，扬声器发出音响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时开始。
当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手在超时后抢答。
当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：
1优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码电路显示编号；
2扬声器发出短暂音响，提醒节目主持人注意；
3控制电路要对输入编码电路进行锁存，避免其他选手进行抢答；
4控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保存到主持人将系统清零为止。
当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。
图2—11
四、单元电路设计
1、抢答电路
原理图如下：
图-1抢答模块原理图
此部分电路主要完成的功能是实现8路选手抢答并进行锁存，同时有相应发光二极管点亮和数码显示。
使用优先编码器74LS148和锁存器74LS297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＝1，5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。
只要有一组选手先按下抢答器，就会将编码器锁死，不再对其他组进行编码。
通过74LS48译码器使抢答组别数字显示0-7。
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。
4LS148的输入端和输出端低电平有效。
~
是输入信号，
~
为三位二进制编码输出信号，
＝1时，编码器禁止编码，当
＝0时，允许编码。
是技能输出端，只有在
＝0，而
~
均无编码输入信号时为0。
为优先编码输出端，在
＝0而
~
的其中之一有信号时，
＝0。
~
各输入端的优先顺序为：
级别最高，
级别最低。
如果
＝0（有信号），则其它输入端即使有输入信号，均不起作用，此时输出只按
编码，
＝000。
字符显示器：
分段式显示是将字符由分布在同一平面上的若干段发光笔划组成。
电子计算器，数字万用表等显示器都是显示分段式数字。
LED数码显示器是最常见的。
LED工作电压大约1.5~3V，驱动电流为几十毫安。
74LS48译码驱动器输出是高电平有效，所以，配接的数码管须采用共阴极接法。
数码管常用型号有BS201、BS202等。
SR触发器：
1）.保持状态。
当输入端接入
=
=1的电平时，触发器保持原状态不变。
2）.置0状态。
当
=1，
=0时，无论基本SR触发器的输出现态如何，均会使输出次态置为0态。
3）.置1状态。
当
=0、
=1时，无论触发器现态如何，均会将触发器置1。
4）.不定状态。
当
=
=0时，无论触发器的原状态如何，均会使
=1，
=1。
2、倒计时电路
原理图如下：
图-2倒计时模块原理图
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。
完成的功能是当主持人按下开始抢答按钮后，进行30s倒计时，到0s时倒计时指示灯亮。
当有人抢答时，计时停止。
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。
74LS192的预置数控制端实现预置数30s，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。
由555定时器和三极管构成报警电路。
其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo＝1.43／［（RI＋2R2）C］，其输出信号经三极管推动扬声器。
PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。
控制输入信号为经过编码的抢答选手的信号，当有人在有效时间内抢答时，定时时间到时无人抢答时，输入信号为高电平，报警电路发出报警信号；反之，输入信号为低电平时，报警器不工作。
3、报警电路
脉冲输入端
图-3报警模块原理图
由555定时器和晶体管构成的报警电路如图3所示。
其中555构成多谐振荡器，其输出信号经晶体管推动扬声器（由于仿真软件中无喇叭，由蜂鸣器代替）。
脉冲输入端为控制信号，当其为高电平时，多谐振荡器工作，反之停止工作。
4、时序控制电路
时需控制电路是抢答器设计的关键，它需要完成一下三更功能：
1）.主持人开关拨到开始，扬声器发出声响，抢答器开始正常的抢答。
2）.当参赛选手按动按键抢答时，扬声器发出声响，抢答和定时电路停止工作。
3）.当设定的抢答时间到，无人抢答时发出声响。
五、元件明细表
八路数字抢答器元件明细表
项目
型号
名称
数量
芯片
74LS148
8线-3线优先编码器
1
74LS279
四SR锁存器
1
74LS192
同步双时钟加/减计数器
2
74LS48
BCD-七段译码器
3
NE555
定时器
2
74LS00
四二输入与非门
1
74LS32
四二输入或非门
1
74LS122
单稳态触发器
1
BS202
共阴数码管显示器
3
元器件
发光二极管
2
10μF电解电容
1
0.01μF瓷片电容
1
开关
单刀单置开关
8
单刀双置开关
1
电阻
100千欧
1
10千欧
10
1千欧
1
510欧
3
15千欧
2
68千欧
2
六、心得体会
七月一号是值得纪念的一天，在经过5天不眠不休的奋斗后8路抢答器终于完成了。
通过这次课设，使自己更加了解数电在现实生活中重要性，以及课本上的理论知识与实际应用的微妙关系，进一步熟悉了8路抢答器中各个芯片的工作原理及使用方法。
通过本次课设有想起了那首老歌——团结就是力量，嗯，与合作伙伴的分工合作以及对对方的信任是团队精神中必不可少的因素。
通过这次实地的着手操作确实收获了很多，由被动接受知识到主动思考完成实际功能，培养了自己的设计思维，增强了动手能力。
在改进电路的过程中，同学们共同探讨，最后的电路已经比初期设计有了很大提高。
在体会到了设计电路的‘艰辛’的同时，更体会到成功的喜悦和快乐。
附录
1.总电路图
图附1-1电路原理图
2.元件引脚图
参考文献：
【1】《电子技术基础》（数字部分）康华光主编高等教育出版社
【2】《数字电子技术》张惠敏主编化学工业出版社
【3】《74系列芯片手册》李海主编重庆大学出版社
【4】刘开绪数字式抢答器的设计与实现[期刊论文]-电子工程师2005（09）
【5】单海校．电子综合实训[M]．北京：
北京大学出版社
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