四路智力竞赛抢答器Word文件下载.docx
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中国矿业大学出版社《单片机原理及应用技术》主编余发山
毕业设计（论文）工作进度计划
2010年11月20日接受毕业论文设计任务
2010年11月25日定论文题目为四路智力竞赛抢答器
2010年11月26日-2010年12月11日经过查阅资料论文初稿形成
2010年12月12日-2010年12月19日按照学校发的论文格式要求经过三次修改
2010年12月20日-2010年12月25日按照指导老师的意见修改两次交给指导老师
接受任务日期2010年11月20日
要求完成日期2010年12月25日
学生签名：
年月日
指导教师签名：
年月日
系（分院）
主任（院长）签名：
毕业设计（论文）指导教师评阅意见表
性名
学号
08115516
性别
男
通信081班
评
阅
意
见
成绩
指导老师签字
毕业设计（论文）答辩意见表
答辩时间
地点
答辩
小组
成员
职称
学历
从事专业
组长
成员
秘书
答辩小组意见
答辩成绩：
答辩小组组长签名：
华营
摘要：
智力抢答器是各种竞赛活动中不可或缺的电子设备，发展较快，从开始的仅具有抢答锁定功能的一个电路，到现在的具有倒计时、定时、手动、报警，屏幕显示，按键发光等多种功能的技术融合。
本设计介绍了一种用74系列常用集成电路设计的数码显示四路抢答器的电路组成、设计思路及功能。
该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有定时、计时和报警功能。
主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间，系统将完成自动倒计时。
若在规定的时间内有人抢答，则计时将自动停止；
若在规定的时间内无人抢答，则系统中的蜂鸣器将发响，提示工作人员本轮抢答无效，实现报警功能。
关键词：
四路，抢答器，设计，定时，计时，报警
一、设计题目四路智力抢答器
二、设计目的
（一）掌握四人智力竞赛抢答器电路的设计、组装与调试方法。
（二）熟悉数字集成电路的设计和使用方法
三、设计任务与要求
（一）设计任务
设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。
用数字显示抢答倒计时间，由“9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器连续响1秒。
选手抢答时，数码显示选手组号，同时蜂鸣器响1秒，倒计时停止。
（二）设计要求
1、4名选手编号为：
1，2，3，4。
各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。
2、给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和抢答的开始。
3、抢答器具有数据锁存和显示的功能。
抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示,封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。
抢答选手的编号一直保持到主持人将系统,清零为止。
1
4、抢答器具有定时（9秒）抢答的功能。
当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响，音响持续1秒。
参赛选手在设定时间（9秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，音响持续1秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。
5、如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。
系统扬声器报（音响持续1秒），并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。
6、可用石英晶体振荡器或者555定时器产生频率为1Hz的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。
四、总体方案选择
（一）电路主要由脉冲产生电路、锁存电路、编码及译码显示电路、倒计时电路和音响产生电路组成。
当有选手抢答时，首先锁存，阻止其他选手抢答，然后编码，再经4线7段译码器将数字显示在显示器上同时产生音响。
主持人宣布开始抢答时，倒计时电路启动由9计到0，如有选手抢答，倒计时停止。
电路系统结构如图1：
图1四人智能抢答器原理图
（二）整体电路如图2：
2
图2整体电路图
五、单元电路设计
（一）以锁存器为中心的编码显示电路
抢答信号的判断和锁存可采用触发器或锁存器。
若以四D触发器74LS175为中心构成编码锁存系统，编码的作用是把锁存器的输出转化成8421BCD码，进而送给7段显示译码器。
其真值表3：
锁存器输出
编码器输出
Q4
Q3
Q2
Q1
D
C
B
A
表3锁存编码真值表
3
电路图如图4：
图4以锁存器为中心的编码显示电路
工作原理：
四D触发器74LS175的输出Q非控制显示模块显示组号。
当无人抢答时，4个D触发器的输出Q非相与，为“1”时，脉冲能够进入触发器，有一人抢答时，与门中有一个变为“0”，使脉冲不能进入触发器，从而防止其他人抢答。
并停止计时。
将与非后的信号用于控制声音模块报警。
（二）脉冲产生电路：
采用石英晶体振荡器产生高精度的秒脉冲。
图5：
图5脉冲产生电路
4
该模块为由555定时器构成的多谐振荡器。
并以74LS160做10分频,产生10Hz和1Hz的脉冲信号。
（三）倒计时显示电路：
该电路可采用十进制同步减计数器74LS190，主持人宣布开始时，按下按钮，同时使计数器置数为“9”，并在脉冲作用下开始倒计时并在显示器上显示，到零时停止。
图6：
图6倒计时显示电路
由74LS190十进制计数器计数，其输出端驱动BCD数码器。
160的进位输出反相信号
进位信号和抢答信号控制1HzCP信号的输入，即计数到0时不会倒回9再计时也控制计数到时抢答模块不许再抢答同时声音模块块报警。
190的MR接收抢答模块的信号，当抢答模块复位时190也复位。
（四）音响电路：
利用单稳态触发器74LS121产生定宽的抢答输出脉冲，接入蜂鸣器，根据脉冲宽度可计算得蜂鸣器鸣叫时间。
再由主持人、选手、倒计时共同控制它的输入，使其在主持人开始、选手抢答、倒计时到零时都能鸣叫。
图7
5
图
7音响电路
（五）复位电路：
单片机内外部中断和内部中断并存，有硬件复位端，只要输入持续4个机器周期的高电平即可实现复位。
硬件复位后的各状态都恢复到初始值。
（六）键盘电路：
四个按钮（J1-J4）作为抢答选择键，还有一个按钮作为抢答开始键（J5）
（七）显示电路：
利用共阳数码管作为显示器件
（八）元件选择。
表8
元件
电阻
电容
芯片
开关
其他
型号
1k
1.49k
10u
74LS175、74LS148、74LS190、74LS04、
555、
74LS20、74LS04、74LS11、
74LS02
蜂鸣器、共阴数码管、
数量
各1
6
六、.软件系统设计
（一）明确系统的功能
主要功能：
当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，由“9”倒计到“0”时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，蜂鸣器响，持续1秒。
如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。
系统蜂鸣器报警（音响持续1秒）；
抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，禁止其他选手抢答。
抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
（二）分析功能，理清程序结构
系统倒计时功能，主持人控制，需要按键允许；
抢答开始与倒计时结束，以及抢答成功蜂鸣器响，需要响铃程序：
四组抢答输入，需键盘扫描程序；
此外，一选手抢答成功禁止其他选手抢答，这可以通过允许标志位起到锁存的作用。
（三）主要功能的程序段设计与说明
A、查询与倒计时程序段设计：
查询按键是否按下，有去抖动功能；
采用定时器T0进行倒计时，设初值50ms，
通过工作寄存器R0累加20次后为一秒倒数减一，R0清零继续累加，从而进行倒计时直到结束。
流程图如下图：
相应的部分程序与说明如下：
;
=====查询程序设计======
START：
......
NEXT:
JBJ5,NEXT
ACALLDELAY
JBJ5,NEXT
;
去抖动，如果“开始键”按下就向下运行
ACALLXIANG
蜂鸣器响
MOVA,R0
7
MOVR6,A
送R0到R6，因为R6中保存了抢答时间
......
AJMPCOUNT
进入倒计时，“查询有效抢答的程序”在COUNT里面
=======倒计时程序设计=========
COUNT:
MOVR1,#00H
重置定时中断次数
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H
重置定时器
RECOUNT:
MOVA,R5
R5中倒数时间送A
JZQUIT
R5为0时，计时完毕
MOVA,R1
CJNEA,#14H,CHECK
R1为20时，即到了1s后顺序执行，否则跳到显示扫描程序
MOVR1,#00H
DECR5
倒数次数减1
QUIT:
计时结束时进行的程序
========T0溢出中断（倒计时程序）=======
T0INT:
MOVTH0,#3CH
重装初值
MOVTL0,#0B0H
INCR1
RETI
.......
查询抢答是否允许
8
设置定时器中断次数，重置定时器
中断到20次？
倒数时间减一
倒数到0s？
B：
按键扫描程序（有锁存功能）
实现锁存可以设计一个抢答允许标志位，若允许则查询，否则禁止抢答，其流程图如图10：
部分程序段如下：
；
********************************
设OK为抢答允许位，置“1”为允许
CHECK:
进行显示与键盘扫描
ACALLDISPLAY
跳到显示程序中
JBOK,ACCOUT
OK标志位为1时查询抢答，
AJMPRECOUNT
没有则继续倒数
ACCOUT:
键盘扫描
JNBJ1,TRUE0
JNBJ2,TRUE1
JNBJ3,TRUE2
JNBJ4,TRUE3
AJMPRECOUNT
==========正常抢答处理程序========
TRUE0:
按键发声
MOVR4,#1
CLROK
抢答结束后不再查询抢答，因此锁存抢答
CLREA
ACALLDISPLAY0
SJMP$
9
......（TRUE1-3类似）
七.系统调试与仿真
（一）先将抢答模块接好先，这时的脉冲信号可以先接到实验装置上的10Hz信号，
（二）接好线，测试可否正常抢答，1~4抢答开关断开时对应的LED是否显示正常，抢答后其他人能否抢答和复位是否正常。
（三）接上显示模块，测试可否显示对应组号，未抢答时和复位有无显示。
（四）接好脉冲信号模块，代替接到实验装置上的信号，测试是否有产生脉冲信号，是否可以使抢答模块正常工作。
（五）接上倒计时模块，将控制信号线连接好，测试能否计时，计时到时是否不会继续计时。
（六）抢答模块是否还能抢答，抢答后是否还计时及复位后计时是否重新计时。
（七）接上声音模块，测试抢答后及计时到时后是否有报警声。
（八）对整个电路的功能测试一遍。
八．总结心得
通过这次设计，我的理论知识掌握得更扎实，动手能力明显提高。
同时，通过网上搜索等多方面的查询资料，我学到许多在书本上没有的知识，也认识到理论联系实践的重要。
在制作当中遇到了许多以前没遇到的困难。
我们利用许多的方法去解决所遇到的问题。
我们一定要具备一定的检查、排除电路故障的能力。
我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。
而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。
最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。
在整个设计过程中，我个人感觉调试部分是最难的。
调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的！
九．参考文献
中国电力出版社,2004《实用555时基电路300例》主编陈有卿
高等教育出版社，2006《电子技术基础数字部分》主编康华光
中国电力出版社，2007《大学生电子设计与应用》主编王彦朋
机械工业出版社，2003《实用电子电路200例》主编张钦双
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