八路抢答器正文.doc

八路定时抢答器的设计前言随着电子工业的快速发展，在60年代，显示技术得到迅速发展，人们研究出pdp激光显示等离子显示板、lcd液晶显示器、发光二极管led、电致变色显示ecd、电泳显示epid，等多种显示技术。由于半导体的制作和加工工艺逐步成熟和完善，发光二极管已日趋在固体显示器中占主导地位。led之所以受到广泛重视并得到迅速发展，是因为它本身有很多优点，这是也抢答器利用LED数码管实现其显示功能的最大特点之一。在目前的情况下，传统的知识竞赛抢答器已经跟不上时代的步伐，电视台、机关、企事业单位、学校等等，对知识竞赛的要求已经越来越高，不仅仅满足于现场单纯抢答、记分。传统的知识竞赛采用的是主持人念题，选手听题然后回答，听不清楚还需要主持人重复一遍。对于观众，尤其是后排的观众，不知道主持人问的题目是什么，观众根本谈不上感受知识竞赛的乐趣。如果是问答题，尤其是题目较长，回答内容较多的题目，对于选手和主持人都是一个及其费力，但没有竞赛效果的事情。而如今抢答器在功能的实现上又有了突飞猛进的进步，数字电路产品在生活中有着极其广泛的应用，包括计算机、数字通信、智能仪器仪表、自动控制及航天等领域中，这些给人们带来了生活，工作等方面带来了极大的方便，为了让大家对八路抢答器有更深的了解和认识，本文就是对其设计过程作一个详细的报告。1第一章 设计要求及系统方案选择1.1设计要求： 1.1.1基本要求（1）抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0 S7表示。 （2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。 （3）抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在DPY_7-SEG七段数码管上显示选手号码。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。1.1.2扩展要求（1）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。（2）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。在这段 （3）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，定时显示器上显示00。1.2 系统方案的比较与选择方案一：软件编程，用单片机设计电路，由于使用软硬件结合的方式，用软件实现门电路实现的功能，在编译程序过程中较容易出错且在调试过程中相对复杂，从而使制作难度加大，并且抢答器是以数字电路设计为基本设计框架，没有很大的必要用单片机来实现。方案二：基本门电路搭建，用基本门电路来实现抢答、时序过程，电路结构简单，难度系数不大，所以第二种方案电路结构简单，调试也相对方便，与第一种方案比较优点的是非常明显的。故选择第二种方案完成此次课程设计。8第二章 系统的组成及工作原理2.1系统的组成 此八路定时抢答器系统由抢答电路模块和定时电路模块两部分构成，首先抢答电路主要是由优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 来完成该模块的相应功能；而定时电路则主要是由555定时器、74LS192和74LS48芯片完成此模块的相应功能。2.2设计方案及工作原理如图2-1所示为设计方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到清零状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置;开始状态，宣布开始抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作清除和开始状态开关。图2-1总体框图第三章 单元电路设计3.1抢答电路设计设计电路如图3-1所示。电路选用优先编码器 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（图中5号端）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(图中4端) =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，使74LS148 优先编码工作标志端（图中5号端），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，使优先编码工作标志端（图中5号端），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。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。74LS148为8线3线优先编码器，表3-1为其功能表。图3-1 数字抢答电路表3-1 8线3线优先编码器功能表3.2定时电路设计原理及设计：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。具体电路如图3-2所示，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。74192的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，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DPY_7-SEG 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。图3-2 可预置时间的定时电路八路定时抢答器的设计第四章 系统调试与总结4.1系统调试实验电路板分别做成数字抢答器电路及时序控制电路，根据EWB仿真电路及工程上的可操作性布置芯片、元件、导线等。在把电路板焊接完成之后开始对电路特性以及功能实现进行初步调试，在把高电平加入后发现抢答器不能正常工作，按下开关后数码管的显示并非与开关的代号想对应（如：按下S0后数码管的显示为5），之后检查电路板后的焊接与走线，在用万用表逐点排查之后发现果然有虚焊，在走线上也有几根导线连接错误，找出原因并排斥故障后，电路板可正常工作。图4.1 实物图4.2总结在设计过程中的中期，由于电路板的焊接比较复杂，所以设计中期本打算不用555芯片看是否也能实现其相应功能，但在试验过程中明显的发现没有555芯片的话，就产生不了秒脉冲，起不到时序控制作用，所以之前的假想完全不可行，故在试验后期在定时电路板上加入了555芯片，在调试和检测之后电路则可以实现时序控制功能。八路抢答器是一个要用许多芯片来共同实现其逻辑功能的电子产品，它的工作原理很明确，就是分别用两个模块来实现它的抢答和时序控制功能，而后需要了解的就是要用到的集成芯片的管脚功能和用法，他们在不同的工作环境及场合下能发挥的作用。 本次对抢答器的课程设计，要注意的还有对数码管显示的控制，这次的试验存还在着一方面的不足，数码管的显示应按照1-8的数字显示才能达到正确的显示效果，可是由于疏忽，而在本次设计中显示的是数字0-7，这是在以后的设计中需要注意和改进的。8参考文献1 赵阳. 数字电路触发器应用分析以智力竞赛抢答器设计为例J. 山东省农业管理干部学院学报, 2007, (02). 2 王青萍. 八路智力竞赛抢答器的设计J. 湖北教育学院学报, 2007, (08). 3 周殿凤. 16路智力竞赛抢答器设计J. 中国现代教育装备, 2007, (06). 4 刘开绪. 数字