八路抢答器的设计

1、八路抢答器的设计本文介绍了一种采用数字电路制作的多功能数显抢答器，它主要采用了74 系列的常用集成电路， 它除了具有基本的抢答功能之外，还具有定时报警的功能，和数显的功能，当抢答开始后， 系统会自动倒计时，并且时间是可以预设的，期间有人抢答的话系统会停止计时，如果期间没人抢答，系统会有短暂的报警，提示抢答结束一、设计目的在电视和学校中我们会经常看到一些智力抢答的节目，如果要是让抢答者用举手等方法，主持人很容易误判， 会造成抢答的不公平，比赛中为了准确、 公正、 直观地判断出第一抢答者，所设计的抢答器通常由数码显示、灯光、 音响等多种手段指示出第一抢答者。为了使这种不公平不发生，只有靠电子产品的

2、高准确性来保障抢答的公平性。二、方案制作抢答器可以用好多的方法，可以用单片机来完成，它的功能强大制作简单，并且外围的元件也很少； 也可以用plc 来实现， 他的制作也是比较简单；还可以用我们学过的eda 技术来制作； 最后也可以用数字电路来实现，它的原理比较简单，集成块的价格也比较便宜且很容易购买，与我们学完的数字电路联系紧密，能将我们所学知识用于实际，对巩固所学知识有重要意义，用了一些成型电路，如ne555 标准秒脉冲电路等，使总体方案易于实现。方案一采用数字电路1、原理方框图定时抢答器的总体框图如图1 所示，它由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

3、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 1 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“ 抢答开始 ” ，同时将控制开关拨到“ 开始 ” 位置，扬声器给出声响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时。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：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，然后由译码显示电路显示编号

4、；扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；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，并保持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。方案二采用单片机1、原理方框图此电路完成的功能如图2 所示，当主持人宣布抢答开始的时候，按下开始按钮，此时电路进入抢答状态， 选手的输入采用了扫描式的输入，之后把相应的信息送往单片机，再由单片机输出到显示输出电路中。此时有人第一按下相应的抢答按钮，经过单片机的控制选择，在八段显示器上显示相应的号码，并锁存，同时禁止其他

5、按钮的输入。方案三采用plc 1、原理方框图此电路的功能如图3 所示，当主持人打开启动开关后，在设定时间to 内，如果某组抢先按下抢答按钮，则驱动音效电路发出声响，指示灯li 亮，并且在8 段数码管显示器上显示出抢答成功的组号，此时电路实现互锁，其他组再按下抢答按钮为无效; 如果在时间to 内，无人应答，则驱动音效电路发出声响，指示灯l2 亮，表示抢答者均放弃该题 ; 在抢答成功后，主持人打开限时开关sw2 ，启动计时器，在设定的时间ti 内回答有效，当到达设定时间ti 时，驱动音效电路，指示灯l3 亮，表示答题时间到。（图 3）三、方案选择方案比较数字电路单片机plc 制作难度低一般一般实现

6、难度一般低低价格低一般高电路原理简单一般一般设计难度简单高一般通过上面的方案比较，数字电路的制作方案比较容易实现，并且在原理方面也是比较简单，所以我选择采用第一种方案来完成抢答器电路。四、设计系统功能1.基本功能：（ 1） 同时供 8 名选手比赛，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，扬声器发出声响提示，并在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。 2.扩展功能：（ 1）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主

7、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，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。五、各部分单元电路的设计（1）抢答器的主体电路设计抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。选用优先编码器74148 和 dff 锁存器可以完成上述功能，其电路组成如图4 所示。其工作原理是：当主持人控制开关处于“ 清除 ”位置

8、时， rs 触发器的端为低电平，输出端（4q1q ）全部为低电平。于是74ls48 的 =0，显示器灭灯； 74148 的选通输入端=0，74ls148 处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人开关拨到“ 开始 ” 位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端7. 0 输入信号，当有选手将键按下时(如按下 s5)， 74lsl48的输出 =010 ， =0，经 rs 锁存器后， ctr=l ， =1，74ls279 处于工作状态， 4q3q2q=101，经 74ls48 译码后，显示器显示出“5”。此外， ctr=1 ，使 74l48 的端为高电平，7

9、4lsl48处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。当按下的键松开后，74lsl48 的为高电平，但由于 ctr 维持高电平不变，所以74lsl48 仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关s，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。（图 474ls148为 8 线 3 线优先编码器，表1 为其功能表。表 1 74ls148 的功能真值表（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

10、码管即相关电路组成。具体电路如图5 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，如果要设置为30s ，就可以在计数器的预置数控制端输入00110000 。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。

11、具体电路如图5 所示。（图 5）秒脉冲产生电路：秒脉冲由ne555 提供，它的的3 端输出的脉冲的频率为，结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为r1=15k ，r2=68k ，c=10uf ，代入到上式中即得，即秒脉冲。（3）报警电路的设计采用 555 定时器和三极管构成的报警电路如图6 所示。其中555 构成多谐振荡器，振荡频率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，当 pr 为低电平的时候，电路停振。（图 6）（4）时序控制电路设计与门 g1 的作用是控制时钟信号cp 的放行与禁止，门g2 的作用是控制74ls148 的输入使

12、能端（即图二中的5 端）。图7 的工作原理是：主持人控制开关从清除 位置拨到 开始 位置时，来自于图2 中的 74ls279 的输出1q,即 ctr=0 ， 经 g3 反相，输出为 1， 则 ne555产生的时钟信号cp 能够加到 74ls192 的 cpd 时钟输入端， 定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，则 定时到信号 为 1，门 g2 的输出=0，使 74ls148 处于正常工作状态。当选手在定时时间内按动抢答按键时，ctr 1，经 g3 反相，输出为0，封锁cp 信号，定时器处于保持工作状态；同时，门g2 的输出=1，74ls148 处于禁止工作状态。当定时时间到时，则定时到

13、信号 为 0，/st=1 ，74ls148 处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门g1 处于关门状态，封锁时钟cp 信号，使定时电路保持00 状态不变，此次抢答结束。（图 7）集成单稳态触发器74ls121 用于控制报警电路及发声的时间（其功能表见表2）,具体原理如下：主要由555 时钟电路（用于控制报警声音频率）、蜂鸣器即相关的延时电路和控制电路组成。单稳态触发器74121 通过信号 /ys、bo2、s 控制报警与否和报警时间，555 时钟电路产生脉冲时钟。在规定的时间有人抢答时，/ys 由 1 跳变到 0，74121 有状态 2，即q 输出暂态高电平，蜂鸣器连续发声报警，持续时间为=

14、2.15 秒；如果在规定时间内无人抢答， bo2 由 1 跳变到 0，74121 有状态 1，q 输出暂态高电平，蜂鸣器连续发声报警持续时间为结合图 6 所示报警电路，分析计算如下：。取 c100uf, r=25k,。有 2.15 秒。（原理图见图 8）（图 8）表 2 74121 功能表(6) 电源电路电源电路采用三端集成线性稳压集成块，l7805cv ，因为它的外围电路比较简单，并且工作比较稳定，很适合74 系列的集成块。它的稳压精度为2%，工作电流1.5a ，封装为to-220(a) ，工作温度也很不错，并且具有过温保护和短路保护，最大输入电压为35v ，能对电路的长时间工作有很大的保障

15、。（具体电路见图9）（图 9）六、总结毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。下面我对整个毕业设计的过程做一下简单的总结。第一，接到任务以后进行选题。选题是毕业设计的开端，选择恰当的、感兴趣的题目，这对于整个毕业设计是否能够顺利进行关系极大。好比走路，这开始的第一步是具有决定意义的，第一步迈向何方，需要慎重考虑。否则，就可能走许多弯路、费许多周折，甚至南辕北辙，难以到达目的地。因此，选；题时一定要考虑好了。第二， 题目确定后就是找资料了。查资料是做毕业设计的前期准备工作，好的开端就相当于成功了一半， 到图书馆、 书店、 资料室去虽说是比较原始的方式，但也有可取之处

16、的。总之，不管通过哪种方式查的资料都是有利用价值的，要一一记录下来以备后用。第三， 通过上面的过程，已经积累了不少资料，对所选的题目也大概有了一些了解，这一步就是在这样一个基础上，综合已有的资料来更透彻的分析题目。第四，有了研究方向，就应该动手实现了。其实以前的三步都是为这一步作的铺垫。通过这次设计， 我对数字电路设计中的逻辑关系等有了一定的认识，对以前学的数字电路又有了一定的新认识，温习了以前学的知识，就像人们常说的温故而知新嘛，但在设计的过程中，遇到了很多的问题，有一些知识都已经不太清楚了，但是通过一些资料又重新的温习了一下数字电路部分的内容。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，

17、同学之间互相帮助， 有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。在此要感谢我的指导老师，感谢老师给我这样的机会锻炼。在整个毕业设计过程中我懂得了许多东西， 也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。虽然这个项目还不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。一次课程设计 .我们要求设计八路智力抢答器.下面的是我的课程设计的实验报告.希望可以对有些人有帮助.! 八路智力竞

18、赛抢答器的设计与制作一设计任务与要求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led 数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。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。4. 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，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5 秒左右。5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停

19、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6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示 00。二、设计原理与参考电路1数字抢答器总体方框图如图所示为总体方框图。其工作原理为： 接通电源后， 主持人将开关拨到清除 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；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、扬声器提示。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。2单元电路设计本抢答器仅用两块数字芯片便实现了数显抢答的功

20、能，与其他抢答器电路相比，有结构简单、成本低、制作方便的优点。实用可靠、成本极低，十分适合学校教学使用。设计原理图：原理图见上图所示，为常用的四七段译码器，其为试灯脚；为消隐（灭灯）脚，和接高电平（电源）；端为选通脚，开始抢答前接低电平。 1、2、6、7 脚为码输入端，915 脚为七个输出端，直接驱动数码二极管显示器，接通电源开关，数码管显示“ ” 。cd4511 真值表如下：3锁存电路与7 段显示译码器74ls30 引脚图0 7 为 8 个抢答按键，是码段译码器。74ls30 是输入与非门.初始状态下，驱动数码管显示，即、这六个笔画为，仅笔画为，现将笔画信号用三极管9013 反相，这样，在初

21、始状态下，74ls30 的个输入端便全为，其输出为，使段译码器处在译码状态，这时按键信号可以输入。又因显示除以外的其他数字时，a这个图画信号至少有一个是，使74ls30 输出，相应地，段译码器处于锁存状态。所以当某一按键按下时， 74ls30 就输出锁存信号，使段译码器将已键入的数字锁存显示。 这样，后按下的键就不起作用了，数码管就只显示最先按下的键号，起到了抢答的作用。和组成积分电路对锁存信号作短暂的延时，其作用是让数字电路有足够的响应时间，使锁存稳定，以免显示乱码。8 为复位键，该键在主持人喊“ 开始 ” 前按下，按下后数码管显示。4. 数码管引脚图5所需的实验器材：a.实验电路面包板一块

22、b.cd4511 、74ls30 、共阴译码管各1 只c.二极管 9 只、开关9 只、 0.01uf 电容 1 只、 9013 三极管 1 只d.100k 电阻 4 只、 10k 电阻 2 只、 2k 电阻 1 只三一些错误1 显示器上不显示数字，我们从后级往前级进行测试，首先用1.52v 的电压作用各个笔段 ,看对应各笔段是否亮,判断是否完好。若完好则继续检测cd4511 芯片是否完好。在cd4511 的 a、b、c、d 四个输入端随意输入一组二进制数码（用高低电平表示1 和 0，此处注意要用到8v 以上的电源电压），看是否能显示数字。无显示的故障一般问题出在这两个环节。2 若显示器上显示的

23、是不符合要求的数字，在设计原理正确的前提下，首先通过测试判断 cd4511 的输出 ag 与 led 管的 ag 笔段是否连接有错。 其方法是 cd4511 的输出 ag 分别按规律输入高低电平，观察led 管是否显示相应的数字。如果这个环节正常，则问题在二极管编码电路，再逐一进行检查。3 如果不能锁存，或是锁存不了1 和 7，则问题在锁存电路，应该从原理上进行分析。锁存电路的设计原理是：启用cd4511 的锁存功能端le，高电平有效，即输入高电平时执行锁存功能。 锁存器应能锁定第一个抢答信号，并拒绝后面抢答信号的干扰。如何设计呢，我们对 09 十个数字的显示笔段进行分析，只有 0 数字的 d

24、 笔段亮与g 笔段灭，其它数字至少有一点不成立。由此可以区分0 与其它数字。我们将led 管的 a 笔段与 g 笔段的输入信号反馈到锁存电路，通过锁存电路控制锁存端le 输入为 0 或 1（锁存与否） 。当 led 显示器显示为 0 时，le=0 ，cd4511 译码芯片不锁存；当 led 显示器显示其它数字时，le=1 ，芯片锁存。 这样只要显示器上显示为0，cd4511 译码芯片才不锁定，显示其它数字均锁存。所以只要有选手按了按键，显示器上一定是显示18 的数字， le=1 芯片锁存，之后任何其他选手再按下按键均不起作用。例如sb1 键先按下，显示器上显示1，le=1 芯片锁存，其他选手再

25、按sb2 sb8，显示器上仍显示1，sb1 按下之后的任一按键信号均不显示。直到主持人按清零键sb9，显示器上又显示0，le=0 ，锁存功能解除，又开始新一轮的抢答。若所有的数字都不能锁存，说明不管led 显示什么数字， cd4511 管脚的 5 脚输入为电平，可能是 5 脚与地短接或者是锁存电路的两个二极管vd13 和 vd14 断开等故障；若只有1和 7 两个数字不显示则可以分析一下其原因：显示1 和 7 数字时 g 段不亮， cd4511 的 g输出端为低电平，vd14 截止，而b 段亮 d 段不亮本应该三极管vt 截止而使vt13 导通，产生高电平（锁存信号）给le，现在不能锁存说明vd13 截止，推断是三极管击穿损坏。4 在测试的过程中我们一定要注意，高低电平的测试电压数值要针对不同的电路而选取不同