小淘气抢答器Word格式文档下载.docx

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随着科技的发展，现在的抢答器有着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。

鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答器必将大有市场。

简易逻辑数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。

优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；

用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。

通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。

1.2课题的目的和意义

通过这次课程设计,了解简单多功能数字电路抢答器的组成原理，初步掌握数字电路抢答器的调整及测试方法，提高思考能力和实践能力。

同时通过本课题设计，巩固已学的理论知识，建立逻辑数字电路的理论和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。

初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法。

1.3课题研究的内容

本系统采用模块化设计智能抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答按钮。

主持人有开始和结束、复位键。

在后台主持人可以修改，抢答时间和选手回答问题的时间设置，如原始状态下抢答时间为9s，回答问题时间可以为30s、60s、90s。

通过加键和减键修改上述时间，改完后结束键确定。

新时间开始有效，主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发生提示。

如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号，扬声器持续发生。

主持人可按键结束，新一轮抢答开始。

通过研究并在设计后发现，采用数字电路技术设计的抢答器与目前常用的抢答器相比，首先，电路连接简单，因为大多数功能单元都能通过数字电路完成，第二，工作性能可靠，抗千扰能力优于目前抢答器。

所以本研究是一个实用的工程设计，具有创新性。

本论文章节的结构和内容如下:

第一章：

绪论。

简要介绍了抢答器的发展现状;

说明了本课题研究的内容.

第二章：

抢答器系统概述。

说明了抢答器的工作过程和主要功能，并定下了本课题要达到的设计目标。

第三章：

抢答器的电路的设计。

简单概述了本课题的总体结构。

第四章：

抢答器的单元电路设计。

详细描述了本课题各单元电路的设计。

结论：

总结课题设计，指出设计中的一些问题，提出改善的意见，并展望抢答器的未来设计。

后其号码只有数码或指示灯显示，没有语音提示。

本课题就是为了解决以上3个问题，设计了四路智力竞赛抢答器。

1.4抢答器目前存在的主要问题

随着改革开放事业的不断深入，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多样，抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。

但抢答器的使用频率校低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低，减少兴致。

作为一个单位若专购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展。

目前多数抢答器存在3个不足之处：

首先，现场线路连接复杂。

因为每个选手位于抢答现场的不同位置，每个选手与控制台之间要有长长的连接线。

选手越多，连接线就越多、越乱，这些连接线不仅影响了现场的美观，而且降低了抢答器的可靠性，增加了安装的难度，甚至影响了现场人员的走动。

其次，电路复杂。

因为简单逻辑电路只完成号码处理、计时、数据运算等功能，其它功能如选手号码的识别、译码、计分显示等仍只能通过数字集成电路完成。

采用简单逻辑电路扫描技术识别选手抢按号码时，电路的延迟时间较大。

最后，容易出现选手抢按成功现象。

2抢答器的系统概述

2.1系统的主要功能简介

电子抢答器的主要功能有如下六点：

1.抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛，分别用4个按钮S0~S3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1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。

2.2抢答器的工作原理简介

如图2-1所示为抢答器的结构框图，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。

扩展电路完成检测数码管工作情况。

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；

主持人将开关置于"

状态，宣布"

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、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"

和"

状态开关。

显示电路

主持人

控制开关

控制电路

秒脉冲产生电路

译码电路

定时电路

优先编码电路

抢答按钮

锁存器

图2-1抢答器结构框图

2.3抢答器系统的需求分析

1、在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效。

2、抢答限定时间和回答问题的时间可是在1～99s设定。

3、可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示。

4、抢答时间和回答问题时间倒记时显示，时间完后系统自动复位。

5、按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。

2.4抢答器的工作流程

抢答器的基本工作原理:

在抢答竞赛或呼叫时，有多个信号同时或不同时送入主电路中，抢答器内部的寄存器工作，并识别、记录第一个号码，同时内部的定时器开始工作，记录有关时间并产生超时信号。

在整个抢答器工作过程中，显示电路、语音电路等还要根据现场的实际情况向外电路输出相应信号。

抢答器的工作流程分为、系统复位、正常流程、违例流程等几部分，如图2-2所示。

图2-2抢答器的工作流程

2.5抢答器的工作过程

1、如果想调节抢答时间或答题时间,按"

加一"

键或"

减一"

键进入调节状态,此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值,如想加一秒按一下"

加1s"

键,如果想减一秒按一下"

减1s"

键，时间LED上会显示改变后的时间，调整范围为0~99s,0s时再减1s会跳到99，99s时再加1s会变到0s。

2、主持人按"

抢答开始"

键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设15s抢答时间），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时（预设10s抢答时间），不进行抢答查询，所以只有第一个按抢答的选手有效。

倒数时间到小于5s会每秒响一下提示音。

3、如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按"

停止"

按键，系统会自动进入准备状态，等待主持人按"

进入下次抢答计时。

4、如果主持人未按"

键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED上不断闪烁FF和犯规号数并响个不停，直到按下"

键为止。

总而言之，本课题利用简单逻辑数字电路设计了抢答器，该抢答器增加了新功能、提高了系统的可靠性、简化了电路结构、节约了成本，是一个实用的工程设计。

3抢答器的电路设计

3.1抢答器的总体结构

如图3-1所示为总体方框图。

接通电源后，后台工作人员将检测开关S置“检测”状态，数码管在正常清除下，显示“

”；

当后台工作人员将检测开关S置“抢答”状态，主持按系统清除按键，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯；

主持人松开，宣布“开始”，抢答器工作。

选手按动抢答按键，抢答器完成：

优先判断、编号锁存、编号显示。

当一轮抢答之后，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

如果再次抢答必须由主持人再次按动系统清除按键。

图3-1总体方框图

3.2优先判断与编号锁存电路

优先判断与编号锁存电路如图3-2所示。

电路选用优先编码器74LS148和锁存器74LS279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；

二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。

工作过程：

系统清除按键按动时，74LS279的四个RS触发器的置0端均为0，使四个触发器均被置0。

1Q为0，使74LS148的使能端

=0，74LS148处于允许编码状态，同时1Q为0，使74LS48的灭灯输入端

=0，数码管无显示。

这时抢答器处于准备抢答状态。

当系统清除按键松开时，抢答器处于等待状态。

当有选手将按键开关按下时，抢答器将接受并显示抢答结果，假设按下的是S4，则74LS148的编码输出为011，此代码送入74LS279锁存后，使4Q3Q2Q=100，

亦即74LS148的输入为0100；

又74LS148的优先编码标志输出

为0，使1Q=1，即

=1，74LS48处于译码状态，译码的结果显示为“4”。

同时1Q=1，使74LS148的

=1，74LS148处于禁止状态，从而封锁了其他按键的输入。

此外，当优先抢答者的按键松开再按下时，由于仍为1Q=1，使

=1，74LS148仍处于禁止状态，确保不会接受二次按键时的输入信号，保证了抢答者的优先性。

（74LS148为8线－3线优先编码器，表3-1为其真值表，图3-3为逻辑图；

74LS279为四个/R－/S锁存器，表3-2为其真值表，图3-4为逻辑图。

）

图3-2优先判断与编号锁存电路

表3-174LS148真值表

Inputs

Outputs

EI

1

2

3

4

5

6

7

A2

A1

A0

GS

EO

H

X

L

图3-374LS148逻辑图

表3-274LS279真值表

Ｈ

Ｑ０

Ｌ

Notsure

图3-474LS279逻辑图

4抢答器的单元电路设计

现简单介绍抢答器设计中的优先编码电路、定时电路、报警电路、时序控制电路、七段显示数码器及译码管电路。

4.1抢答器设计中的优先编码电路

参考电路如图4-1所示。

该电路完成两个功能：

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；

二是禁止其他选手按键操作无效。

开关S置于“清除”端时，RS触发器的

端均为０，4个触发器输出置０，使74LS148的

＝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，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出

经RS锁存后，1Q=1，

=1，74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经译码显示为“5”。

此外，1Q＝１，使74LS148

＝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1Q＝１，使

＝１，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开关重新置于“清除”然后再进行下一轮抢答。

（74LS148为8线－3线优先编码器。

表4-1为74LS148的功能真值表。

图4-1优先编码电路

表4-1　74LS148的功能真值表

4.2抢答器设计中的定时电路

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。

可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，具体电路如图4-2所示。

本设计是以555构成震荡电路，由74LS192来充当计数器，构成抢答器的倒计时电路。

该电路简单，无需用到晶振，芯片都是市场上容易购得的。

设计功能完善，能实现直接清零、启动。

图4-2定时电路

4.3抢答器设计中的报警电路

由555定时器和三极管构成的报警电路如图4-3所示。

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。

图4-3报警电路

4.4抢答器设计中的时序控制电路

时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：

①主持人将控制开关拨到"

位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。

②当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。

③当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。

图4-4时序控制电路

根据上面的功能要求，设计的时序控制电路如图4-4所示。

图中，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的输人使能端。

图4-3的工作原理是：

主持人控制开关从"

位置拨到"

位置时，来自于图4-1中的74LS279的输出1Q=0，经G3反相，A＝1，则时钟信号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，从而实现功能①的要求。

当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q＝1，经G3反相，A＝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，从而实现功能②的要求。

当定时时间到时，则"

为0，

=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CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能③的要求。

集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间。

4.5七段显示译码器与数码管

七段显示译码器与数码管如下图4-5所示。

7段显示译码74LS48将锁存器74LS279的信号译码，输出给数码管。

当后台工作人员将S置于GND，

=0，使灯测试输入端（图中3号）=1，这时测试数码管工作情况；

当后台工作人员将S置于Vcc，

=1，使灯测试输入端（图中3号）=1，这时正常译码。

（74LS48为4线－七段译码器/驱动器，表4-2为其真值表，图4-6为逻辑图）

图4-57段显示译码器与数码管

表4-274LS48真值表

D

C

B

A

a

b

c

d

e

f

g

8

9

10

11

12

13

14

15

BI

RBI

图4-674LS48逻辑图

4.6抢答器的优点及组成

在知识比赛中，特别是做抢答题目的时候，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。

如果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。

利用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。

本文主要介绍了简单逻辑数字电路抢答器的设计及工作原理，以及它的实际用途。

4.7本章小结

本章主要讲述了抢答器的工作原理和本设计系统的工作流程。

在说明工作原理的过程中，突出了抢答器设计中的基本电路的组成单元以及这些单元如何实现抢答功能；

在说明系统的流程时，结合本设计的内容，指出了各单元电路的设计方法和意义，以及如何进行抢答控制。

5总结

本设计详细介绍了抢答器的设计方案，功能及在设计过程中所做的改进。

这种抢答器主要是基于74系列集成芯片，成本较低，且基本能够使用于学校的一些活动中。

对于设计中的不足，我的改进设想及建议：

（1）我设计的作品主要是用74系列集成芯片来完成的，在设计的过程中由于芯片的引脚过多，布线工作不是很方便。

有时候会因为某一跟线没有连接好，造成电路的不稳定，这些都是有待改进的。

我的想法是根据单片机原理及相关知识对我的设计进行一些改进。

利用AT89C51单片机及外围接口实现抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间。

计分接收的单片机部分利用汇编语言编写。

由于采用汇编语言设计电路，所以本设计在编程成功后，硬件电路基本上不需要调试就可正常使用。

即使在设计完毕交给用户使用后，对系统的功能改进或升级也只是通过改写程序来完成，极大地方便了用户或设计者对电路更新。

（2）选手号码的显示问题：

在设计过程中，我发现按下抢答按钮后，我希望其在七段数码显示管上显示的选手号码是1到8，这样符合我一般的思维，而按照我一开始所做的设计，数码管只能显示0到7，我在认真研究体设计方案和74LS148译码器的功能表（见表4-1）后，发现解决此问题只须将显示0改为显示8，而其他的显示则不改变。

由表4-1可以看出，将74LS148的A3端置1，其他位置0。

我通过观察表4-1看出，只有在字形（见表4-1）为0时，A2、A1、A0=1，其他均为0。

于是我就将A2、A1、A0 

三端先接入非门7404，然后将他们接入与门7408，7408的输出接7446的A3端，这样就实现了显示8的功能，其他的数码的显示并无影响。

这次设计,让我受益匪浅。

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，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，但是通过查找一些资料又重新的温习了一下数字电路部分的内容。

通过这次设计我也发现自己的很多不足之处。

在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的很不牢固，所掌握的电路应用软件还不够多，我希望自己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。

而且，通过这次设计，我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，这将为以后的学习做出了最好的榜样！

我将会在以后的生活中继续学习。

元器件明细表

序号

名称

型号参数

数量

1.

8-3优先编码器

74LS148

2.

基本触发器

74LS279

3.

BCD七段译码驱动器

74LS48

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