抢答器的制作设计.docx
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抢答器的制作设计
抢答器的制作设计
摘要
随着电子技术的发展，单片机的控制已广泛应用于各个行业。
抢答器由主体电路于扩展电路组成。
优先编码器、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。
经过布线、焊接、调试等工作后抢答器成形。
关键字：
单片机抢答电路定时电路报警电路时序电路
Abstract
Withthedevelopmentofelectronictechnology,thecontrolsystembasedonSCMhasbeenwidelyusedineveryaspect.Theviesfortheansweringdevicebythesubjectcircuitandexpangsthecircuittomakeup.Havepriorityincodecircuit,latch,deciphercircuitandexporttheinputsignaloftheentrantteamonthedisplay;startingthewarningcircuitwiththecontrolcircuitandhost’sswitch,twotheabove-mentionedpartsmakeupthesubjectcircuit.Throughtimingcircuitanddeciphersecondsignalfunctionwhileoutputsandrealizescountingonthedisplayingthatpulseproducecircuit,formandexpandthecircuit.Throughconnectup,weld,debugvieforansweringdevicetakeshapeafterthework.
Keyword:
SCM；vieforansweringcircuit；timingcircuit；warningcircuit；sequencecontrolling
一引言
随着电子技术的发展，单片机的应用已经渗透到各个部门和领域，它起到越来越重要的作用。
单片机就是将中央处理单元、存储器、定时|计数器和多种接口都集成到一块集成电路的芯片上的微型计算机。
抢答器是一种为各种知识竞赛、文娱活动提供公正客观快速裁决的一种常用电子设备,也是一种逐渐成型的电子产品.随着电子技术的发展,现在的抢答器功能越来越强,可靠性和准确性也越来越高。
本文介绍一种以单片机为核心的八路抢答器系统,它充分利用了单片机系统的优点,具有结构简单、功能强大、可靠性好实用性强的特点。
二系统硬件设计
2.1设计思路
抢答器是为智力竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路,竞赛者可以分为若干组,抢答时各组对主持人提出的问题要在最短的时间内做出判断,并按下抢答按键回答问题。
当第一个人按下按键后,则在显示器上显示该组的号码,同时电路将其他各组按键封锁,使其不起作用。
回答完问题后,由主持人将所有按键恢复,重新开始下一轮抢答。
该电路包括输入开关、声光显示、判别组控制以及组号锁存等部分
2.2工作原理
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“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、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。
三抢答器电路
该电路完成2个功能：
一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者编号，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。
工作过程：
开关S置于“清除”端时，RS触发器R端均为0，触发器输出置0，使74LS148的ST=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，当有选手将建按下时，74LS148的输出经RS锁存后1Q=1,BI/RBO=1,74LS148处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。
此外，1Q=1,使74LS148的ST=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，74LS1481Q=1,Y（ES）=1，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时再有输入信号，保证了抢答者的优先性及抢答电路的准确性。
当抢答者回答完问题后，如有人再次抢答需由主持人将S开关重新置0，清除以前显示内容，然后再进行下一轮抢答。
3.174LS148优先编码器功能
编码器在同一时间内只允许对一个信号进行编码，否则输出的代码会发生混乱。
优先编码器即在同一时刻内，当有多个输入信号请求编码时，只对优先级别高的信号进行编码的逻辑电路，称为优先编码器。
常用的集成优先编码器有74LS148（8线-3线）其原理图和功能表如图。
四定时电路
4.1可预置时间的定时电路
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，如下图所示。
4.1.174LS192功能介绍
⑴异步清零：
CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000
⑵异步置数：
CR=0，LD=0
Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0
⑶保持：
CR=0，LD=1CP=CPD=1，Q3Q2Q1Q0保持原态
⑷加计数：
CR=0，LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数
⑸减计数：
CR=0，LD=1，CPU=1，CPD=CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数
（异步级联异步级方式的特点是：
用前级计数器的输出作为后级计数器的时钟信号。
）用两片74LS192构成M=100的计数器。
74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。
CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数失重输入端。
LD为预置输入控制端，异步预置。
CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。
4.2时序控制电路
时序电路时抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：
⑴主持人将控制开关拨到“开始”位置时,扬声器发声,抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。
⑵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。
⑶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。
4.3音频放大电路
其主要在于当单片机执行中断后,当输出信号时能够在很短的时间里让扬声器工作并联持续一定的时间。
当抢答器程序响应,使三极管导通,蜂鸣器的放大电路被接通,与此同时,喇叭发出声响。
TDA2030音频功放电路，采用V型5脚单列直插式塑料封装结构电路特点：
[1].外接元件非常少。
[2].输出功率大，Po=18W（RL=4Ω）。
[3].采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度。
[4].开机冲击极小。
[5].内含各种保护电路，因此工作安全可靠。
主要保护电路有：
短路保护、热保护、地线偶然开路
音乐音频输出程系流程图
五报警电路
由555定时器和三极管构成的报警电路。
其中555构成多谐振荡器，振荡频率f=1.43/[（R1+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。
15秒蜂鸣报警电路：
它是由一个74LS121和一个555构成，74LS121的3输入端由红灯处的电平提供，当红灯变亮和红灯熄灭（绿灯变亮）时都会触发74LS121产生15秒的一个脉冲，控制蜂鸣报警15秒，同时控制倒计时显示电路的置数端使之开始倒计时，脉冲停止，倒计时停止，同时蜂鸣也停止报警。
5.1程序编程
OKEQU20H;抢答开始标志位
RINGEQU22H;响铃标志位
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG0003H
AJMPINT0SUB
ORG000BH
AJMPT0INT
ORG0013H
AJMPINT1SUB
ORG001BH
AJMPT1INT
ORG0040H
MAIN:
MOVR1,#30;初设抢答时间为30s
MOVR2,#60;初设答题时间为60s
MOVTMOD,#11H;设置未定时器/模式1
MOVTH0,#0F0H
MOVTL0,#0FFH;越高发声频率越高,越尖
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H;50ms为一次溢出中断
SETBEA
SETBET0
SETBET1
SETBEX0
SETBEX1;允许四个中断,T0/T1/INT0/INT1
CLROK
CLRRING
SETBTR1
SETBTR0;一开始就运行定时器,以开始显示FFF.如果想重新计数,重置TH1/TL1就可以了
=====查询程序=====
START:
MOVR5,#0BH
MOVR4,#0BH
MOVR3,#0BH
ACALLDISPLAY;未开始抢答时候显示FFF
JBP3.0,NEXT;ddddddd
ACALLDELAY
JBP3.0,NEXT;去抖动,如果"开始键"按下就向下执行,否跳到非法抢答查询
ACALLBARK;按键发声
MOVA,R1
MOVR6,A;送R1->R6,因为R1中保存了抢答时间
SETBOK;抢答标志位,用于COUNT只程序中判断是查询抢答
MOVR7,#01H;读抢答键数据信号标志，这里表示只读一有用信号
MOVR3,#0AH;抢答只显示计时,灭号数
AJMPCOUNT;进入倒计时程序,"查询有效抢答的程序"COUNT里面
NEXT:
JNBP1.0,FALSE1
JNBP1.1,FALSE2
JNBP1.2,FALSE3
JNBP1.3,FALSE4
JNBP1.4,FALSE5
JNBP1.5,FALSE6
JNBP1.6,FALSE7
JNBP1.7,FALSE8
AJMPSTART
;=====正常抢答处理程序=====
TRUE1:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A;抢答时间R2送R6
MOVR3,#01H
CLROK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁抢答
AJMPCOUNT
TRUE2:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#02H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE3:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#03H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE4:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#04H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE5:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#05H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE6:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#06H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE7:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#07H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE8:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#08H
CLROK
AJMPCOUNT
;=====发声程序=====
BARK:
SETBRING
ACALLDELAY1
ACALLDELAY1
CLRRING;按键发声
RET
;=====TO溢出中断（响铃程序）=====
T0INT:
MOVTH0,#0ECH
MOVTL0,#0FFH
JNBRING,OUT;
CPLP3.6;RING标志位为1时候P3.6口不短取反使喇叭发出一定频率的声音
OUT:
RETI
;=====T1溢出中断（计时程序）=====
T1INT:
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H
INCR0
RETI
END
六软件系统
软件系统主要包括以下几个部分:
（1）主程序:
主程序的功能主要是完成内部各寄存单元的初始化,对接口电路的初始化,内部定时器的初始化,中断的初始化及调用显示程序对初始状态的显示以及对外部信号的等待处理,也就是说完成前期的准备工作等待随时对外部信号进行响应。
（2）对开始抢答信号的处理:
当主持人按下开始抢答键后，开始抢答,程序部分采用中断方式进行处理。
在中断处理程序中完成相应操作,修改计时单元的数据并使红色指示灯亮。
（3）键盘扫描子程序:
对行列式键盘的扫描方法有两种。
一为扫描法,对键盘按行（或列）逐行（或列）扫描查询,其结构清晰但对处于最后行列的按键需经多次扫描;一为反转法,它先使行（或列）全为零,读入列（或行）的状态暂存,然后使列（或行）全为零,读入行（或列）的状态保存,对两次保存数据进行查询即可得知按下键的行列数从而确定键值。
在程序中采用反转法对键盘进行扫描。
键盘扫描程序在确定值后保存等待后续处理。
（4）键值处理子程序:
此子程序根据键盘扫描所取得的值，做出相应处理。
（5）显示子程序:
此程序仅完成6位数据的动态显示,可显示数字和代码。
结论
通过毕业设计，了解了所学的各科之间的联系，在抢答器上采用了单片机实用技术、模拟电子、数字电路等相关技术。
此抢答器以单片机74LS148为核心数据处理器件,由数码管显示状态和结果,由若干数据输入按键组成;元件以低耗、高能、耐用、精确、易于操作等为优先考虑因素.经对实验样机的多次检验,本抢答器的设计合理、结构简单、功能强大、抢答可靠、反应速度快、成本相对较低,达到了设计的预期目标并且具有较好的通用性。
参考文献
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[2]胡锦，《数字电路与逻辑设计》，高等教育出版社，2004，
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电子工业出版社，2002
[6]谢自美，《电子线路设计，实验，测试》（第二版），上海：
电子工业出版社，2001
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