八路抢答器设计.docx
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八路抢答器设计
目录
摘要..........................................................................................................I
1绪论......................................................................................................1
2设计方案及原理框图..........................................................................2
3单元电路设计......................................................................................3
3.1抢答电路设计...................................................................................3
3.2定时电路设计...................................................................................4
3.3报警电路设计...................................................................................5
4元器件功能简介..................................................................................6
4.174LS373芯片.....................................................................................6
4.274LS48芯片.......................................................................................7
4.374LS148芯片.....................................................................................8
4.474LS192芯片.....................................................................................9
4.574LS04芯片.....................................................................................10
5仿真电路图........................................................................................11
6元器件清单........................................................................................12
7总结....................................................................................................13
8心得体会............................................................................................14
参考文献................................................................................................15
摘要
现在大多数文娱活动中都有抢答这一项，需要用到抢答器系统。
而目前市场上，一般的抢答器都需要几百块，价钱比较昂贵。
本文设计的抢答器，电路简单，成本较低，操作方便，灵敏可靠，具有较高的推广价值。
该智能比赛记分抢答器具有强大的功能。
它所具有的功能包括：
主持人按下“开始”抢答按键，抢答指示灯亮，指示牌显示30秒倒记时，若在30秒内有选手抢答则自动停止倒记时并在指示牌上显示当前抢答选手号，若在30秒内无选手抢答则在倒记时到0秒时自动停止倒记时并发出鸣音报警；若主持人未按下“开始”抢答键就有选手抢答则自动退出主持人操作过程，指示牌显示违例选手号，扬声器发出报警鸣音，等待主持人对该违例选手进行处理。
该智能比赛记分抢答器具有强大的功能。
它所具有的功能包括：
主持人按下“开始”抢答按键，抢答指示灯亮，指示牌显示30秒倒记时，若在30秒内有选手抢答则自动停止倒记时并在指示牌上显示当前抢答选手号，若在30秒内无选手抢答则在倒记时到0秒时自动停止倒记时并发出鸣音报警；若主持人未按下“开始”抢答键就有选手抢答则自动退出主持人操作过程，指示牌显示违例选手号，扬声器发出报警鸣音，等待主持人对该违例选手进行处理。
关键词：
八路抢答器；定时器；报警器
1绪论
抢答计分器是工厂、学校和电视台等单位举办各种智力竞赛的必要设备。
在各种竞赛中我们也经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。
为解决这个问题，我制作一个低成本但又能满足学校需要的八路数显抢答器。
本毕业设计是“模拟电子技术”与“数字电子技术”两门课程的综合课程设计。
本文介绍了一款八路智力抢答器的电路组成、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，系统将自动倒计时。
若在规定时间内有人抢答，则计时将自动停止；若在规定时间内无人抢答，则系统中的蜂鸣器将响，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能。
本毕业设计旨在加强我们的综合模拟、数字电路知识，解决电子信息方面常见实际问题的能力，掌握一般电子电路设计方法与设计步骤。
使我们积累实际电子制作经验，准备走向更复杂更实用的应用领域。
也是参加“全国大学生电子竞赛”前的理论与实践相结合的综合技能训练。
还有一个作用就是在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。
在电子科学技术高速发展的今天，高科技产品越来越多的应用的我们的日常生活中，象日常我们工作所用的电脑、手机等等，这些高科技产品给我们带来了极大的方便，这归功于科学技术的高度发达。
2设计方案及原理框图
电路选用优先编码器74LS148、锁存器74LS373、74LS48译码和一个7段数码管组成抢答显示电路；定时显示主要由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、和2个4段数码管即相关电路组成；由555定时器和三极管构成的报警电路。
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。
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。
序号显示
译码电路
编码电路
锁存电路
抢答按键
主持人控制开关
报警电路
时序控制电路
定时显示
定时电路
脉冲产生电路
图1-1抢答器的原理框图
3单元电路设计
3.1抢答电路设计
设计电路如图2-1所示。
电路选用优先编码器74LS148、锁存器74LS373和74LS48译码器来完成。
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，锁存器的LE端输入为“1”，停止工作。
当开关S置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，74LS373的LE端为“0”，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），LE端变为“1”将数据锁存。
在经过优先编码器和译码器将数据输入数码管显示。
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。
图2-1抢答电路图
3.2定时电路设计
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减法计数电路和2个4段数码管即相关电路组成。
具体电路如图2-2所示。
两块74LS192实现减法计数，然后显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。
当主持人拨到“开始”时，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在数码显示管上，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，且倒计时到“0”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。
555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。
图2-2定时电路
3.3报警电路设计
由555定时器和三极管构成的报警电路如图2-3示。
其中555构成多谐振荡器，振荡频率f＝1.43／［（RI＋2R2）C］，其输出信号经三极管推动扬声器。
R为时序控制电路输出的控制信号，当R为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。
当选手抢答之后或时间到时，将会输入到R一个高电平，多谐振荡器工作，从而发出报警声。
图2-3报警电路
4元器件功能简介
74LS系列芯片是先进的低功耗的肖特基。
74系列是属于国际通用TTL系列，L是指低功耗型，S是属于肖特基系列。
用此类芯片来完成我们的抢答器设计是完全足够的，而且价格便宜、使用简单，市面上也易于买到。
所以我们采用了74LS系列芯片。
4.174LS373芯片
（1）.1脚是输出使能（OE）,是低电平有效,当1脚是高电平时,不管输入3、4、7、8、13、14、17、18如何,也不管11脚（锁存控制端,G）如何,输出2（Q0）、5（Q1）、6（Q2）、9（Q3）、12（Q4）、15（Q5）、16（Q6）、19（Q7）全部呈现高阻状态（或者叫浮空状态）;
（2）.当1脚是低电平时,只要11脚（锁存控制端,G）上出现一个下降沿,输出2（Q0）、5（Q1）、6（Q2）、9（Q3）、12（Q4）、15（Q5）、16（Q6）、19（Q7）立即呈现输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的状态.
锁存端LE由高变低时，输出端8位信息被锁存，直到LE端再次有效。
当三态门使能信号OE为低电平时，三态门导通，允许Q0~Q7输出，OE为高电平时，输出悬空。
表4-174LS373真值表
E
G
功 能
0
0
直通Qi=Di
0
1
保持（Qi保持不变）
1
X
输出高阻
L——低电平，H——高电平；X——不定态；Q0——建立稳态前Q的电平；
G——输入端，与8031ALE连高电平：
畅通无阻低电平：
关门锁存。
图中OE——使能端，接地。
当G=“1”时，74LS373输出端1Q—8Q与输入端1D—8D相同；
当G为下降沿时，将输入数据锁存。
4.274LS48芯片
图4-274LS48内部结构及引脚
图4-374LS48真值表
4.374LS148芯片
74LS148为8－3线优先编码器，共有54/74148和54/74LS148两种线路结构型式，将8条数据线（0－7）进行3线（4-2-1）二进制（八进制）优先编码，即对最高位数据线进行译码。
利用选通端（EI）和输出选通端（EO）可进行八进制扩展。
图4-474LS148真值表
4.474LS192十进制可逆计数器芯片。
图4-974LS192内部结构及引脚图
图4-1074LS192真值表
4.574LS04芯片。
图4-1174LS04内部结构及引脚图
图4-1274LS04真值表
5仿真电路图
（1）主持人将控制开关拨到“开始”位置时，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。
（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5-1八路抢答器仿真电路图
6元器件清单
表6-1元器件清单表
元件序号
型号
数量
备注
S1-S7
BUTTON
8
弹片开关
R1-R8
RES.IEEE
8
电阻
U1
74LS373
1
锁存器
U2
74LS148
1
优先编码器
U4
74LS04
5
反向器
U3
74LS48
1
译码器
A
7SEG-DIGITAL
1
七段数码显示管
B
7SEG-BCD
2
BCD数码显示管
U9
OR_2
4
或门
U5
74LS192
2
十进制可逆计数器
U7
555
2
单稳态触发器
SW1
SW-SPDT
1
单刀双置开关
U8
AND_2
1
与门
U9
NOR_6
1
或非门
U12
NAND_8
1
与非门
R13
RES.IEEE
1
电阻
R14
RES.IEEE
1
电阻
C4
AUDIO330N
1
电容
C5
AUDIO330N
1
电容
C
AUDIO330N
1
电容
Q1
NPN
1
三极管
LS1
SPEAKER
1
蜂鸣器
7总结
我们所设计的抢答器是一种比较简易的抢答器，没有使用特别多的，复杂的元器件。
它的特点是电路简单、制作方便、操作简单、方便、性能可靠，实用于多种智力竞赛活动。
本抢答器的电路主要有四部分组成：
抢答器和显示电路、时序控制电路、报警电路以及定时电路。
本作品可以实现以下几个功能：
1、具有清零装置和抢答控制，可由主持人操纵避免有人在主持人说“开始”前提前抢答违反规则。
2、具有定时功能，在30秒内无人抢答表示所有参赛选手获参赛队对本题弃权。
3、30秒时仍无人抢答其报警电路工作表示抢答时间耗尽并禁止抢答。
此抢答器还需要改进的地方：
1、抢答器的编号与显示可以改进为“1-8”，这样才比较符合现实情况。
2、定时电路的时间是固定好的，不能更具实际情况让主持人修改。
8心得体会
经过两个星期的共同努力，我们终于完成了数字电子技术课设。
虽然时间不长，但是在这个过程中我得到了很多东西。
因为以前没有做过这一方面的课设，所以，一开始看到这个题目的时候感觉有点不知所措，不知道要从什么地方开始做。
经过老师的指导后，我和另一位同学开始查资料、讨论。
在这个过程中，我们有冲突、争论、矛盾，但经过商量我们找到了最好的方法，同时也收获了友谊。
在这几日里，我们经历了阶段性成功的狂喜、测试失败后的绝望、陷入困境时的不知所措，重新投入的振作。
我们培养出了无与伦比的默契和深厚的友谊。
通过本次实验，最大的收获就是把书本与实践结合在一起，提高动手能力了。
学到了很多东西，懂得了团队合作的真正意义，对我以后的学习和工作帮助很大。
这次课设能够顺利的完成，我非常感谢帮助我的同学和老师。
感谢老师的指导！
感谢同学的热心帮助！
谢谢！
参考文献
[1]崔瑞雪、张增良电子技术动手实践北京航空航天出版社.2007.6
[2]成叶琴、王海群电子技术及实训机械工业出版社2002.5
[3]阎石数字电子技术基础（第五版）高等教育出版社1998
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