路智力竞赛抢答器方案完整方案.docx
《路智力竞赛抢答器方案完整方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《路智力竞赛抢答器方案完整方案.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
路智力竞赛抢答器方案完整方案
文档编制序号：
[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]
路智力竞赛抢答器方案完整方案
昆明工业职业技术学院
课程设计
设计题目：
8路智力竞赛抢答器的设计
班级：
10级计算机控制技术
学生姓名：
学号：
指导教师：
白文忠职称：
讲师
指导小组组长：
教学班负责人：
提交日期：
2012年月日
8路智力竞赛抢答器的设计
摘要
本设计主要介绍用数电知识设计八路抢答器。
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，并与主持人开关相连接，即构成了抢答器的主体电路。
经过布线、接线、调试等工作后数字抢答器成形。
借助较少的外围元件完成抢答的整个过程，设计制作了八路抢答器，设计编程简单，工作稳定可靠。
可供8人或8个代表队抢答，并用7段数码管显示首先抢答者的组别号码，有人抢答后自动闭锁其他各路输入，禁止其他人抢答，使其他组的开关失去作用，而显示最先按下抢答键的组别号。
只有当主持人按下复位按键才能再次抢答。
关键词：
八路抢答器；定时；计时；编码；译码
Abstract
Thisdesignmainlyintroducesseveralelectricaldesignwithknowledgeofeightwayresponder.Priorityencodercircuit,latch,decodercircuitwillbeteamsoftheinputsignalinthedisplayoutput,andhostswitchconnected,whichconstitutethemaincircuitoftheresponder.Afterwiring,wiring,commissioningworkformingdigitalansweringdevice.Withfewerperipheralcomponentfinishviestoanswerfirsttheentireprocess,designofeightwayresponder,programmingissimple,stableandreliablework.For8or8teamsviestoanswerfirst,andthe7digitaltubedisplayfirstrespondergroupnumber,automaticlockingotherpeopleansweraftereachinput,nootheranswer,theothergroupswitchoutofaction,andshowthefirstpressingtheanswerkeycategory.Onlywhenthehostpresstheresetbuttontoagainviestoanswerfirst.
Keywords：
Eightwayresponder；Timing；Time；Code；Decoding
一、设计内容及设计要求
（一）基本功能
（二）扩展功能
二、设计及原理
（一）设计框图
（二）设计原理
三、抢答器的基本原理及电路的设计方法
（一）抢答电路的的设计
（二）定时电路的设计
（三）报警电路的设计
（四）时序控制电路的设计
（五）整机电路的设计
四、主要器件及功能
（一）8线-3线优先编码器74LS148
（二）十进制可逆计数器74LS192
（三）七段数码管译码器驱动器74LS48
（四）锁存器74LS148
（五）555定时器
五、元器件列表
六、设计体会
一、设计任务及设计要求
（一）基本功能
1.设计一个智力抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，其编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，个用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S
、S
、S
、S
、S
、S
、S
、S
。
2.给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答开始。
3.抢答器具有数据锁存和显示功能。
抢答开始，若有选手按抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示选手编号，同时扬声器发出音响提示。
此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答，并将优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
（二）扩展功能
1.抢答器具有定时抢答，且一次抢答的时间长度可以由主持人设定（如30s）。
当主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的音响，音响持续时间为0.5s左右。
2.参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效；有效抢答结束定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答时空的时间，并保持到主持人将系统清零为止。
3.如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00.
二、设计及原理
（一）设计原理
1.本设计的根本目的在于准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。
实现这一功能可选择使用锁存器实现。
在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信号无效。
但是，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。
2.当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的序号，也可以用发光二极管直接指示出序号。
3.在主持人没有按下开始抢答按钮前，参赛者的抢答开关无效；当主持人按下开始抢答按钮后，开始进行30秒倒计时，此时，若有选手抢答，显示该组别并使抢答指示灯亮表示“已有人抢答”；当计时时间到，仍无选手抢答，则计时指示灯灭表示“时间已到”，主持人清零后开始新一轮抢答。
（二）原理框图
三、抢答器基本原理及设计方法
（一）抢答电路的设计
抢答电路的功能有两个，一是能分辨选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用，而是要使其他选手的操作无效。
选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图1。
图1抢答器电路
其工作原理是：
当主持人的控制开关处于“清除”位置时，RS触发器的R端为低电平，输出端（4Q—1Q）全部为低电平，于是74LS48的RBI=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。
当主持人将开关拨到“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I7丶…丶I0输入信号。
当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出Y2Y1Y0=0，YEX=0，经RS锁存器后，CTR=1，B=1，74LS279处于工作状态；4Q3Q2Q=101，经74LS48译码，显示器显示“5”。
此外，CTR=1，使74LS148的ST端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其他按键的输入。
当选手按下的键松开后，74LS148的YEX为高电平；但由于CTR维持高电平不变，所以，74LS148仍处于禁止工作状态，其他按键的输入信号不会被接收。
这就保证了抢答者的优先性及抢答电路的准确性。
当优先抢答者回答完为题后，有主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮的抢答。
（二）定时电路的设计
节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答时间的长度，通过预置时间电路对计数器进行预设。
现选用十进制加/减计数器74LS192进行设计，计时器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供，具体电路如图2。
图2定时电路
通过一个555定时器预设答题时间的长度。
无稳态触发器的特点：
无外输入信号，外围有RC元件，且6、2端短接在一起。
无稳态触发器也称为多谐振荡器，其输出能够在“0”和“1”之间来回跳变，形成矩形波，输出跳变的原因是因为RC回路的反复充、放电过程导致输入端不断变化。
充放电过程能够自动切换反复进行的条件是：
当输出为“1”，能够启动充电回路输入端电位不断抬高，高到逻辑“1”时，输出跳变为“0”；当输出为“0”，能够启动放电回路工作使输入端电位不断降低，低到逻辑“0”时，输出跳变为“1”，555电路充、放电过程可以通过7腿进行，也可以通过输出3腿进行。
图中的多谐振荡器，充、电过程通过7腿进行切换，当输出为“1”，7腿悬空，启动Ucc-R1-R2-地的充电回路，充电过程使6、2端的电位不断提高，高到2/3Ucc
时，输出跳变为“0”。
当输出为“1”，7腿对地短接，形成C-R2-7-地的放电回路，放电使的6、2端的电位不断降低，低到1/3Ucc时，输出跳变为“1”，充、放电过程不断反复进行。
该电路由电源对RC充电，由7腿到地对RC放电，而7腿悬空与对地短接恰好可以切换充、放电过程，从而完成计时。
（三）报警电路的设计
由555定时器和三极管构成的报警电路如图3所示。
其中555定时器构成多谐振荡器，振荡频率为
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3报警电路
（四）时序控制电路的设计
时序控制电路是抢答器设计的关键，他要完成以下三项功能：
①主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答器和定时电路进入正常工作状态。
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。
根据上面的功能要求以及图2-12和图2-13，设计的时序控制电路如图2-15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的输入使能端
。
图2-15（a）的工作原理是：
主持人将控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，来自于图2-12中的74LS279的输出CTR=0，经G3反相，A=1，则从555输出端来的时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减记时；同时，在定时时间未到时，来自图2-13中74LS192的借位输出端
，G2的输出
，使74LS148处于正常工作状态，从而实现功能①的要求。
当选手在定时长时间内按动抢答键时，CTR=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
，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能②的要求。
当定时时间倒时，来自74LS192的
，
，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。
74LS121用于控制报警电路及发声的时间。
（a）抢答定时电路的时序控制电路
（b）报警电路的时序控制电路
图4时序控制电路
（五）整机电路设计
经过以上各单元电路的设计，从而得到了定时抢答器的整机电路，如图5所示。
图4整机电路
四、元器件明细表
序号
编号
名称
数量
1
74LS148
优先编码器
1
2
74LS192
十进制可逆计数器
2
3
74LS279
RS锁存器
4
4
74LS48
译码器
3
5
U5
共阳数码管
1
6
Key
开关
9
7
R1
1千欧阻排
1
五、参考文献
[1]刘阿玲主编；《电子技术》
[2]张昕主编；《电路基础》
[3]刘陪植；《数字电路与逻辑设计》
[4]兰吉昌；《数字集成电路应用260例》
[5]熊年禄着；《数字电路》
毕业设计（论文）成绩评定
指导教师评语：
指导教师
2012年月日
成绩评定等级
2012年月日
升级会员 