智力竞赛抢答器的设计Word下载.docx

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2011年6月13日~6月24日

任务书

Ⅰ设计题目

中文：

智力竞赛抢答器

英文：

:

IntellectualCompetitionQuizMachine

Ⅱ设计功能要求

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，扬声器发出声响，同时点亮绿色LED表示抢答有效，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。

如主持人抢答控制开关没有触发出开始抢答信号，有选手提前违规抢答，则扬声器发出声响，同时点亮红色LED表示抢答违规，并在LED数码管上显示违规抢答号码。

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。

参赛选手在设定的时间内进抢答，抢答有效，如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，扬声器发出声响提示，并禁止抢答，定时显示器自动清零，显示00。

5、按《电子技术》课程设计报告撰写模板提交论文。

Ⅲ设计任务内容、

1、学习与研究相关的《电子技术》理论知识，查阅资料，拿出可行的设计方案。

2、根据设计方案进行电路设计，完成电路参数计算、元器件选型、绘制电路原理图；

电路设计包括：

抢答电路设计、定时电路设计、报警电路设计。

3、进行电路软件仿真（如：

Multisim11.0、Proteus、AltiumDesigner等），制作实物进行调试实验，获得实验数据，验证设计有效性。

4、撰写课程设计报告。

签名：

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

摘要

日常各类比赛中为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，这就要有一种抢答设备作为裁判员，这就必然离不开抢答器。

本次课程设计通过设计智力竞赛抢答器将理论知识与实践相结合，提高了我们的实际操作和动手能力，更加巩固了所学的理论

该抢答器是由3个模块电路构成，有抢答电路、定时电路、报警电路，即除具有基本的抢答功能外，还具有定时、计时和报警功能。

主持人通过控制开关来控制总电路，若在规定的时间内有人抢答，则30秒计时将自动停止。

选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声器发出声响提示，并在数码管上显示选手号码。

选手抢答实行优先锁存，优先抢答的选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

若在规定时间内无人抢答，则系统中的扬声器将发出声响，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能，若超过抢答时间则抢答无效。

在整个设计过程中，我们都是从各个模块电路做起，参照一些资料书籍上的经典电路，设计好各个电路，再通过仿真软件来测试，最后，做出模块电路的电路板，组装好整个抢答器。

但是，实物制作中还是出现了一些问题。

实践中需要理论知识的灵活运用，做实物的过程让我们明白了在学习过程中，应活学活用，懂得变通。

关键字：

抢答器；

555定时器；

译码；

报警；

第一章设计要求和系统组成

1.1基本要求

1.2系统原理框图

第二章模块电路设计

2.1抢答电路的设计

2.2定时电路的设计

2.3报警电路的设计

第三章实物制作

3.1元器件介绍

3.2电路板的制作与模块电路组装

3.3电路调试

结论与展望

参考文献

附录（元件清单）

引言

进入21世纪越来越来多的电子产品出现在人们的日常生活中，例如企业、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛,抢答记分器是必要设备。

过去在举行的各种竞赛中我们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。

人们于是开始寻求一种能不依人的主观意愿来判断的设备来规范比赛。

因此，为了克服这种现象的惯性发生人们利用各种资源和条件设计出很多的抢答器，从最初的简单抢答按钮，到后来的显示选手号的抢答器，再到现在的数显抢答器，其功能在一直趋于完善，不但可以用来倒计时抢答，还兼具报警，计分显示等等功能，有了这些更准确仪器使得我们的竞赛变得更加精彩纷呈，也使比赛更突显其公平公正的原则。

今天随着科技的不断进步抢答器的制作也更加追求精益求精，人们摆脱了耗费很多元件仅来实现用指示灯和一些电路来实现简单的抢答功能，使第一个抢答的参赛者的编号能通过指示灯显示出来，避免不合理的现象发生。

但这种电路不易于扩展，而且当有更高要求是无法实现，例如参赛人数的增加。

随着数字电路的发展，数字抢答器诞生了，它易于扩展，可靠性好，集成度高，而且费用低，功能更加多样话，是一种高效能的产品。

而如今在市场上销售的抢答器大多采用可编程逻辑元器件，或利用单片机技术进行设计，本次设计主要利用常见的74LS系列集成电路芯片和555芯片，并通过划分功能模块进行各个部分的设计，最后完成了智力竞赛抢答器的设计。

第1章设计要求和系统组成

1.1基本要求

（1）抢答器同时8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S1-S8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DPY_7-SEG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。

（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）。

（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。

对这些功能要求，我们便开始进行相关的电路设计。

由于功能较多，又限于运用模拟电子技术、数电电子技术的相关知识，不可使用单片机等，因而设计所需芯片较多，最终我们决定分模块设计电路与制作实物。

1.2系统原理工作框图

图1-2

其工作原理为：

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；

主持人将开关拨到开始状态，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"

状态开关。

设计电路图中采用了74LS148来实现抢答器的选号，数码管显示，采用了74LS279芯片实现对号码的优先锁存，采用了74LS192实现十进制的减法30秒计数，555芯片构成多谐振荡器通过三极管放大作用，从而用蜂鸣器实现报警信号的输出。

图2-1

如图2-1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，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"

端时，RS触发器的R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码处于工作状态。

当开关S置于"

时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时，74LS148的输出经RS锁存后，七段显示电路74LS48处于工作状态，经译码显示为选手号码。

定时电路原理及设计：

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段数码管及相关电路组成。

由两片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。

555芯片完成产生秒脉冲的功能。

工作过程为：

抢答开始前，74LS192的置数端为低电位，处于初始状态，数码管显示为30，5引脚接高电位。

抢答开始后，秒脉冲冲推动右边的芯片开始倒记时，同时右边芯片产生的信号做为左边芯片的CP信号推动左边的芯片倒记时，完成十进制的倒记时功能。

当有人抢答后1Q的输出为1，经过非门后变为0，通过与门屏蔽了秒信号，停止记时，完成显示抢答时间的功能。

当记到了30秒时，左边的芯片产生的定时到信号输出为低电位，也屏蔽了秒信号，使得数码管显示为00。

即在规定时间内无选手抢答。

图2-2

图2-3-1

报警电路主要就是由555定时器分别构成一个单稳态触发器，一个多谐振荡器，再加一个扬声器组成的。

由图中可以看到,接上电源后,当信号输入为高电平时，第一个555连接成的单稳态触发器的输出为低电平，处于稳定状态，这时，右边的多谐振荡器的复位输入为低电平，所以其输出也为低电平，扬声器不发音。

当信号输入为低电平时，单稳态触发器被触发，处于暂稳态，此时其输出为高电平，输入到多谐振荡器的复位端，多谐振荡器工作，输出为矩形脉冲波形。

这样扬声器接收到高低变化的电平就会发出间歇声响。

该报警电路是借鉴于数电实验中双音频报警电路的。

用555定时器构成多谐振荡器电路如图所示。

电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源VCC通过R1和R2向电容器C充电,使uC逐渐升高,升到2VCC/3时,uO跳变到低电平,放电端D导通,这时,电容器C通过电阻R2和D端放电,使uC下降,降到VCC/3时,uO跳变到高电平,D端截止,电源VCC又通过R1和R2向电容器C充电。

如此循环,振荡不停,电容器C在VCC/3和2VCC/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图3.3所示。

图2-3-2555定时器构成的多谐振荡电路

图2-3-3555构成的振荡电路及波形

输出信号uO的脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式如下:

tW1＝0.7（R1＋R2）C

tW2＝0.7R2C

T＝tW1＋tW2＝0.7（R1＋2R2）C

因此，可以估算出各元件的大致参数。

3.1元器件介绍

74LS148:

74LS148为8线－3线优先编码器，表3-1为其功能表。

表3-1-1

555定时器：

图3-1555管脚图555定时器主要是通过外接电阻R和电容器C构成充、放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。

这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路、以及多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。

555定时器的原理图和功能表分别如图7和图8所示。

它是由3个阻值为5千欧的电阻组成的分压器，两个电压比较器C1和C2，基本RS触发器，放电BJTTD以及缓冲器G4组成.定时器的主要功能取决于比较器,比较器的输出控制RS触发器和放电TD的状态。

图中Rd为复位输入端,当Rd为低电平时,不管其他输入端的状态如何,输出Vo为低电平。

由图可知,当5脚悬空时,比较器C1和C2和比较电压分别为2/3Vcc和1/3Vcc。

由表二可知：

当VI1>

2/3Vcc，VI2>

1/3Vcc时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器被置0，放电三极管TD导通，输出端Vo为低电平.。

当VI1<

2/3Vcc，VI2<

1/3Vcc时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器被置1，放电三极管TD截止，输出端Vo为高电平。

当VI1<

2/3