抢答器方案2322Word文档格式.docx
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7心得体会·
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致谢·
参考文献·
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一、绪论
工厂、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。
在我校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。
为解决这个问题，我们小组准备就本次大赛的机会制作一个低成本但又能满足学校需要的八路数显抢答器。
二、任务说明
1.基本功能：
（1）抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个无线发射器。
（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。
三、实现的原理与电路
1．无线数字抢答器总体方框图
如图1所示为总体方框图。
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；
主持人将开关置;
开始"
状态，宣布"
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，禁止二次抢答。
如果再次抢答必须由主持人再次操作"
清除"
和"
状态开关
主体电路
图1
设计框图
2．单元电路设计
1）电池电压监控电路
由于无线发射器采用电池提供电压,当电池电力耗尽时,电压偏低会使无线发射器不能正常工作,所以需要设置电池电压监测电路。
不同类型的电池在电力耗尽时其电压也是不相同的,常用的电池有不可充电的电池和可反复充电的电池。
2）抢答按钮单稳电路
单稳态触发器的工作特性具有如下的显著特点:
a）它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态;
b）在外界触发脉冲作用下,能从稳态翻转到暂稳态,在暂稳态维持一段时间以后,再自动返回稳态;
c）暂稳态维持时间长短取决于电路本身的参数,与触发脉冲的宽度和幅度无关。
由于具备这些特点,单稳触发器被广泛应用于脉冲整形、延时（产生滞后于脉冲触发的输出脉冲）以及定时（产生固定时间宽度的脉冲信号）等。
本设计选用NE555定时器接成单稳态触发器。
（3）报警电路
由555定时器和三极管构成的报警电路如图9示。
其中NE555构成多谐振荡器，振荡频率
＝1.43／［（RI＋2R2）C］，其输出信号经三极管推动扬声器。
PR为时序控制电路输出的控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。
图9报警电路
（4）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，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按键时，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，扬声器自动报警，表示此次抢答无效。
图10时序控制电路
根据上面的功能要求以及图10，设计的时序控制电路如图10所示。
图中，与门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（即图二中的5端）。
图8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10中的74LS279的输出1Q,即CTR=0，经G3反相，输出为1，则NE555产生的时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端（图中用CLCK表示接入到74LS192CPD端的信号），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按键时，CTR＝1，经G3反相，输出为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，/ST=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，封锁时钟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。
集成单稳态触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间（其功能表见表3）,具体原理如下：
主要由555时钟电路（用于控制报警声音频率）、蜂鸣器即相关的延时电路和控制电路组成。
单稳态触发器74121通过信号/Ys、BO2、S控制报警与否和报警时间，555时钟电路产生脉冲时钟。
在规定的时间有人抢答时，/Ys由1跳变到0，74121有状态2（见表3状态编码），即Q输出暂态高电平，蜂鸣器连续发声报警，持续时间为
=4.3秒；
如果在规定时间内无人抢答，BO2由1跳变到0，74121有状态1，Q输出暂态高电平，蜂鸣器连续发声报警持续时间为
结合图9所示报警电路，分析
计算如下：
。
取
＝100uF,
=51K,。
有
＝4.3秒。
表374121功能表
四、在设计过程中发现的问题和所做的改进
（1）选手号码的显示问题：
在设计过程中，我们发现按下抢答按钮后，我们希望其在七段数码显示管上显示的选手号码是1到8，这样符合我们一般的思维，而按照我们一开始所做的设计，数码管只能显示0到7，我们在认真研究体设计方案和7448译码器的功能表（见表四）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。
由表四可以看出，有两种方案可供选择：
1是将7448的A3端置1，其他位置0；
2是将图10中的4端置1，其他位不管。
但是在计时未到时，4端始终为低电平，所以如果采用方案2的话，我们的整设计就将全部打乱，故方案2不可取。
我们采用了方案1。
我们通过观察表四看出，只有在字形（见表四）为0时，/A2
/A1
/A0=1,其他均为0。
于是我们就将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。
（2）在计时结束时让选手号码显示牌显示0而不是8的问题。
承1中所述，我们实现了选手号码显示8的问题，但随之而来的是当计时结束时因为A2、A1、A0均为零，导致我们在做出
（1）中所述改动后，选手号码显示牌上显示的为8而不是我们要求的0。
此时我们仍然是通过研究我们的总体电路图来解决这个问题的。
我们知道，只有在字形（见表四）为0时，/A2
/A0=1，其他时候其值均为0。
当计时时间到时，定时到信号输出为0，若将定时到时间信号与/A1、/A2、/A0一起接入与门，然后再接入到A3端的话，那么在定时到时，A3、A2、A1、A0均为0，经7448译码输出即为0。
（3）主持人按下抢答按键时选手号码牌显示为7而不是我们要求的0的问题。
在电路焊接过程中，我们在主持人的按键选择上选择了点触式开关，因为未对这种开关做细致的分析，我们发现每次主持人按下抢答按键选手号码显示牌上总是为7。
经过我们的认真分析，我们找到了原因，是我们的开关选择出了问题。
点触式开关在按下后马上又弹起，此即问题的所在。
于是我们很快将其更换为单刀双置开关，问题得到了解决。
（4）显示电路显示不稳定的问题。
在完成电路的焊接，进入调试阶段时，我们的抢答器显示电路出现了不稳定的问题。
主要表现在当我们在完成一轮抢答后对计时时间进行重新设定时，显示部分会出现乱码的现象。
开始我们以为是芯片出了问题，于是对芯片进行了逐个排查，确定芯片没有损坏后，我们开始检查导线的焊接情况。
我们利用万用表对接线处逐个进行了排查，最后发现某芯片的一个引脚处的导线松了。
我们对导线进行了重新焊接，过后系统恢复了稳定。
表4
五、组装与调试
1.使用的主要仪器、仪表
①多路直流稳压电源YB1719；
②数字万用表MY61；
③数字示波器TDS1012；
④函数发生器EE1411；
2.电路调试
（1）单元电路检测
①抢答电路
把主持人的控制开关设置为“清除”位置，用万用表检查RS触发器的
端为低电平，输出端（4Q~1Q）全部为低电平。
于是74LS48的4端/BI/RBO=0，显示器灭灯；
74LS148的选通输入端，即5端/ST=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。
然后把主持人的控制开关拨到“开始”位置，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，给8路抢答端口即输入端
…
给上低电平的输入信号，如当有选手将抢答按键按下时（如按下
），74LS148的输出
=010，
=0，经RS锁存器后，74279的输出1Q,即CTR=1，/BI/RBO=1，74LS279处于工作状态，输出端4Q3Q2Q=101，
=0，经RS锁存器后，出“5”。
此外，CTR=1，使74LS148仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号不会被接收。
时序控制及报警电路
<
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按键时，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。
2.整机电路调试
①开始时，主持人将控制开关接地，抢答电路部分锁存器74LS279的状态输出全为0，74LS48的灭灯输入与锁存器74LS279的Q1相接，故抢答电路无显示（清除）；
与此同时，在计时电路部分，减法计数器74LS192的预置数端为0，将事先的预置数送入减法计数器中。
当主持人按键弹起时，计数器开始计数工作，抢答开始。
②在没有人按键且抢答时间没到时，优先编码器/Yex输出为1，计数器BO2输出为1，74148的5端，即
＝0,而
优先编码器和计数器都正常工作；
③当在规定时间有人按下抢答按键时，/YEX输出为“0”，CTR=1，/ST=1，优先编码器停止工作，此后选手的抢答无效，电路将按键者的编号显示在LED上；
同时，CTR=1，计数部分的计数脉冲
=0，计数器停止工作，此时的倒计时时间记录并显示在LED上；
74148的/Ys端由1跳变到0，74121有状态2，即Q输出暂态高电平，蜂鸣器连续发声报警，持续时间为
=4.3秒。
④如果在规定时间内无人抢答，BO2由1跳变到0，74121有状态2，Q输出暂态高电平，蜂鸣器连续发声报警持续时间为
=4.3秒；
ST=1，抢答电路停止工作，此后的抢答按键无效。
六、所用元器件列表
序号
编号
名称
数量
说明
1
74LS192
十进制可逆计数器
2片
工作电压5V
2
NE555
单稳态触发器
3
74LS48
七路显示译码器
3片
4
74LS148
优先编码器
1片
74LS279
触发器
6
74LS121
非重触发单稳态触发器
7
7400
与非门
8
7408
与门
9
7404
反向器
9013
三极管
1个
11
R3、R4
510
电阻
3只
R2
68kΩ电阻
2只
13
R1
15kΩ电阻
R6
100kΩ电阻
1只
R5
1kΩ电阻
16
R7
10kΩ电阻
10只
C1
0.1uF
C
10uF
C2
100uF
20
Speaker
蜂鸣器
8Ω，6V
21
SW
弹片开关
9只
22
单刀双置开关
23
LED
发光二极管
24
DPY_7-SEG
共阴极七段数码显示管
七、心得体会：
实用抢答器的这一产品是各种竞赛活动中不可缺少的设备，在国内外都是比较有用的，而它的发展也是比较快的，从一开始的光具有抢答锁定功能的一个电路，到现在的具有倒计时、定时、自动（或手动）复位、报警（即声响提示，有的以音乐的方式来体现）、屏幕显示、按键发光等多种功能的技术合并，这就可以说明其多种功用及发展的快速。
现在的抢答器有JLQ-2普通型抢答器、JLQ-3型带到计时型抢答器、JLJ-2型3位LED电子记分器、SPC-7A单屏小型、SPC-7B单屏中型、智力竞赛抢答器、有锁定功能抢答器、多功能智力抢答器……可以说是多不胜数。
本次的抢答器的设计实践将我们学到的知识应用到了实践，深化了对数字电路设计的认识，使我们在设计的实践中获得新知。
参考文献：
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电子技术基础数字部分>
>
北京高等教育出版社,2000年6月版.
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74系列芯片手册>
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数字逻辑>
，武汉华中科技大学出版社，2002年5月版
[4].肖景和编《CMOS数字电路应用300例》，北京，中国电力出版社，2005年1月版
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北航出版社.2002
[6].张毅刚.单片机应用设计[M].哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社.2001.
[7].阎 石.数字电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社.2000.
[8].谢嘉奎.电子线路[M].北京:
高等教育出版社.2000
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