抢答器说明书Word文件下载.docx
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易延、赵亚辉
日期：
2012年8月30日
目录
一、设计背景-------------------------------------------------------------------------------------------3
二、设计目标-------------------------------------------------------------------------------------------3
三、设计方案-------------------------------------------------------------------------------------------3
四、各模块功能分析--------------------------------------------------------------------4
1、译码和显示电路-----------------------------------------------------------------4
2、抢答电路--------------------------------------------------------------------------4
3、脉冲产生电路--------------------------------------------------------------------6
4、定时电路--------------------------------------------------------------------------7
5、时序控制电路--------------------------------------------------------------------7
6、整机电路仿真-------------------------------------------------------------------8
五、存在的问题及改进方-----------------------------------------------------------------------9
一、【设计背景】
抢答器是指在竞赛、文体娱乐活动（抢答活动）中，能准确、公正、直观地判断出抢答者的机器。
抢答器在娱乐活动中应用广泛，例如一些知识竞赛活动中会考察到选手的快速反应能力，需要选手对问题在规定的时间内作出解答，并赶在其他选手之前抢答，抢答器便应运而生。
它主要通过抢答者的指示灯显示、数码显示和警示显示等手段指示出第一抢答者。
同时，抢答器一定要稳定、准确，正确显示第一抢答的选手编号，并屏蔽后续的抢答信号。
二、【设计目标】
1、设计一个四人参赛的抢答器，准确分辨、记录第一个有效按下抢答键者，并用灯指示。
2、具有锁存功能并能显示出来，在主持人清零后，若有参赛选手按动抢答按钮，应立即显示出最先动作选手编号，同时有扬声器发出声音。
3、抢答器对各参赛选手动作先后有很强的分辨能力，即只显示最先动作选手编号，直到主持人清零为止。
4、主持人宣布开始抢答时，倒计时电路启动由9计到0，如有选手抢答，倒计时停止，超出时间不许选手抢答。
三、【设计方案】
抢答器的原理框图如图所示，由抢答电路、定时电路、控制电路等组成。
其工作过程是：
接通电源时，主持人将控制开关置于清零位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定是显示器显示设定时间“9”。
当主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将开关拨到“开始”位置，蜂鸣器给出声响提示，抢答器处于工作状态，定时器开始倒计时。
当倒计时完成，系统报警，并封锁抢答电路，禁止选手超时抢答。
四、【各模块功能分析】
1、译码和显示电路
由74LS248D型译码器和七段数码管组成。
一个74LS248D和七段数码管组成的译码和显示电路如下图所示。
当DCBA=0011时，数码管显示数字“3”。
2、抢答电路
抢答电路有两个功能：
一是能分辨抢答按钮的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路工作用；
二是要使其他选手的抢答按钮无效。
选用74LS148八线—三线优先编码器和8D透明边沿触发锁存器74LS373可以完成上述功能。
74LS148和74LS373引脚图如右图所示。
74LS148功能表见下图1；
74LS373功能表见下图2。
图174LS148功能表
图174LS373功能表
抢答电路如下图所示，当主持人控制开关处于清零位置时74LS148的EI=1，无法编码，并且74LS248的BI=1，数码管灭灯，于是数码管无显示，处于灭灯状态，并通过74LS08使74LS373的OC=0，清除锁存信号；
当主持人把开光拨到“开始”位置时,74LS248的BI=0，可以显示译码，数码管显示“0”，并且74LS148的EI=0，可进行正常的编码，并通过74LS08使锁存信号可以输入，此时抢答器处于等待状态，等待D1~D4输入信号。
当有选手按下抢答按钮时，如D4被按下，74LS148的输出为A2A1A0=011，经4069输出为3Y2Y1Y=100，经过74LS373，使数码管显示“4”，通过74LS138使4号选手的抢答成功指示灯亮起，并通过74LS27D，产生锁存信号使74LS373锁存输入信号。
此时74LS373的OC=1，74LS373处于禁止工作状态，封锁其他抢答按钮的输入，锁存信号灯也亮起。
3、脉冲产生电路
利用555定时器组成秒脉冲产生电路，如下图所示。
R1、R2和C1是外接定时元件，将555定时器的高电平触发端THR与低电平触发端THR连接在一起，接到R2和C1的连接处，将放电端DIS接到R1、R2的连接处，CON断皆有10nf的滤波电容，以提高电路的稳定性，也可不接。
该电路的输出脉冲周期为
T=0.7（R1+2R2）C1
若T=1s，令C1=10uF，R1=30kΩ，R2=56kΩ，使输出脉冲周期为1s。
用示波器可观察到秒脉冲的波形，如下图所示。
4、定时电路
预置抢答时间是5s，选用74LS192同步可逆（加/减）计数器进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲产生电路提供。
定时电路如下所示。
5、时序控制电路
时序控制电路是抢答器设计的关键，它主要完成三项功能：
1）主持人将开关拨到“开始”位置时，抢答电路和定时电路进入正常工作状态。
2）当参赛选手按动抢答按钮抢答时，蜂鸣器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。
3）当设定的强大时间到，无人抢答时，蜂鸣器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。
根据上面的功能要求，设计时序控制电路如下图所示。
如图所示，此时为开关处于“位置”，~BI=0，此时抢答电路的数码管灭灯；
~OC=0，使74LS373清零；
EI=1，74LS148处于禁止工作状态，选手无法抢答；
~LOAD=0，74LS192置数为“9”，定时电路数码管显示为“9”；
此时秒脉冲无法输入到74LS192的DOWN端。
当开关拨到“开始”位置时，~BI=1，此时抢答电路的数码管亮灯，显示为“0”；
EI=0，74LS148处于工作状态，选手可以抢答；
~LOAD=1，74LS192停止置数，74LS192借位端BO=1，秒脉冲可进入74LS192，定时电路数码管开始倒计时。
此后分为两种情况：
一是在规定时间内有人抢答，此时BO=1，秒脉冲可进入74LS192，74LS373的ENG=1，当有人抢答时，抢答电路显示抢答者编号，1Q、2Q、3Q至少有一个为一，则使~OC=1，CLR=1，74LS373锁存信号，禁止其他信号输入，并且74LS192被清零，抢答电路和定时电路停止工作。
二是在规定时间内无人抢答，倒计时到“0”时，74LS192借位端BO=0，使秒脉冲无法进入74LS192，定时电路停止工作，并使ENG=0，使74LS373输出处于高阻态，选手无法抢答。
6、整机电路仿真
八个单元电路连接起来，整机电路如图所示，通过仿真，证明了该电路能够正常运行，达到了设计要求。
五、【使用元件】
类型
型号或名称
数量
芯片
74LS138D
74LS148D
4069BCP_5V
4069BD_5V
74L373DW
74LS248D
74LS192D
74LS08D
74LS27D
74LS11D
1
2
电阻
电容
10KΩ
500Ω
30KΩ
56KΩ
10uF
10Nf
12
19
其他
LED
开关
七段数码管
5
六、【存在的问题及改进方法】
本电路使用了锁存器，编码器，译码器数码管等构成倒计时电路使用了74ls192等电路实现倒计时，并利用使能端及门电路，实现各项锁存，鸣叫，清零等功能，总结如下：
优点：
电路功能原理清晰，各项功能均达到了要求，显示准确，反应灵敏，无竞争冒险现象，基本满足了普通竞赛的抢答要求。
缺点：
如果长按住按钮不放，主持人清零后将能获得抢答权，且由于编码器电路是优先编码器，所以如果两人抢答时间间隔在1ms以内，将出现编号靠前的选手获得抢答权的情况。
改进：
可以更改促发器的类型，如使用JK触发器代替，则长按无效，或者在抢答端添加一个发光二极管，当有人作弊，二极管就会亮，从而阻止选手长按按钮的缺陷。
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