基于单片机实现的多路抢答器 15路.docx

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基于单片机实现的多路抢答器15路

多路抢答器

摘要：

数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。

优先编码电路、锁存器、译码器电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关起动报警电路构成主电路。

在通过译码电路和定时电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出显示计时功能构成扩展电路。

在经过安装、调试等工作后数字抢答器形成。

抢答器的四周有安装孔，可以方便的安装在操作台上，外接抢答按钮接入相应的接线端子，如果外接电铃或指示灯这接入继电器端子，抢答器的电源为9-15伏直流输入。

抢答器通电后，电铃器响，三个数码管显示0，按下复位按钮后进入正常工作状态，开始设置抢答倒计时时间，只要按动十进制编码按钮分别对时间的十位和个位设定，设定的时间在数码管上实时的显示出来，设定时间范围为：

0-99秒，设定时间后，就可以按动开始按钮，表示抢答开始，电铃发出0.1秒的声响，提醒选手开始抢答，同时倒计时开始计时。

若在抢答时间内有人抢答，则数码管立即显示抢答选手编号，同时电铃想1秒，继电器吸合1秒，表示有人抢答，在答题时间内只有复位键有效，其他按键都无效，这时只有主持人按下复位键后，才能进入下一轮。

若在抢答时间内无人抢答，则再倒计时器到0时第三组数码管显示0，表示无人抢答蜂鸣器响2秒继电器吸合2秒，这时除了复位键外，其他按键都无效，要进入下一轮抢答要主持人按下复位按钮。

关键词：

抢答器电路；定时电路；报警电路；时序控制

Theresponder

Abstract:

Thefigureviesfortheansweringdeviceextendedfromthemaincircuitandthecircuit.Priorityencodercircuit,latch,decodercircuitwillbeteamsoftheinputsignalinthedisplayoutput;withthecontrolcircuitryandthehostswitchstartalarmcircuitofmaincircuit.Inthedecodingcircuitandtimingcircuittogeneratepulsesignalsinthedisplayoutputdisplaytimingfunctioncompositionexpansioncircuit.Afterinstallation,commissioningworkformeddigitalansweringdevice.Responderisinstalledaroundthehole,canbeeasilyinstalledintheoperatingtable,externalappropriateanswerinthebuttonaccessterminal,iftheexternalbelloralightthataccessrelayterminals,responder9-15VDCinputpowersupply.Responderafterelectrifying,bellisringing,threedigitaltubedisplay0,presstheresetbuttontoenterthenormalworkingstate,settingtheanswerinthecountdowntime,aslongasyoupressthebuttonondecimalcodingtimetenandabitisset,thesettimeinthedigitaltubedisplayreal-time,settingtimerangefor:

0-99seconds,settingtime,canpressthestartbutton,saystheanswerinthebeginning,Bellsent0.1secondsofsound,toremindtheplayersbegintoanswer,atthesametimecountdownbeginstiming.Iftheanswerintheanswerintimewithdigitaltubedisplay,thenimmediatelyansweringplayernumber,atthesametimethebelltoasecond,relay1second,thatsomepeopleanswer,theanswertime,onlytheresetbuttonandeffective,theotherkeysareinvalid,thentheonlyhostpresstheresetbutton,youcanmoveontothenextround.Ifnoanswerintheanswerintime,thenthecountdownto0groupsofthirddigitaltubedisplay0,indicatingnoanswerthebuzzerrelay2secondsfor2seconds,thenresetbuttoninadditionto,theotherkeysareinvalid,toentertheanswerinthenextroundtohostpresstheresetbutton分享到

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Keywords:

Respondercircuit,atimingcircuit,analarmcircuit,timingcontrol

目　　　　录

摘要…………………………………………………………………………Ｉ

Abstrat………………………………………………………………………I

第一章绪论…………………………………………………………………1

1.1设计要求……………………………………………………………1

1.2基本功能……………………………………………………………1

1.3扩展功能……………………………………………………………1

第二章抢答器组成方框图………………………………………………2

2.1抢答器组成总框图及电路图元件结构……………………………2

2.2各个电路的组成……………………………………………………2

第三章单元电路……………………………………………………………2

3.1抢答电路……………………………………………………………3

3.1.1主要功能……………………………………………………3

3.1.2电路原理图…………………………………………………3

3.1.3子电路………………………………………………………8

3.2定时电路……………………………………………………………8

3.2.1主要功能……………………………………………………8

3.2.2电路原理图…………………………………………………8

3.3.3子电路……………………………………………………11

3.3脉冲设置报警电路…………………………………………………11

3.3.1主要功能……………………………………………………11

3.4控制电路……………………………………………………………11

3.4.1主要功能……………………………………………………12

3.4.2子电路………………………………………………………12

总结…………………………………………………………………………14

参考文献……………………………………………………………………15

致谢…………………………………………………………………………16

第一章绪论

1.1设计要求

抢答器同时供15名选手或十五名代表队比赛，设置一个系统清零和抢答控制开关S，由主持人控制。

抢答器具有锁存与显示功能。

即选手按动按钮，锁存器相应的编号，并在数码管显示，同时扬声器发出警报响提示。

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零为止。

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）当主持人按下“开始”键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响。

声响持续的时间为0.5秒，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，显示器上显示选手编号和抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。

如果定时时间已到，没人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。

1.2基本功能

1、可同时15名选手参赛，他们的编号分别为1、2、、、、、、、、、、、、、、、、15，各用一个抢答按钮，按钮编号与选手编号相对应分别为S1、S2、S3、、、、、、、、、、、、、、、S15。

2、节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零和抢答

3、数字抢答器的应具有数码锁存、显示功能。

抢答开始后，如果有选手抢答按下按钮，编号立即锁存，并在数码管上显示选手的编号，同时扬声器给出音响提示，封锁输入电路，禁止其他选手抢答。

先抢答的选手编号一直保持到主持人将系统清零为止。

1.3扩展功能

1、定时抢答器功能。

抢答器定时为30秒，主持人按下开始键后，定时器开始工作，开始倒计时，并在显示器上显示出来，同时扬声器发出声响。

2、参赛选手在设定时间内抢答（30s），抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示的选手编号和抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。

3、当定时抢答时间已到，还没人抢答，本次抢答无效，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手抢答，时间显示00

第二章抢答器组成方框图

2.1抢答器组成总框图及电路图元件结构

2.2各个电路的组成

照框图，根据其功能可以确定整个电路的组成

1）抢答器电路由优先编码电路CD4532，锁存器74LS279组成。

2）定时电路由秒脉冲产生电路NE555，同步计数器54LS192组成。

3）报警电路由脉冲产生电路NE555，扬声器组成。

4）控制电路用单稳态触发器CT54121和一些门电路实现。

图示的定时抢答器的工作过程是：

接通电源时，主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于静止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定时间，当主持人宣布抢答开始抢答时，同时将开关拨到“开始”位置，扬声器给出声响提示，抢答处于工作状态，定时倒计时。

如果定时时间到，没人抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手抢答。

当选手在规定时间内抢答，抢答器要完成以下工作：

1）优先编码电路立即分辨出抢答者编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号。

2）扬声器发出短暂声响，提醒主持人。

3）控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他再次进行抢答。

控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人清零。

选手回答完毕，系统回复到开始状态，进行下一轮。

第三章单元电路

3.1抢答电路

3.1.1主要功能

抢答电路的功能有两个：

一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。

选用优先编码器CD4532和锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如下图1所示。

其工作原理：

当主持人将开关拨到“清零”位置时，RS触发器的R为低电平输出端（Q4-Q1）全部为低电平，于是CD4532的I=0，显示器灭灯，CD4532的选通输入端ST=0，CD4532处于工作状态，此时锁存电路不工作，当主持人开关拨到“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S1、、、、S15的输入信号，当有选手按下按键时，CD4532的输出GS=0，经RS锁存后，CTR=1，BI=1,74LS279处于工作状态，经过CD4511译码器后显示器显示。

此外CTR=1，使CD4532的ST端为高电平，CD4532处于工作状态，封锁了其他案件的输入。

当按下按键后，CD4532的GS为高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以CD4532仍处于静止工作状态，其他案件的输入信号不会被吸收，这就保证了抢答者的优先性，当优先者回答完问题后，由主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便下一轮抢答。

3.1.2电路原理图

3.1.3子电路

1）优先编码电路

根据要求，如图

（2），用两片优先编码器CD4532的功能表可以看出当高位片处于工作状态且没有输入时，Y1、Y2、Y0、GS都是1，GS=0，低位片也处于工作状态。

当高位片有输入时，GS=1、EI=1，所以低位处于封锁状态，同时两片的输入E0=1，高位片GS=0，低位片的GS=1。

当低位片用输入时，高位片的EO=0，低位片的EO=1，高位片的GS=1，低位片的GS为0

由图2可知ZGS=GS1*GS2，，Z0=A01*A12，所以就有，Z1=A11*A22,Z2=A12*A21,Z3=YSZGS,可以得到当ST=0时CD4532处于工作状态时，不论是低位片还是高位片有输入时ZGS=0，当没有输入时，ZGS为1.当高位片有输入时，Z3=0，当低位片有输入时，Z3=1，当ST=1时，CD4532处于禁止工作状态，Z3=1。

锁存器74LS279

有基本R-S的状态和时序图可知道

RS触发器的R端为低电平，由于CD4532没有输入，所有R=1，所以输入端（Q4~Q1）全部为0，当CD4532有输入，相应的S为0，所对应的输出端变为1，当输入退出时，S在变为1，而对应的输出端保持1不变，实现了锁存。

当ZEO=0时，Q的输出为1，Q=EI=1，所以CD4532处于禁止状态，使其他按键的输入信号不会输入，保证了抢答者的优先性及抢答电路的准确性。

当抢答者回答完后，由主持人操作开关S，是抢答器复位即R=0，以便再次抢答。

4位二进制/BCD码变换电路

由全加器74LS283与门组成，由于用15路选择，4位二进制数表示的十进制数的范围为0~15，其8421BCD码需要用5位二进制数表示，他们之间的关系如下：

上真值表可以写出BCD码与二进制之间的表达：

当Z0=D000，D10D03D02D01=Z3Z2Z1+0000

当Z3（Z2+Z1）=0D10D03D02D01=Z3Z2Z1+0011。

2）CD4511的功能

CD4511是一种常用的BCD-七段译码器，它属于CMOS器件高电平输出电流可达25Ma，其管脚排列如下图

CD4511功能表：

CD4511功能介绍：

如图4BL：

4脚是消隐输入控制端，当BL=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。

LT：

3脚是测试输入端，当BL=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，气短均发亮，显示“8”。

它主要用来检测数码管是否损坏。

LE：

锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。

LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0的数值。

D、B、C、A为8421BCD码输入端。

A、b、c、d、e、f、g：

为译码输出端，输出为高电平1有效。

CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。

3.2定时电路

3.2.1主要功能

节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答时间（30s）,通过预置时间电路对计数器进行预置，选用十进制同步/减计数器54LS192进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。

3.2.2电路原理图

图5

3.3.3子电路

1）555构成的多谢振荡器作为秒脉冲发生器

555的2、6脚接在一起，根据对555组成原理图分析，电容的电压将是1/3VCC到2/3VCC之间变化。

电路波形原理如：

如图6中可以看出，输出电压V0的低电平时间为电容上电压VC从2/3Vcc减少1/3Vcc到所需要的时间，V0的高电平时间VC为电容上电压1/3VCC增加到2/3VCC所需的时间.

电路振荡周期和频率如下：

2）54LS192的引脚排列与逻辑符号

54LS192可构成的三十进制递减计数器

54LS192是十进制可编程同步加/减计数器，采用8421码二十进制编码，并具有直接清零，置数，加/减计数功能。

由54LS192构成的三十进制递减计数器的电路原理如图（7），低位片的B02借错位信号接到高位片的CPD端，两片的CPU端都接到高电平。

从功能表和时序图可以看出三十进制递减计数的工作原理：

预置数为N=（00110000）8421BCD=（30）10

只有当低位BO2端发出错位脉冲时，高位片计数器才作减计数，当高、低位计数器处于全零，且CPD为0时，高位片区BO2端发出错位脉冲。

当LD为低电平时，计数器完成并置数。

3.3脉冲设置报警电路

由555组成多谐振荡器，产生约为1Khz的脉冲，来驱动扬声器发出声音。

3.3.1主要功能

当信号来时，PR为高电平，振荡器工作。

平时保持低电平不变，从上面555组成多谐振荡器分析，当4脚为低电平，振荡器停振。

3．3.2电路原理图

3.4控制电路

3.4.1主要功能

1）主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路开始进入工作状态。

2）参赛选手按动抢答按钮时，扬声器发声，抢答电路停止工作。

3）设定的抢答时间到，无人抢答，扬声器发出声响，同时抢答电路和定时电路停止工作。

3.4.2子电路

1）时序控制电路

根据上面的功能要求，设计的时序控制电路如图（9）所示。

图中，门G1的作用是控制时钟信号CP的放心与禁止，门G2的作用是控制CD4532的输入使能端EI。

工作原理是：

主持人控制开关从“清零”位置拨到“开始”位置时，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54LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时。

同时，在定时时间未到时，54LS192的借位输出端B02（定时到信号）=1，门G2的输出ST=0，使CD4532处于正常工作状态，从而实现开始功能要求。

当选手在定时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ST=1，CD4532处于禁止工作状态，从而实现优先抢答锁存要求。

当定时时间到时，来至74LS192的B02=0，ST=1，CD532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，从而实现停止抢答要求。

2）控制电路

由CT54121和门电路组成，根据上对报警的要求以及CT54121的功能可得到图10电路原理图。

其中当S=0时，由于B02和ZYEX都为1，所以在S的正跳沿产生时，不会产生触发，所以使用了门电路与ZYEX配合，当电路开始置数为30时，令ZYEX=0，就可以产生触发，从而实现上述的功能。

总结

毕业设计是教学的至关重要的一个环节。

是对三年学习成绩的一个很好的检验，

经过一个月的设计，拓宽了我的知识面，锻炼了能力，综合素质得到较大的提高。

对我今

后工作有很大的帮助。

毕业设计是对学生掌握专业课程度的综合检验，是他们在具备一定

专业知识、生产技能、实践技能的基础上完成的最后一种总结性实践教学环节。

通过毕业

设计能使我懂得了综合应用所学的各种理论知识和技能，进行全面系统严格的技术及基本

能力的训练。

通过各种方式，解决一些实际性的问题，在设计过程中，我将所学的理论知

识运用到实践中，不仅能加深对专业知识的理解，而且能丰富和发展书本上的理论知识，使之转化成更高层次的经验、技能和技巧。

毕业的日子即将到来，通过这一个月的毕业设计，虽然时间不长但我感觉有很大

的收获，通过学习使自己对课本上的知识进一步了解加深，能够充分利用图书馆的资料，

增加了除课本以外的许多知识。

增强了自己对电路图的认识，加深了解了电路图每一部分

的作用及其是如何工作的。

通过这次的毕业设计，提高了自己的动手能力包括使用万用表

等测量仪器测量数据，以及利用仪器如何检查故障的根源，怎样排除故障的方法，培养了自己的自学能力以及人际交往能力。

这次实践活动的时间虽短，但它留给我的启迪却是深刻而长远的，是我人生道路上坚实的一步。

通过积极参加社会实践活动，认识了社会，认识到自己的社会位置，明确了自己的历史使命，激发了自己的学习热情，我会不断地调整和完善自己的知识结构，战胜前进道路上的各种挫折，锻炼自己的意志和毅力，为适应今后的工作做好准备。

实习工作结束了，但这不是终点，二是另一个新的起点。

实习的一些收获和体会，都对于我们今后走上工作岗位，都有很大的帮助。

经过这次实习，也提高了我的专业水平。

相信在以后的工作上，还会有更大的进步

参考文献

［1］康光华电子技术基础数字部分（第五版）高等教育出版社2007

［2］康光华电子技术基础数字部分（第五版）高等教育出版社2008

［3］缪先芸电子技术实践与训练（第二版）高等教育出版社2004

［4］李军，王勇电路原理论基础科学出版社2005

［5］何金茂电子技术实践与训练（第二版）高等教育出版社2003

［6］顾德仁，万栋义脉冲与数字电路高等教育出版社1985

［7］韩克电子技能与EDA技术广州暨南大学出版社2004

［8］李小坚protelDXP电路设计人民邮电出版社2009

［9］庄跃辉光电元器件速查代换大全浙江科学技术出版社2001

［10］刘南平现代电子技术设计与制作电子工业出版社2003

致谢

从论文选题到搜集资料，从写稿到反复修改，期间经历了喜悦、恬噪、痛苦和彷徨，

在写作论文的过程中心情是如此复杂。

如今，伴随着这篇毕业论文的最终成稿，复杂的心

情烟消云散，自己甚至还有一点成就感。

我非常感谢我的指导老师潘蓉老师，她严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学

习中的榜样；她循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，让我的毕业设计顺

利完成。

在这一个月的毕业设计工作马上就过去了，毕业设计已完成，通过这次毕业设

计，我学到了很多电路知识。

感谢我的指导老师潘蓉老师的细心指导，在我对毕业设计茫

然无措时，她细心的指导我们，对我们的电路设计方案的修改，一直是她默默的在奉献着，

同时感谢我们班的同学在做的过程中给予技术支持，通过这几次更加增进了我们的友谊，

在论文将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课