毕业设计169无线智能抢答器.docx
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毕业设计169无线智能抢答器
二○○七届学生毕业论文（设计）存档编号：
毕业论文（设计）
论文题目无线智能八路抢答器设计
学院高等职业技术学院
专业电子信息工程
姓名胡义杰
学号20043050018
指导教师秦工
年月日
无线智能八路抢答器的设计
摘要:
介绍的无线抢答计分器,具有8路无线抢答判断功能,无须布线,具有移动方便灵活等优点。
无线抢答部份选用专用的编解码芯片PT2262/2272构成数据加解密,用FM调制电路构成无线发射器,用FM解调芯片MC3362构成无线数据接收器,构成了无线编解码抢答电路,使得系统在使用时更可靠,性能价格比方面的指标也得到了加强。
控制部份采用74系列常用集成电路设计的数码显示八路抢答器的电路组成、设计思路及功能。
该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有定时、计时和报警功能。
主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间，系统将完成自动倒计时。
若在规定的时间内有人抢答，则计时将自动停止；若在规定的时间内无人抢答，则系统中的蜂鸣器将发响，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能。
关键词:
八路抢答器,，无线发射接收，编码、声光控制
Topic：
ThewirelessintelligentChineseredarmysoldiersnatchestheansweringdesign
Student:
huyijie
JianghanUniversitySchoolofHigherprofessionaltechnicalinstitute
GuideTeacher:
qingong
JianghanUniversitySchoolofPhysics&InformationEngineering
Abstract：
Inthispaper,Introducesthewirelessmachineofgrabbingforreplyinganddisplayingtheresult,whichhasthefunctionofjudgmentwith8channelsofgrabbingforreplying.Itdoesneedtodistributetheelectricalwire,soitismovedexpediently.Choosesthefamiliarcoding-decodingchipPT2262/2272thatformsthedatacoding2decodingcircuit.ThewirelessemitteriscomposedoftheFMmodulatecircuit,andthewirelessreceiveriscomposedoftheFMdemodulationchipMC3362.Theelectriccircuitanddesigningthoughtofanansweringracerbasedonthecommon-usedseriesof74ICwith8-wireisintroduced,anditsfunctionisalsodescribed.Theansweringrace’sfunctionincludestiming,counting,andalarming,besidesthebasicfunctionofanansweringracer.Thehostsetstheprovidedtimefortheansweringracethroughthetime-settingswitch,afterthisthesystemwillcountdownthetimeautomatically.Ifanybodyanswerthequestionontime,thecountingoftimewillstop;Ifnobodyanswerthequestionontime,thealarmwillgiveoutsomesound,helpingthehostknowtheraceinthisturnisofnouse,sothefunctionofalarmingisachieved.
Keywords:
TheChineseredarmysoldiersnatchesanswering
Wirelesslaunchreceive，Code，Acousto-opticcontrol
目录
1绪论····················································································································5
2任务说明·············································································································5
2.1基本功能·······································································································5
2.2扩展功能·······································································································5
3实现原理与电路···································································································5
3.1.无线数字抢答器总体方框图·······································································5
3.2.单元电路设计·······························································································5
3.2.1抢答无线发射器电路··········································································5
3.2.1.1电池电压监控电路···································································5
3.2.1.2抢答按钮单稳电路···································································5
3.2.1.3编码器原理及组号设置·····························································5
3.2.1.4晶振稳频FM无线调节器制器···············································6
3.2.2无线接收优先编码·············································································6
3.2.2.1无线接收器············································································6
3.2.2.2编码部份················································································7
3.2.3定时电路······························································································8
3.2.4报警电路······························································································10
3.2.5时序控制电路······················································································12
4设计过程中的问题与改进··················································································14
5组装与调试·········································································································15
6所用元器件··········································································································17
7心得体会·············································································································18
致谢·························································································································18
参考文献·················································································································19
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。
2.扩展功能：
（1）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。
（2）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。
在这段（3）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。
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，定时器显示设定时间；主持人将开关置;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"开始"状态开关。
主体电路
扩展电路
图1
设计框图
2．单元电路设计
（1）抢答无线发射器电路
无线发射器由抢答按钮单稳电路、电池电压监控电路、编码器及组号设置、晶振稳频FM无线调制电路4部分组成,无线发射器的组成如图2所示。
图2无线发射器部份
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）编码器原理及组号设置
PT2262/2272是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路,PT2262/2272最多可有12位（A0～A11）三态地址端管脚,任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位（D0～D5）数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出,可用于无线遥控发射电路。
地址码最多可达531441种。
为了尽量提高抢答速度,这里选用110M的振荡电阻,A0～A7用作地址加密,D0～D3用作数据编码即组号,共可设16个组号,这对于抢答已经完全足够了。
PT2262与无线发射电路的组成如图3所示。
图3 PT2262与无线发射电路的组成
4）晶振稳频FM无线调制器
无线发射调制电路有直接晶体管调制、变容二极管调制、晶振调制、PLL锁相环控制和数字直接合成等方式。
直接晶体管调制方式成本最低,但稳定性差、抗干扰能力差;变容二极管调制方式调制频偏大﹑效果好,但同样稳定较差;后三种调制方式突出优点是稳定性高,晶振调制频偏较小,频率单一不可调节;PLL锁相环控制方式和数字直接合成方式成本高、电路复杂,但其突出的优点使其在高性能要求的电路中得到了广泛的应用。
由于抢答遥控要求稳定性高且不需要调节频率,所以发射电路选用了晶振调制方式。
在图3中,晶振稳频FM无线调制器分为五级,每一级都由高频三极管9018及外围阻容元件组成,第一级为变容管压控晶体振荡器,第二级实现三倍频,第三级再进行两倍频,第四级为缓冲放大级,第五级实现功率放大后经由天线向外界发送无线电波。
（2）无线接收优先编码
1）无线接收器
无线电接收电路可分为超再生接收电路、一次变频接收电路、二次变频接收电路。
接收电路按本振方式有普通电感电容振荡方式、晶振稳频方式、PLL锁相环稳频方式等。
普通方式稳定性较差且频率调节不直观;晶振稳频方式频率稳定度高但频率不可调;PLL锁相环稳频方式频率稳定度也很高、频率调节方便且直观。
为了系统的扩展性和稳定性,选用晶振稳频的MC3362二次变频接收芯片。
接收到的信号经过解调电路输出至由PT2272组成的编码信号解码电路,解出
的抢答信号输往单片机进行识别和控制。
二次变频窄带接收器大都使用专用集成电路,可供选择的窄带调频接收电路产品很多,而MC3362是性价比比较高的一种选择,MC3362是一个从无线输入到音频前置放大器输出这一过程中功能齐全的调频窄带接收器。
它采用低工作电压双变换设计,在窄带音频和数据通信中,具有低功耗、高灵敏度和良好镜像抑制性能。
二次变频FM窄带接收器电路如图4所示。
第一混频器把信号放大,并且把射频信号输入转换成1017MHz中频。
这个中频信号由外部滤波器滤波,然后馈入第二级混频器,得到进一步放大并且转换为455kHz第二中频信号。
经外部的带通滤波器滤波之后,这个低的第二中频信号馈入限幅放大器和鉴频电路。
音频信号用常规的正交检波器恢复。
图4 二次变频FM窄带接收器电路
输入信号电平的大小由测量驱动电路通过检测限幅放大器中的限幅量进行监视。
测量器驱动端子的电压决定载波检测的输出状态,低电平有效。
由于发射电路采用了较高的传输速率,而MC3362窄带接收器要求的数据传输速率限制在1200Baud以下,因而解调输出的较高速率数据波形会有一定程度的变形,为了得到正确的数据,则要采用数据整形电路,如图5中所示的比较器电路。
由MC3362解调输出的数据电平经检测后得数据“0”电平为114V,“1”电平为118V,并且含有较多的单片机干扰脉冲信号,所以不能直接利用MC3362芯片中的数据整形电路。
取中间电压116V为外部数据整形电路比较器的基准电压,比较器同相端输入电压高于116V则输出高电平,反之输出低电平,然后比较器输出信号到MC3362的数据整形电路获得更高的高电平（5V）和更低的低电平（0102V）,整形后的数据输出至PT2272解码器电路。
PT2272是与PT2262编码芯片配对使用的解码芯片,PT2272-M4有4位有效数据,PT2272—M4解码器电路如图5所示。
图5 PT2272-M4解码器电路
2）编码部份
设计电路如图10所示。
锁存器74LS297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。
图10无线接收显示电路
（3）定时电路
图7可预置时间的定时电路
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段数码管即相关电路组成。
具体电路如图7所示。
两块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。
74192的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。
按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，
输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。
下面结合图8具体讲一下标准秒脉冲产生电路的原理。
结合图8，图中电容C的放电时间和充电时间分别为
，
于是从NE555的3端输出的脉冲的频率为
，结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得
，即秒脉冲。
ui1
ui2
uO
T的工作状态
0
1
1
1
1
×
×
0
1
1
0
0
导通
截止
截止
导通
导通
表1555定时器功能表
图8标准秒脉冲产生电路
（4）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
（5）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"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"清除"位置拨到"开始"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"定时到信号"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
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