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电信系论文

摘要

针对目前在电子技术综合实验中使用的几款智力竞赛抢答器的设计方案，在分析各自优缺点的基础上，并对电路修改和再设计，使其不但能实现抢答功能而且能用声音和数字准确的提示抢答的结果，同时也保证了电路工作稳定可靠，达到实际应用的目的，使其能够运用于各种智力竞赛场所。

数字抢答器有主体电路和扩展电路组成。

优先编码电路，锁存器，译码电路将参赛选手的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。

通过定时电路和译码电路将脉冲产生的信号在显示器上输出以实现计时功能，构成扩展电路。

然后通过布线，焊接，调试等工作后数字抢答器便可成形。

关键词：

智力竞赛抢答器，互锁，自锁，抢答电路，定时电路，报警电路

Theelectriccircuit’sdesignandcontestdeviceto

robtheanswerwithdependableworkmode

Student:

wangbeibeiTeacher:

liulei

Abstract

Aimingatthedesignprojectoffamiliarandseveralstylesintellectualcontestdevicestorobtheanswerinthecompositedexperimentelectronicstechnology,basedonanalyzingtheadvantageandweaknessofeachother,electriccircuitmodificationisdesigned.itcannotonlyrealizelockwitheachotherandlockitself,butalsocanusethevoice,arithmeticfiguretohidetheinitiativeresultatthesametime.Experimentprovesthatelectriccircuitworkstabilityanddependable,cometotheanticipantdesignpurpose,anditcanbeusedinthecompetition.

Keywords:

dependablework,intellectualcontestdevicetorobtheanswer,designanalysis,lockwitheachother,lockitself

摘要1

Abstract2

1、绪论4

1.1、课题研究内容的引言4

2、设计任务与要求5

2.2、扩展功能5

3、抢答器组成框图6

3.1、抢答器组成总框图6

3.2、各个电路的组成6

3.3、抢答器组成具体框图7

4、单元电路7

4.1、抢答电路7

4.1.1、主要功能7

4.1.2、子电路8

4.2、定时电路10

4.2.1、主要功能10

4.2.2、子电路11

4.3、报警电路13

4.3.1、主要功能13

4.3.2、电路原理图13

4.4、控制电路14

4.4.1、主要功能14

4.4.2、子电路14

5、十五路抢答器的设计总结16

6、致谢17

7、参考文献17

8、附录（总电路原理图）18

1、绪论

1.1、课题研究内容的引言

抢答器供15个选手或15个代表队使用，设置一个系统清除和抢答控制开关S，抢

答控制开关有主持人控制，抢答器具有锁存与显示功能，即选手按动按钮，锁存器就锁存相应的编号，并在LED数码管上显示出来，同时扬声器发出声音提示。

抢答实行优先锁存，即最先抢答的选手的编号被一直保存到主持人将系统清零为止。

要注意抢答器具有定时抢答功能，且每次抢答的时间有主持人设定，比如20秒。

当主持人启动开始按钮后，定时器就开始进行减数计时，同时扬声器发出相应的信号用来提示选手。

参赛选手必须在规定的时间内进行抢答，抢答有效，抢答成功时定时器停止工作，并且显示器上显示选手的编号和抢答成功时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止，若定时时间已到，而无人抢答，则本次抢答无效，系统报警，禁止抢答，显示器上显示00准备进入下一轮抢答。

2、设计任务与要求

2.1、基本功能

1.系统可供15名选手参加比赛，他们的编号为1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，每个人有一个抢答按钮，注意按钮的编号要与选手的编号相一致，分别是S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9,S10,S11,S12,S13,S14,S15。

2.主持人掌握一个系统控制开关，用于系统的清零和控制抢答比赛的开始。

3.抢答器应具有数码锁存和显示功能。

抢答开始后，若有选手按住了抢答按钮，则其编号立即被锁存，并在显示器上显示选手编号的同时扬声器给出声音提示，此外封锁输入电路，禁止其他选手再进行抢答。

4.优先抢答成功的选手编号一直被保存到主持人将系统清零为止。

2.2、扩展功能

1.定时抢答功能：

若抢答器定时为20秒，当主持人启动开始键后，定时器就开始立即减数进行计时，并且结果在显示器上显示出来并有扬声器进行提示。

2.参赛选手在设定的时间内（20秒）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成功时刻的时间，此结果并被保持到主持人将系统清零为止。

3.当定时抢答的时间已到，而无人抢答，则判定此次抢答无效，系统自动报警并封锁输入电路，禁止选手进行抢答，并在显示器上显示00，准备进入下一轮。

3、抢答器组成框图

3.1、抢答器组成总框图

图3.1.1抢答器组成总框图

3.2、各个电路的组成

1.根据框图，根据功能指示的要求，可以确定各个电路的组成。

1）抢答电路由优先编码电路74LS148和锁存器74LS279组成。

2）定时电路由脉冲产生电路NE555和同步计数器74LS192组成。

3）报警电路由脉冲产生电路NE555和扬声器组成。

4）控制电路由单稳态触发器74LS121和一些门电路组成。

2.图示的定时抢答器工作过程为：

接通电源后，此时开关置于清零位置，抢答器处于禁止工作状态，显示编号的显示器也处于非工作状态，定时显示器显示设定好的时间20秒。

当主持人宣读完问题后，宣布抢答开始并将控制开关拨到开始的位置，扬声器也给出声音提示，抢答器处于正常工作状态，定时器开始倒计时，在时间规定范围内若有选手抢答成功，则显示器上显示出相应选手的编号。

若在规定时间内没有选手抢答，则此次抢答视为无效，同时系统报警并封锁输入电路，禁止选手超时抢答。

当某选手抢答成功时，抢答器要完成以下五项工作：

1）优先编码电路要立即对抢答者的编号进行编码，并有锁存器进行保存，然后由译码显示电路在屏幕上显示编号。

2）扬声器发出声音提示大家抢答成功的选手已产生。

3）控制电路此时要对输入电路进行封锁，以免其他选手继续抢答，同时控制电路要使定时器停止工作，在显示器显示出剩余的抢答时间，并将其保持到系统清零为止。

4）当选手回答完问题后，主持人要将系统清零，准备开始下一轮抢答。

3.3、抢答器组成具体框图

图3.3.1抢答器组成具体框图

4、单元电路

4.1、抢答电路

4.1.1、主要功能

一是能分辨出选手按键的先后，并锁存抢答者的编号，再将信号传送给译码显示电路进行译码；二是要使其他选手的抢答无效。

选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能。

其工作原理是：

当主持人把控制开关处于清除位置时，RS触发器的置1端为低电平，输出端（4Q~1Q）全部为低电平，于是74LS48的BI=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST=0，74LS148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，等待输入端S1～S15输入信号，当有选手将键按下时（如按下S5）。

74LS148的输出Y2Y1Y0=101，YEX=0，经RS锁存器后，CTR=1，BI=1，74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出5。

此外，CTR=1，使74LS148的ST端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其他按键的输入。

当按下的键松开后，74LS148的YEX为高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其他按键的输入信号不会被吸收，这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。

当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。

4.1.2、子电路

1）优先编码电路

根据要求，用两片优先编码器74LS148级连组成。

由74LS148的功能表可以看出当高位片处于工作状态且没有输入时，Y2,Y1,Y0,YEX都是1，YS为0，低位片也处于工作状态。

当高位片有输入时，YS=1=ST，所以低位片处于封锁状态，同时两片的输出YS=1，高位片YEX为0，低位片的YEX为1。

当低位片用输入时，高位片的YS=0，低位片的YS=1，高位片YEX为1，低位片的YEX为0。

由ZYEX=YEX1·YEX2

Z0=Y01·Y02

Z1=Y11·Y12

Z2=Y21·Y22

Z3=

可以得到当ST=0时，即74LS148处于工作状态时，不论是低位片还用高位片有输入时，ZYEX都为0，当没有输入时，ZYEX为1。

当高位片有输入时，Z3为0，当低位片有输入时，Z3为1，当ST为1时，74LS148处于禁止工作状态，Z3为1。

表4.1.2.174LS148功能表

输入

输出

YEX

2）锁存器74LS279

由基本R-S真值表和时序图可以看出RS触发器的

端为低电平，由于74LS148没有输入，

都为1，所以输出端（4Q~1Q）全部为0。

当74LS148有输入，相应的

为0，所对应的输出端变为1，当输入退出时，

重新变为1，而对应的输出端保持1不变，实现了锁存的功能。

当ZYEX为0时，Q的输出为1，Q=ST=1，所以令74LS148处于禁止工作状态，使其他按键的输入信号不会被吸收，这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。

当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关S，使抢答电路复位（即令

=0），以便进行下一轮抢答。

4.1.2.2基本R-S触发器波形图

3）4位二进制/BCD码变换电路

由全加器74LS283与门电路组成，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码需用5位二进制数表示，它们之间的对应关系如下表

表4.1.2.34位二进制/BCD码变换电路真值表

二进制数

BCD码

D10

D03

D02

D01

D00

以上的真值表可以写出BCD码与二进制之间的表达式：

Z0=D00

D10D03D02D01=Z3Z2Z1+0000

当Z3（Z2+Z1）=0

D10D03D02D01=Z3Z2Z1+0011当

Z3（Z2+Z1）=1

4.2、定时电路

4.2.1、主要功能

节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间（30s），通过预置时间电路对计数器进行预置，选用十进制同步加/减计数器74LS192进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。

4.2.2、子电路

1）用555定时器构成的多谐振荡器来作为脉冲发生器

把555的2，6脚接在一起，根据对555组成原理图的分析可知，电容上的电压将在

到

之间变化。

电路的工作波形如下图所示

图4.2.2.1.1电容和输出电压的波形图图4.2.2.1.2555构成的多谐振荡器原理图

从图中看出，输出电压Vo的低电平时间为电容上电压V从

减少

到所需要的时间，Vo的高电平时间V为电容上电压

从增大

到所需要的时间，电路的振荡周期和频率计算如下

（4.2.3.1.1）

（4.2.3.1.2）

（4.2.3.1.3）

（4.2.3.1.4）

取R1=15KΩ,R2=68KΩ,C=10uF,可得

所以,T=1s

2）74LS192构成的三十进制递减计数器

74LS192是十进制可编程同步加/减计数器，采用8421BCD码二-十进制编码，并具有直接清零，置数，加/减计数功能。

由74LS192构成的三十进制递减计数器的电路原理图如下所示，低位片的BO2借位信号接到高位片的CPD端，两片的CPU端都接高电平。

图4.2.2.2.174LS192构成的三十进制递减计数器

从功能表和时序图可以得到三十进制递减

计数器的工作原理：

预置数为N=（00110000）8421BCD=（30）D

只有当低位BO2端发出借位脉冲时，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BO2端发出借位脉冲。

当LD为电低平时，计数器完成并行置数。

图4.2.2.2.274LS192构成的三十进制递减计数器时序图

4.3、报警电路

由555定时器构成多谐振荡器，用来产生1KHZ的脉冲，来驱动扬声器发出声音。

4.3.1、主要功能

当有用信号来临时，PR为高电平，振荡器工作，其平时保持低电平不变，通过对多谐振荡器的分析，当4角为低电平时，振荡器停止工作。

震荡频率为

（4.3.1.1）

=1/0.01s（4.3.1.2）

4.3.2、电路原理图

图图4.3.2.1报警电路

4.4、控制电路

4.4.1、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进入正常抢答工作状态。

2）当参赛选手按动抢答键时，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。

4.4.2、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下图所示。

图中，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ST。

工作原理是：

主持人控制开关从“清除”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74LS192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，74LS192的借位输出端BO2=1，门G2的输出ST=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=1,74LS148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，来自74LS192的BO2=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。

图4.4.2.1时序控制电路

2）报警控制电路

由74LS121组成，根据上述电路对报警的要求以及74LS121的功能表，可得到如下电路原理图。

其中当S=0时，由于BO2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′=O,就可以产生触发，得到相应逻辑功能。

图4.4.2.2报警控制电路

5、十五路抢答器的设计总结

经过了一个月的的不停的检测和修改，终于把最终的电路图和成品

论文完成了。

经过了这次论文设计，大大地提高了我的思考问题的能力以及分析问题的能力，在刘老师热心与精心的指导下，帮助我解决了很多问题，我也从中学到了很多书本上所没有涉及的问题，与此同时也复习了相关专业课和弄懂了一些以前没有弄懂的东西。

这次论文设计，让我学到了很多有用的知识和提高了专业能力，这对以后的学习和工作都会带来很大的帮助。

下面是对本设计的思路总结:

1.数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。

2.优先编码电路、锁存器、译码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启动报警电路，以上两部分组成主体电路。

3.通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。

4.经过布线、焊接、调试等工作后数字抢答器即可成形。

6、致谢

这次论文设计,让我受益匪浅,学到了很多东西，在这里首先我要感谢电子信息工程学院的刘磊老师在我陷入困境时的热情指导和帮助，同时还要感谢本班同学及寝室的室友们在论文设计期间给我的热心帮助!

经过本次毕业设计把我大学四年来所学的理论知识转化为实际应用，既锻炼了我的实际操作能力，又使理论知识得以加强和升华，激发了创新意识。

再次感谢各位老师和同学们的帮助。

7、参考文献

[1]康华光,邹寿彬编.电子技术基础数字部分（第四版）[M].北京:

高等教育出版社,2005

[2]康华光，邹寿彬编.电子技术基础模拟部分（第四版）[M].北京:

高等教育出版社,2005

[3]谢自美编.电子线路设计·实验·测试（第二版）[M].上海:

电子工业出版社,2001

[4]陈大钦编.电子技术基础实验（第二版）[M].湖北:

机械工业出版社,2001

[5]安玉景，李雪莹编.电子技术基础实验[M].人民邮电出版社,2002

[6]邹其洪,黄智伟,高嵩,等编著.电工电子实验与计算机仿真[M].电子工业出版社,2005

8、附录（总电路原理图）

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