8路搶答器設(shè)計八路智力競賽搶答器

1前言1?1主要功能介紹搶答器最多可供8名選手參賽,編號為1?8號，各隊(duì)分別用一個按鈕(分別為S1~S8)控制，并設(shè)置一個系統(tǒng)清零和搶答控制開關(guān)S,該開關(guān)由主持人控制。搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能，并將鎖存數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示出來，同時蜂鳴器發(fā)出間歇式聲響(持續(xù)時間為0.5秒)，主持人清零后，聲音提示停止。a(3)開關(guān)S作為清零及搶答控制開關(guān)(由主持人控制)，當(dāng)開關(guān)S被按下時搶答電路清零，松開后則允許搶答。輸入搶答信號由搶答按鈕開關(guān)S1~S8實(shí)現(xiàn)。a(4)有搶答信號輸入(開關(guān)S1?S8中的任意一個開關(guān)被按下)時，并顯示出相對應(yīng)的組別號碼。此時再按其他任何一個搶答器開關(guān)均無效，指示燈依舊“保持”第一個開關(guān)按下時所對應(yīng)的狀態(tài)不變。1.2擴(kuò)展功能介紹搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間可以由主持人設(shè)定(如30秒)。當(dāng)節(jié)目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即減計時，并用顯示器顯示,同時揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時間0.5秒左右。參加選手在設(shè)定的時間內(nèi)搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示上顯示選手的編號和搶答時刻的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。如果定時搶答的時間已到,卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，系統(tǒng)短暫報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器上顯示00。(4)當(dāng)選手搶答完后，主持人可根據(jù)相關(guān)題的加減分對選手進(jìn)行加分或減分。2總體方案設(shè)計此次課程設(shè)計我們有兩套方案一是硬件部分主要由單片機(jī)、74LS373鎖存器、LED顯示器、聲音報警器和其它基本外圍電子電路組成軟件部分則采用51系列單片機(jī)通用C語言精心設(shè)計編寫。它所具有的功能包括：搶答器同時供8名選手或8個代表隊(duì)比賽，當(dāng)開關(guān)S按下，搶答器發(fā)出0.5秒的報警聲系統(tǒng)開始進(jìn)行計時，選手可進(jìn)行搶答，當(dāng)計時30秒之后若沒人搶答，則系統(tǒng)發(fā)出警報并禁止搶答，定時顯示數(shù)碼管上顯示00字樣，之后等待開關(guān)S按下，系統(tǒng)復(fù)位;若在30秒內(nèi)有選手進(jìn)行搶答，此時揚(yáng)聲器會發(fā)出3秒時間的警報，同時在定時顯示數(shù)碼管上顯示選手搶答時間（以秒為最小單位），編號顯示數(shù)碼管上顯示搶答選手編號，顯示器上的狀態(tài)直到開關(guān)S按下將系統(tǒng)復(fù)位為止；系統(tǒng)復(fù)位時所有的數(shù)碼管不顯示任何的數(shù)據(jù)。二是如圖1所示的總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到”清零”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間;主持人將開關(guān)置;開始”狀態(tài)，宣布”開始”搶答器工作。定時器倒計時，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成:優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作”清除”和”開始”狀態(tài)開關(guān)。主要使用74LS148,74LS297，74LS192,74LS121,74LS48.1總體方框圖第一種方案固然很好，但是由于根據(jù)我們現(xiàn)有的知識,我們對單片機(jī)不是很了解,而對數(shù)電是很較了解，因此我們選擇了我們比較有把握的電路來設(shè)計，因此我們選擇了第二種方案。

3單元模塊設(shè)計3.1搶答器電路功能介紹設(shè)計電路見圖2所示。電路選用優(yōu)先編碼器74LS148和鎖存器74LS279來完成。該電路主要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程:開關(guān)S置于”清除”端時,RS觸發(fā)器的R、S端均為0,4個觸發(fā)器輸出置0,使74LS148的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號端）=0,使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S置于”開始”時,搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時（如按下S5）,74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后，CTR=1,RBO（圖中4端）=1,七段顯示電路74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101，經(jīng)譯碼顯示為“5”。此外，CTR=1,使74LS148優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號端）=1，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時，74LS148的此時由于仍為CTR=1，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端為1，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號,保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持兌將§：開笑重新置“清除”然后才可能進(jìn)行。10K*8+5V|主持LED+74LS410K*8+5V|主持LED+74LS48圖2搶答器電路0A1B2C34GS567EIEO1RR?S11S21Q2R2Q2S3R3Q3S1R13S24R4Q4SRBIgBI/RBOfLTedDcCbBaAR?3.2定時時間電路功能介紹A原理及設(shè)計：該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計數(shù)器74LS192減法計數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實(shí)現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)，由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG上，當(dāng)有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時，輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。CVOLT脈沖指示圖3定時電路R468K10ufC1-b1T19-f4-gRESETVCCTRIGDISCHGTHOLD-a3.3控制電路和報警電路CVOLT脈沖指示圖3定時電路R468K10ufC1-b1T19-f4-gRESETVCCTRIGDISCHGTHOLD-主持人閉合開關(guān)揚(yáng)聲器發(fā)聲，多路搶答器電路和計時電路進(jìn)入正常狀態(tài)；參賽者按鍵時，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和計時電路停止工作；A搶答時間到，無人搶答，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和計時電路停止工作由功能表可以看出，要使電路實(shí)現(xiàn)倒計時（減法）功能，應(yīng)使CR=0,PE^E=1,CP+=1，CP-=CP?？捎肅R端接電平開關(guān)來控制計時器的工作與否。聲響顯示電路需要在兩種情況下做出反應(yīng):一種是當(dāng)有參賽者按下?lián)尨痖_關(guān)時，相應(yīng)電路的發(fā)光二極管亮，同時推動輸出級的蜂鳴器發(fā)出聲響；第二種情況是當(dāng)裁判員給出“請回答”指令后，計時器開始倒計時，若回答問題時間到達(dá)限定的時間，蜂鳴器發(fā)出聲響。聲響電路由兩部分組成：一是由門電路組成的控制電路，二是三極管驅(qū)動電路。門控電路主要由或門組成，它的兩個輸入，一個來自搶答電路各觸發(fā)器輸出。非的與非，他說明只要有一。非為低電平，就使該與非門輸出為高電平通過或門電路驅(qū)動蜂鳴發(fā)生器;另一個來自計時系統(tǒng)高位計數(shù)器的借位信號QB,它說明計時電路在30秒向29秒,28秒,……2秒,1秒,0秒倒計時再向30秒轉(zhuǎn)化時向高位借位時給出一個負(fù)脈沖經(jīng)反相器得到一個高電平。這個高電平信號也能使蜂鳴器發(fā)聲。+5VRESETDISCHGTHOLDR4510QRLH-

(CD6PD5V74LS121100K11ITCD4-01ARext/Q好+5VRESETDISCHGTHOLDR4510QRLH-(CD6PD5V74LS121100K11ITCD4-01ARext/Q好i八口］,10uFJ+t10TCex本系統(tǒng)需要產(chǎn)生三種頻率的脈沖信號,一種是頻率為1KHZ的脈沖信號，用于聲響電路；一種是頻率為500KHZ的脈沖信號,用于觸發(fā)器的CP信號。第三中頻率為1HZ信號用于計時電路。以上電路可用555定時器組成，也可用石英晶體組成的振蕩器經(jīng)過分頻得到。圖6圖6振蕩電路3.5計分電路某組回答問題結(jié)束后，主持人做出正確與錯誤的判斷，并宣布所加減的分?jǐn)?shù)值，根據(jù)計分值的多少，按相應(yīng)的按鍵。加分值小于10時按個位計分鍵，在10?100分之間按十位計分鍵。減分時只要同時按住計、減分鍵即可。記分電路可實(shí)現(xiàn)自動進(jìn)位。在按個、十位鍵時，分別給IC7?IC9的CLK端一個+5V2220K上升沿脈沖，通過計數(shù)器CC4029編碼后在Q0?Q3+5V2220K上升沿脈沖，通過計數(shù)器CC4029編碼后在Q0?Q3端輸出相應(yīng)的“8421”編碼，作為BCD27段鎖存譯碼器CC4543的輸入,CC4543把“8421”編碼譯成對應(yīng)于數(shù)碼管的七字段信號，驅(qū)動數(shù)碼管IC1?IC3顯示出相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)碼。圖7計分電路IC7Q0P0Q1P1Q2P2Q3P3COCICLKLDB/DU/D-t1T2-T3~e5-b12-d3~e5IC8Q0P0Q1P1Q2P2Q3P3CICOCLKLDB/DU/DIC9Q0P0Q1P1Q2P2Q3P3COCICLKLDB/DU/D4電路參數(shù)的計算及元器件的選擇4.1電路參數(shù)的計算發(fā)聲延遲0.5秒，fo=1.43/[(R1+2R2)C]，權(quán)衡考慮到元器件的成本和74LS121的相關(guān)性質(zhì)(下文有說明)，最終選擇的電阻值為R1=15K,R2=68K,C=1OuF4.2元件清單表1元件清單電子元件清單序名稱型號/規(guī)格數(shù)量備注1搶答器PCB板XDA61張2共陰極顯示器3只3電阻5102只4電阻1K9只5電阻4.7K1只6電阻5.1K1只7電阻100K1只8電阻101只9電阻15K1只10電阻68K1只11瓷片電容O.1uf1只12瓷片電容10uf2只

13瓷片電容10Ouf1只:瓷片電容4.7uF1只5瓷片電容1uF1只16瓷片電容100uF1只:發(fā)光二極管41488只:三極管3DG121只174LS1481只20開關(guān)8只274LS1211只2274LS483只2374LS2791只274LS1922只274LS001只26NE5551只2細(xì)直導(dǎo)線50厘米1條5主要芯片介紹5.1優(yōu)先編碼器74LS14874LS148為8線-3線優(yōu)先編碼器，表2為其真值表，圖8為其管腳圖。10I0Y09I——V11611IY7\_CC11I一215——Y12IY6S22I一314——Y13I_E374LS148I一474LS14813——I1IY14724IEXS(E)—512I35Y—611—II.246Y——710一II107GND—89——Y5SYs150/)(b)圖874LS148管腳表274LS148—3線二進(jìn)制編碼器真值表肪A瑜出ST瓦奶皿瓦媽瓦瓦灰&捋方-S.1薨垣H就XXXK11111Q1111111]I11100nn□ainWWMXMW01D□1niug.WH3￡MOilnlju1nHKH3E0111ni1rii□NO111-i:i'1[ii[iK>0'111-i□1[ii0^0111111iiani0匚1二Llilliiiai74LS148工作原理如下：該編碼器有8個信號輸入端，3個二進(jìn)制碼輸出端。此外電路還設(shè)置了輸入使能端EI,輸出使能端E0和優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS。當(dāng)E1=0時，編碼器工作;而當(dāng)EI=1時，則不論8個輸入端為何種狀態(tài)，3個輸出端均為高電平，且優(yōu)先標(biāo)志端和輸出使能端均為高電平，編碼器處于非工作狀態(tài)。這種情況被稱為輸入低電平有效,輸出也為低電來有效的情況。當(dāng)EI為0，且至少有一個輸入端有編碼請求信號（邏輯0）時，優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS為0。表明編碼器處于工作狀態(tài)，否則為1。由功能表可知，在8個輸入端均無低電平輸入信號和只有輸入0端（優(yōu)先級別最低位）有低電平輸入時,A2A1A0均為111,出現(xiàn)了輸入條件不同而輸出代碼相同的情況，這可由GS的狀態(tài)加以區(qū)別，當(dāng)GS=1時，表示8個輸入端均無低電平輸入，此時A2A1A0=111為非編碼輸出;GS=0時,A2A1A0=111表示響應(yīng)輸入0端為低電平時的輸出代碼（編碼輸出）°EO只有在EI為0,且所有輸入端都為1時，輸出為0,它可與另一片同樣器件的EI連接，以便組成更多輸入端的優(yōu)先編碼器。a從功能表不難看出，輸入優(yōu)先級別的次為7,6,......，0。輸入有效信號為低電平，當(dāng)某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級別高的輸入端無低電平輸入時，輸出端才輸出相對應(yīng)的輸入端的代碼。例如5為0。且優(yōu)先級別比它高的輸入6和輸入7均為1時，輸出代碼為010,這就是優(yōu)先編碼器的工作原理5a.2鎖存器74LS279a原理：在741S279中，由于4回路中2回路置位端子為兩個，所以使用其一時，整理兩個置位輸入作為1個使用，或?qū)⒘硪粋€輸入固定為“H”使用。另外，作為稍微變化74LS279的使用方法,也可將3組作為RS鎖存器使用，剩余的RS鎖存器作為2輸入NAND門電路使用，復(fù)位輸入例如①管腳固定為”L”時其輸入為”H”,所以可構(gòu)成將②和③作為輸入，輸出為④的2輸入NAND。其管腳圖如圖9所示。寸L6口OS以74LS279pj停胃OCOOOOOOOOIZEg9QH寸S圖974LS279管腳引線圖計數(shù)器74LS19274LS192具有下述功能：異步清零:CR=1,Q3Q2Q1Q0=O00O異步置數(shù)：CR=0,LD=0,Q3Q2Q1QO=D3D2D1D0保持：CR=O,LD=1,CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原態(tài)加計數(shù):CR=0,LD=1,CPU=CP,CPD=1,Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計數(shù)減計數(shù)：CR=0,LD=1,CPU=1,CPD=CP,Q3Q2Q1QO按減法規(guī)律計數(shù)74LS192是雙時鐘方式的十進(jìn)制可逆計數(shù)器。CPU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端。LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。Ky風(fēng)CHiidCDV,A同回同回r^~i同{^]rn)141^192"[ijLMLLlllJ[2]LlIPJLlJ

上iOn仁Fp'Ci''<iND圖1074LS192管腳引線圖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121TTL集成器件74121是一種不可重復(fù)觸發(fā)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

關(guān)于定時:單穩(wěn)態(tài)電路的定時取決于定時電阻和定時電容的數(shù)值。74121的定時電容連接在芯片的10、11引腳之間。若輸出脈寬較寬，而采用電解電容時，電容C的正極連接在Cext輸出端（10腳）。對于定時電阻，使用者可以有兩種選擇：?采用內(nèi)部定時電阻（2kQ）,此時將9號引腳（Rint）接至電源VCC（14腳）。?采用外接定時電阻（阻值在1.4?40kQ之間），此時9腳應(yīng)懸空，電阻接在11、14腳之間。74121的輸出脈沖寬度tWQ0.7RC。通常R的數(shù)值取在2~30kQ之間,C的數(shù)值取在10PF?10UF之間，得到的的取值范圍可達(dá)到20ns?200ms。該式中的R可以是外接電阻Rext，也可以是芯片內(nèi)部電阻Rint（約2kQ）,如希望得到較寬的輸出脈沖，一般使用外接電阻。114項(xiàng)114項(xiàng)131374LS12L11□106978—(9)■10■U1T圖1174LS121管腳引線圖表374LS121功能表ohbhBohbhB出摘QLLLL￥nr3幾JLJL幾幾74LS48與七段LED數(shù)碼管74LS48BS201A譯碼驅(qū)動器LT圖1274LS48與七段LED數(shù)碼管的聯(lián)結(jié)使能端的作用如下：是試燈輸入端，當(dāng)LT=0,BI=1時，不管其它輸入是什么狀態(tài)，a~g七段全亮。滅燈輸入，當(dāng)BI=0,不論其它輸入狀態(tài)如何，a~g均為0,顯示管熄滅。動態(tài)滅零輸入，當(dāng)LT=1，BI=0時，如果AoAiA2A3=OOOO時,a~g均為各段熄滅。RBI為滅“0”信號，用來熄滅器件顯示0。6設(shè)計總結(jié)經(jīng)過這次課程設(shè)計的學(xué)習(xí)，我確實(shí)學(xué)習(xí)了很多知識，真正的感受到了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，以及這之間莫大區(qū)別，到最后看著自己的結(jié)果心里還是感到很欣慰的。首先擺在我們面前的是要先弄懂所要設(shè)計電路的原理,于是最開始我們在拿到題目之后就查找了大量的相關(guān)的資料，再加上平時理論課的學(xué)習(xí)以及充分利用了網(wǎng)絡(luò)資源和在圖書館借了相關(guān)的書籍資料，在仔細(xì)分析了這個題目所要達(dá)到的目的之后，我們初步確定了原理圖。接下來的是單元電路的設(shè)計，以及進(jìn)一步的分析其原理,實(shí)現(xiàn)哪些功能需要哪些電路，在此之間我們用到了以前沒有用到過的芯片，但最終我們還是弄清楚了其原理。經(jīng)過幾天的與大家的一起討論，做種確定好了符合要求的電路。看似很復(fù)雜的電路就這樣被我們攻克了。這次課程設(shè)，給我留下了很深的印象。由于接觸不多，開始學(xué)得很費(fèi)力，但到后來就好了。在以后的課程設(shè)計中，遇到問題，最好的辦法就是問別人，因?yàn)槊總€人掌握情況不一樣，不可能做到處處都懂，發(fā)揮群眾的力量，復(fù)雜的事情就會變得很簡單。這一點(diǎn)我深有體會，在很多時候，我遇到的困難或許別人之前就已遇到，向他們請教遠(yuǎn)比自己在那冥思苦想來得快。通過這次課程設(shè)計，我明白了學(xué)會與大家合作的重要性，因?yàn)閺拈_始到最后,都是大家一起出主意，一起來解決中間出現(xiàn)的各種問題。從原理圖的最終確定，這都是大家分工合作的結(jié)果，正是因?yàn)榇蠹蚁嗷ヅ浜希攀刮覀兒芸斓耐瓿闪巳蝿?wù)。經(jīng)過這些天的學(xué)習(xí)我深刻的體會到實(shí)際與理論有很大的區(qū)別。在我們學(xué)習(xí)的過程中不僅考驗(yàn)了我們對知識的吸收和掌握，而且也考驗(yàn)了我們的細(xì)心和耐心。經(jīng)完成這次課程設(shè)計我覺得收獲很多，不但進(jìn)一步掌握了數(shù)電的知識及相關(guān)專業(yè)知識，還提高了自己的設(shè)計能力。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。理論知識的不足在這次實(shí)習(xí)中表現(xiàn)的很明顯。這將有助于我今后更加明確學(xué)習(xí)的方向，可認(rèn)識到自己的不足，確定自己的目標(biāo)，從而更加努力的學(xué)習(xí)。只有這樣我們才能真正的去掌握它，真正的去運(yùn)用它。。雖然只是初步學(xué)會了數(shù)字搶答器的設(shè)計，離真正掌握還有一定距離，但學(xué)習(xí)的這段日子確實(shí)令我收益匪淺