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1、天空大学本科毕业（设计）论文（ 2011届）题目： 八路竞赛抢答器的设计 教学院系 机械学院 专 业 机械设计制造及自动化 学生姓名 小王 指导教师 小张 评 阅 人 小李 二一一 年 六 月 五号 八路竞赛抢答器的设计哦哦哦（天空大学 机械学院，马街 牛庄 655428）摘 要：本文介绍了一种用常用数字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和显示选手编号外功能外，还具有抢答定时报警，倒计时读秒，读选手编号，回答时限显示与语音报警，计分系统功能。主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间，系统在抢答最后定时内，将完成自动倒计时显示和读秒。若在规定的时间
2、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，则系统发出语音发响，提示工作人员本轮抢答无效，实现报警功能；若有人抢答，则时限回答电路立即显示并立即开始倒计时，限时内回答问题有效，回答正确，通过主持人按钮加分，回答错误，通过主持人按钮减分。关键词：抢答器；设计；定时；倒计时读秒；计分。 The design of the zhuhai vies to answer first competitionooo（ tiankong university Transportation machinery and civil engineering institute ， ） Abstract:
3、 In this paper, the electric circuit and designing thought of an answering racer based on the common-used series of 74 IC with 8-wire is introduced, and its function is also described. The answering races function includes timing, counting, and alarming, besides the basic function of an answering ra
4、cer. The host sets the provided time for the answering race through the time-setting switch, after this the system will count down the time automatically. If anybody answer the question on time, the counting of time will stop; If nobody answer the question on time, the alarm will give out some sound
5、, helping the host know the race in this turn is of no use, so the function of alarming is achieved.Key words：Vies to answer first device; Design; Timing; Countdown DouMiao; Scoring.目录1 前言11.1抢答器的应用11.2无线抢答器11.3有线抢答器21.2.2电子抢答器21.2.3 PLC抢答器21.2.4电脑抢答器22 设计任务要求及系统功能简介42.1 基本功能42.2扩展功能43 设计分析53.1基本设计分
6、析53.2抢答设计分析53.3语音设计分析63.4定时设计分析63.5回答时限分析63.6计分系统分析74 仿真软件的介绍及仿真部分84.1 Multisim 仿真软件84.2 555多谐振荡器的仿真114.2.1 555定时器的原理114.2.2 555定时器的应用124.2.3 555构成的多谐振荡器144.2.4 555多谐振荡器的电阻电容计算154.2.4 仿真部分及说面165 实现的原理与单元电路图185.1 数字抢答器总体方框图185.2 抢答电路195.2.1 锁存器74LS279205.2.2 锁存器74LS279串电阻计算205.2.3 编码器74LS148215.2.4 编
7、码器74LS148前串电阻计算225.2.4 抢答电路中发光二极管D1电阻计算235.3 定时电路235.3.1 计数器74LS192255.3.2 译码器74LS248275.3.3 定时电路发光二极管D2计算285.4 回答时限电路295.5 计分电路305.5.1计分电路原理图305.5.2译码器74LS138315.6 语音和显示电路325.6.1 集成功率放大器9013325.6.2 LED数码显示管345.6.3 显示电路电阻计算365.7 时序控制电路365.7.1 抢答电路的时序控制365.7.2 语音系统的时序控制385.7.3 回答时限的时序控制385.7.4 计分电路的时
8、序控制386 语音电路设计406.1 语音芯片的介绍406.1.1 语音芯片的引脚功能表406.1.2 语音芯片的语音编码表416.1.3 语音芯片的震荡电阻选取426.2 语音电路设计436.2.1 抢答部分语音设计436.2.2 定时部分语音设计446.2.3 答对答错语音设计456.2.4 回答时限语音设计466.3 音频功率放大器LM386476.3.1 LM386工作原理476.3.2 LM386应用电路476.4 扩音器的选择497组装与调试507.1 单元电路检查507.1.1抢答电路检查507.1.2定时电路检查507.1.3 计分电路检查517.2 整机电路检查与调试517.
9、2.1 总体图517.2.2 总体图原理分析517.2.3 总体图检查52原件清单53总结55参 考 文 献56指导教师简介57致谢58致谢1 前言1.1抢答器的应用抢答器作为一种电子产品， 早已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。智力竞赛是一种能锻炼人的头脑开发人的IQ的一种大众化游戏，也起到娱乐的作用。现在智力竞赛越来越被多数人喜爱和娱乐，像中央卫视的三星智力快车、金苹果、幸运50等等多档智力竞赛节目都拥有大批的忠实观众。许多娱乐场所或者学校，电视台等单位有时候会举办各种智力竞赛, 所以抢答记分器是必要设备，在人少时，一般用四路抢答器，但人较多就需要用到八路或者八路以上的抢答器了。在举行的各
10、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或者举手的方法判断选手的答题权，这种方式在一定程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性，在竞赛、文体娱乐活动（抢答活动）中，抢答器能较准确、公正、直观地判断出优先抢答者。 在一些地方举行的各种智力竞赛游戏中我们经常看到有抢答的环节，举办方大多数采用让选手通过举答题板的方法或者是举手的方式判断选手的答题权，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。因此为解决这个问题，本论文采用了常用数字集成电路，AP8842语音芯片，555时机电路，制作了一个低成本能满足学校等需要的八路数显智力竞赛抢答器。在市场上可能有很多的
11、八路数显智力竞赛抢答器，但是本论文将提供一种新的八 路数显智力竞赛抢答器设计方案。1.2无线抢答器无线抢答器功能与有线抢答器译码显示部分相同，二者的差异就是取消了有线抢答器的抢答按钮与抢答主控机的连线（没有了抢答总线和抢答分线），摆脱有线系统安装的布线麻烦，不受竞赛场地的限制。无线抢答器的通讯直线距离在一定范围内，超过一定范围，信号输入就无效了，根据无线编码器的输入端口， 一台主机可连接多达多组无线抢答器。 采用高频段多信道高速通信。无线抢答器的编码和有线抢答器的区别是：前者利用无线编码器对信号进行编码。1.3有线抢答器1.2.2电子抢答器 有线抢答器种类有好几类别，可分为电子抢答器，PLC抢
12、答器，电脑抢答器。电子抢答器可以分为用TTL系列集成电路和用单片机制作的抢答器， TTL类别的主要就利用优先编码器，锁存器，计数器，定时器等来完成抢答功能。 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件，用单片机来完成抢答功能就比TTL简单多了，省去了单独的编码，锁存，定时等。如图1-1所示。是电子抢答器基本控制。图1-1电子抢答器1.2.3 PLC抢答器 PLC抢答器不是很实用，市场上基本看不着之类的抢答器，一般就用作学生实习之类的用途，不具备和电子电脑抢答器的竞争。1.2.4电脑抢答器电脑抢答器又称局域网抢
13、答器，也有无线和有线两种分别。无线电脑抢答器的构成是由：主机和抢答器专用的软件和无线按钮。无线电脑抢答器利用电脑和投影仪，可以把抢答气氛活跃起来，一般多使用于电台等大型的活动。有线电脑抢答器也是由主机和电脑配合起来，电脑在和投影仪配合起来，利用专门研发的配套的抢答器软件，可以十分完美的表现抢答的气氛。 点按哦抢答器分硬件和软件，可以根据需要对软件进行修改实现，题目的录入，或者系统的修改，是抢答器中功能和实用最好的，花样非常多，如图1-2和图1-3所示。图1-2电脑抢答器图1-3电脑抢答器2 设计任务要求及系统功能简介2.1 基本功能（1）八路智力抢答器可以同时供8名选手或8个代表队比赛，他们的
14、编号分别是1，2，3，4，5，6，7，8。（2）设置一个系统清除和抢答开始控制开关，一对答对答错提示开关，一个计分系统清零开关，这些开关由节目主持人控制。（3）抢答器具有锁存与显示功能。即主持人将开关置于开始位置后，扬声器立即提示开始抢答，若有选手按动按钮，发光二极管闪亮，数码显示管显示选手编号。选手抢答实行优先原则，优先抢答选手的编号一直保持到节目主持人将系统清除为止。2.2扩展功能（1）抢答器具有定时与读秒抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定，一般为30秒，当主持人启动开始键后，当显示只有10秒，还无人抢答时，开始用语音进行倒计时10秒读秒，然后时间到，开始报警。读秒过程中如果有选手抢答
15、，立即终止读秒。（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，同时音响读出相应编号，抢答后回答时限电路系统立即开始倒计时30秒，限时内回答，如回答正确，通过主持人开关，计分系统加上10分；回答错误，减掉10分（3）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，定时显示器上显示00，语音系统提示时间到，并报警时间到，禁止抢答。3 设计分析3.1基本设计分析 抢答器具有抢答，锁存、定时、显示和语音报警功能。即当抢答开始后，选手抢答按动按钮，锁存器锁存相应的选手编码，这里需要用到编码器。同时用 LED 数码管把选
16、手的编码显示出来，并且开始抢答时间的倒计时，同时用 LED 数码管把选手的所剩抢答时间显示出来。此处需要译码器和数码显示管。而在选手按键抢答以及抢答时间倒计时到时的时候都有报警以提醒主持人和选手，这里需要扩音器和，语音输出芯片。抢答时间一般设定30秒。接通电源后，主持人将开关拨到“清除”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。两组计数器同时开始倒计时。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操作“
17、清除”和“开始”状态开关。抢答器电路设计方案有四个，1用无线编码芯片设计、2用单片机设计、3用可编程控制器PLC完成的，4用74LS系列芯片完成。前三个不利于设计和制作。在一些些实际竞赛的场合，只要满足显示抢答有效和有效组别即可，而起用不到多少以前“电子电工学”中学到的知识，为了兼容两者，用74LS系列芯片来实现此简易抢答器的功能。这是一个显示方式简单、价格低廉、经济实用的抢答器。在要求不高的场合，能完全符合需要。而且与我们学完的电子电工联系紧密，能将我们所学知识用于实际，对巩固所学知识有重要意义。3.2抢答设计分析 对抢答器的设计第一步需要用到编码器，对8个选手的输出信息进行编码，编码器一般
18、可分为两类，第一类是二十进制编码器，输入的是0到9十个数码，输出的是对应的二进制代码。简称BCD码。但这样的编码器每次只允许一个输入端有信号，如果出现两个或者两个以上的信号输入就会出错，乱码，显示错误等问题，例如输入号与号，会可能出现号选手的编码。所以一定的用优先编码器。 优先编码器允许同时在几个输入端有输入信号，编码器按输入信号排定的优先顺序，只对同时输入的几个信号中优先权最高的一个进行编码。在优先编码器电路中允许同时输入两个以上编码信号，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不起作用。3.3语音设计分析 部分简单八路智力抢答器的设计，其语音部分基本都用555定时器来实现的，
19、其优点是简单，缺点是语音系统简单，没有读秒，复杂语音提示功能。有选手按动按钮后会读不出选手编号的，而起没有10秒倒计时功能，但是语音芯片可以实现这样的功能。设计中需要设计到抢答提示语音，选手编号语音读出，倒计时读秒，抢答过时报警，回答时限报警，答对答错提示语音的设计。3.4定时设计分析 当主持人将开关置于开始位置时，需要有一个定时器能够在一定时间内允许抢答者可以抢答，但过了主持人预置的时间，抢答将为无效，参照了一些抢答电路，一般都用秒脉冲产生电路，用脉冲来触动计数器，实现定时功能。秒脉冲有许多的选择，可以用单机片来实现，可以用32768HZ晶体谐振器，原理：在石英晶体的两个极板上加一个电场，晶
20、片会产生机械变形，对极板施加机械力使其变形，又会在极板上产生相应的电荷，这叫压电效应。如果在两个极板上加上交变的电压，晶片便会产生机械变形震荡，同时这种机械震荡还会产生交变的电场（比较的微小），但是当外加交变的电压的频率与晶片固有的频率（由其形状和尺寸决定）相等时，机械振动的幅度会加剧，产生交变电场也增大。叫做压电谐波。配上HC4060电路实现，HC代表CMOS电路，以绝缘栅场效应晶体管为开关元件的计数/分频器，但有些复杂，也可以用高频石英钟电路来实现，现在市场上较难买到5512F集成电路块了，555定时器也可以完成秒脉冲的任务，电路简单，简单容易。3.5回答时限分析当有选手抢答成功后，应该立
21、即触动回答时限部分的计数器，限时为30秒，当过了30秒，语音系统立即被触动，发出语音提示，提示限时玩，禁止回答，回答失败，主持人按下开关也提示回答失败，当30秒之内回答正确，主持人按下开关，几分系统则加一百分，但是在没有选手抢答的时候，此处显示器应该是熄灭的，一旦有人抢答，此处显示器立即显示30秒的字样，并立即开始减计数。3.6计分系统分析当有选手抢答成功后，而且回答正确后，主持人需要按动开关，开关的信号应该和答对选手的抢答信号与上，输入到选手前面的计数器上，实现10分的加上。而且做到分值不会加错，只会加到相应回答选手的前的显示器上，例如5号选手回答了，不会加错了6号选手计分显示器上，只会加到
22、5号选手计分器上；回答错误时，系统减掉10分，系统最低底线是0分，一旦选手分值为0分时，不进行减分。4 仿真软件的介绍及仿真部分4.1 Multisim 仿真软件 如图4-1所示，Multisim本是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具，被美国NI公司收购后，图4-1 Multisim仿真软件更名为NI Multisim ，而V10.0是其（即NI，National Instruments）最新推出的Multisim最新版本。目前美国NI公司的EWB的包含有电路仿真设计的模块Multisim、
23、PCB设计软件Ultiboard、布线引擎Ultiroute及通信电路分析与设计模块Commsim 4个部分，能完成从电路的仿真设计到电路版图生成的全过程。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim 4个部分相互独立，可以分别使用。 Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim 4个部分有增强专业版（Power Professional）、专业版（Professional）、个人版（Personal）、教育版（Education）、学生版（Student）和演示版（Demo）等多个版本，各版本的功能和价格有着明显的差异。 NI Mult
24、isim 10用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现了“软件即元器件”、“软件即仪器”。NI Multisim 10是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。 如图4-2所示， NI Multisim 10的元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到，因此也很方便的在工程设计中使用。 图4-2 Multisim 的元器件库如图4-3所示，NI Multisim 10的虚拟测试仪器仪表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源；而且还有
25、一般实验室少有或没有的仪器，如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等。NI Multisim 10具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、 时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。 图4-3 Multisim中的虚拟测试仪器仪表 NI Multisim 10可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工学、模拟电路、数字电路、射频电路及微控制器和接口电路等。可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同
26、程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。在进行仿真的同时，软件还可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。 NI Multisim 10有丰富的Help功能，其Help系统不仅包括软件本身的操作指南，更要的是包含有元器件的功能解说，Help中这种元器件功能解说有利于使用EWB进行CAI教学。另外，NI Multisim10还提供了与国内外流行的印刷电路板设计自动化软件Protel及电路仿真软件PSpice之间的文件接口，也能通过Windows的剪贴板把电路图送往文字处理系统中进行编辑排版。支持VHDL和Verilog
27、 HDL语言的电路仿真与设计。 利用NI Multisim 10可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，与传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点：设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便；设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验；可方便地对电路参数进行测试和分析；可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图；实验中不消耗实际的元器件，实验所需元器件的种类和数量不受限制，实验成本低，实验速度快，效率高；设计和实验成功的电路可以直接在产品中使。NI Multisim 10易学易用，便于电子信息、通信工程、自动化、电气控制类专业学生自学、便于开展
28、综合性的设计和实验，有利于培养综合分析能力、开发和创新的能力。4.2 555多谐振荡器的仿真4.2.1 555定时器的原理555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。该电路的使用灵活、方便，外围电路简单；只需少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐振荡器和施密特触发器。被广泛地用于信号的产生、变换、控制与检测。目前生产的定时器有双极型（NE555、NE556等）和CMOS型（C7555、C7556）两种，结构和原理基本相同。它们的特点各自是：双极型的功耗大，但带负载能力强，电源电压范围大致为516V，最大输出电流可达200mA；可以直接驱动小电机、喇叭、继电器等负载；单极型（CMOS）的功耗极小
29、，输入阻抗高，电源范围为318V，最大负载电流小于4mA。555定时器的电路功能图如图4-4输入分压器输入电压比较器一电压比较器一基本RS触发器缓冲器放电三极管回路图4-4 定时器的电路功能图定时器的主要功能取决于比较器，比较器的输出控制RS触发器和放电晶体管Q的状态。下图4-5为555定时器的原理图。图4-5 555定时器的原理图脚为直接复位输入端：当接低电平时，无论输入的状态如何，输出uo都是为低电平；工作是应接为高电平，或者直接接电源Vcc。所以，如需要复位，该脚必须接低电平。低电平有效（1）当脚悬空（通常通过一个小瓷片电容接地，以避免由于干扰而导致电路误操作）此时U1A、U2A电压比较
30、器的比较电压分别为2Vcc/3和Vcc/3，当比较器G1输出低电平，G2输出高电平，RS触发器被置 “0”，三极管Q导通，输出为低电平；（2）当比较器G1输出高电平，G2输出低电平，RS触发器被置 “1”，三极管Q截止，输出为高电平；（3）当比较器G1输出高电平，G2输出高电平，RS触发器维持原状态，三极输出和三极管均保持原来的状态不变；如果脚加一个外加电压（其值小于Vcc）两个比较器的参考电压也将随之变化，从而影响电路的工作状态。4.2.2 555定时器的应用555定时器在外围接少量的阻容元件就可灵活地构成各种应用极广的电路，其中由555构成的单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器是这些电路
31、的核心。单稳态触发器单稳态触发器的特点：（1）电路只有一个稳态，一个暂稳态；（2）在外加的触发信号作用下，电路由稳态立即翻转到暂稳态；（3）电路处于暂稳态的时间取决于外接的RC延时环节的作用，随后电路自动回到稳态，工作原理图为图4-6。图4-6 单稳态触发器工作原理图工作原理：（1）如图4-7 电源接通后，电源通过R对C充电，当Vc上升到2Vcc/3时，触发器复位，Q导通，电容放电，电路输出为低电平；进入稳态（2）当输入端加入一个触发信号（uiVcc /3），触发器翻转，输出为高电平，Q截止，电路进入暂稳态。此后，电源通过R对C充电，当Vc上升到2Vcc/3时，触发器复位，Q导通，电容放电，电
32、路输出为低电平；电路自动回到稳态。图4-7 由555定时器组成的单稳态触发器电路的电原理简图及工作波形多谐振荡器：555定时器构成的多谐振荡器如图4-8。555集成定时器是一种将模拟功能与数字功能结合在一起的多用途的集成器件。用它加上少量阻容元件，就能方便地构成多谐振荡器、单稳触发器、施密特触发器，因而在定时、检测、控制和报警等许多方面有着广泛的应用。555定时器有双极型和CMOS型两类，双极型具有较大的带负载能力，而CMOS型具有功耗低，输入阻抗大，电源范围广等特点。这两类定时器的型号有多种，但结构、工作原理和逻辑功能基本相似，而外部引脚排列几乎相同。4.2.3 555构成的多谐振荡器对计数
33、器而言，必须又脉冲的输入，因此必须在tw期间产生脉冲，多谐振荡器是一种自激振荡电路，该电路在接通电源后无需外接触发信号就能产生一定频率和振幅的矩形脉冲波或方波。这正符合设计要求。在此选用555定时器构成的多谐振荡器，如图4-8所示，表4-9为555定时器的功能表。图4-8 555定时器构成的多谐振荡器输入输出THTRREOUTV状态xx00导通VccVcc10导通VccVcc11截止Vcc1保持原状态保持原状态表4-9 555定时器的功能表4.2.4 555多谐振荡器的电阻电容计算此处555秒脉冲，多谐振荡器要求输出频率为1HZ，周期为1秒的秒脉冲，占空比要求：555秒脉冲充电时间为： （4-
34、1） 555秒脉冲放电时间为： （4-2）一个周期就为； （4-3） 假定由上面三个等式可以算出选取E24系列电阻得，此时4.2.4 仿真部分及说面 仿真图如图4-10所示，接通电源后，如图4-2-3所示电容被充电，Vcc上升，当Vcc上升到Vcc时，触发器复位，此时为低电平；电容通过通过R2放电，使Vcc下降。当Vcc下降到Vcc时，触发器又复位，翻转为高电平。电容放电所需要的时间为：tp1=RPCIn2=0.7R2C，当放电结束时，Vcc将通过R200、RP21向电容器充电，Vc由Vcc上升到Vcc所需时tph=(R1+RP)In2=0.7(R200+RP21)C，当Vc上升到Vcc时，触
35、发器又翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的矩形波。从上可知，多谐振荡器的周期（脉冲）为：T=tp1+tph=0.7(R200+2RP21)C。通过确定R1、RP、C的值就知道脉冲的周期。在tw期间内通过的脉冲波的数目就是计数器的计数。通过如上就可实现脉冲的产生，电路图可设计稳定的周期脉冲。下面的仿真图是在12个周期内的仿真，12秒内出现了12个脉冲。 图4-10仿真图5 实现的原理与单元电路图5.1 数字抢答器总体方框图如图5-1所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关置与锁存器S位置，宣布开始，第一二组定时器同时开始倒计时，扬声器同时给出“开始抢答”语音提示。选手在
36、定时时间内20秒前抢答时，显示器显示选手编号，通过时序控制扬声器不在进行10秒倒计时读秒提示；选手在定时时间内20秒到30秒之间抢答，显示器也显示选手编号，扬声器也读出抢答编号，而起期间扬声器给出10秒倒计时读秒提示，一旦有人抢答，输出信号立即触动语音芯片，不在读秒报警，此时定时电路3被触动，立即显示30秒字样，并立即开始减计数。30秒内回答问题有效，回答对，计分系统加上10分，回答错或者不答不加分。若30秒后无人抢答，30秒内无回答，语音给出报警声，锁定编码器，不许在输入信号，直到主持人将开关拨到清除后，又开始的位置，进行下一轮抢答。图5-1设计总体框图5.2 抢答电路设计抢答器电路如图5-
37、2所示，电路选用优先编码器 74LS148 ，锁存器 74LS297 ，译码器74LS248来完成。该电路主要完成三个功能：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码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效；三是语音提示抢答开始。图5-2抢答电路工作过程为：主持人将开关置于清除端时，RS触发器的 R、端为0，s端为1，输出低电平，此时2个触发器4个输出端为0，此时 显示器熄灭。触发器介绍如下。5.2.1 锁存器74LS279 74LS279是一种数字RS锁存器，如表5-3当S为低电平， R为高电平时，输出端 Q为高电平。当S为高电平，
38、 R为低电平时，Q为低电平。当S和R均为高电平时，Q被锁存在已建立的电平。当S和R均为低电平时，Q为不稳定的高电平状态。 引出端符号1Q1，1Q2为输出端 ，1S11S3是置位端（低电平有效），1R11R2 是复位端（低电平有效）。输入输出SRQHHQ0LHHHLLLL 表5-3 74LS279功能真值表 当RS锁存器输出端全为0时，A信号反馈使74LS148的优先编码器使能输入端0，使之处于工作状态。5.2.2 锁存器74LS279串电阻计算 74LS279在抢答选手和主持人控制开关前，作为消隐开关，略去电平的波动。TTL芯片参数：输入高电平2V时输入电流20uA；输入低电平0.8v，输入电
39、流0.4mA。1R端输入高电平时 （5-1）2R端输入为低电平时 （5-2）213查的TTL芯片每门消耗最大功率为2mW/门 （5-3）R新的取值为（10.5-10.55%）=9.975K（12.5+12.55%）=13.125K在E24系列电阻中选取电阻为10K 当主持人开关S置于开始时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S1），输出信号为A2A1A0为110，其真值表图6-2-2。.5.2.3 编码器74LS14874LS148是一种优先编码器，如表5-4，在这里，普通编码器无法应用，会出现乱码，或者无法显示等问题，无法对几个按钮的同时响应做出反映，像电梯控制系统在这
40、种情况下就出出现差错，这是不允许的，于是就出现了优先编码器。先说一下它的基本原理，它允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器时已经将所有的输入信号按优先顺序排了队，当几个输入信号同时出现时，只对其中优先权最高的一个进行编码，如图5-2-3真值表，74LS148有9个输入端和5个输出端，D0D7为输入信号，EI为能使输入端，输入为高电平时禁止编码，为0时可以编码，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，EO是使能输出端，GS为片优先编码输出端。无信号输出时GS输出为高电平，有信号输出时则反之。在D0D7输入中，输入D7优先级最高，其余依次为：D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0等
41、级排列。从上面的的功能表中可以得出，当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端没有低电平输入时，输出端才输出相应该输入端的代码。例如：D5=0且D6=D7=1(D6、D7优先级别高于D5) 则此时输出代码010 。输入输出EID0D1D2D3D4D5D6D7A2A1A0GSEO1xxxxxxxx11111011111111111100xxxxxxx0000010xxxxxx01001100xxxxx011010100xxxx0111011100xxx01111100100xx011111101100x01111111101000111111111110表5-4 74LS148功能真值表
42、当有选手按下S1时，此时输出端GS有信号输出变为0，经过RS锁存器后，分别为：001和1,001输入译码器74LS247的CBA端口，D端口输入的是0，具体请看电路图，此时显示1，扬声器同时给出语音提示“1号选手抢答成功，请回答相关题目”同时GS信号反馈给EI端，封锁了其他选手的输入，当1号选手按键松开后74LS14 8此时所有输出为1，主此人控制开关也为1，RS锁存器将保持在原来建立的电平，即显示器显示一号选手不变化，反馈端输出1使编码器禁止编号不变化，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。其中连接主此人开关和选
43、选手开关的5个74LS279锁存器作为消隐功能使用，因为触点和开关在按下去和起来的时候会不会稳固的连接，输出将可能出现一些波动，如果因为这个波动，应该输出一个高电平，但输出了一个低电平，就出洋相了，此处消隐电路断绝了这样的情况，不在叙述。5.2.4 编码器74LS148前串电阻计算（1） 输入为高电平时 （5-4）（2） 输入为低电平时 （5-5）3查的TTL芯片每门消耗最大功率为2mW/门 （5-6）优先编码器74LS148前串电阻应该为10K5.2.4 抢答电路中发光二极管D1电阻计算 选取530AG7C 系列，5mm超高亮绿色发光二极管作为抢答信号指示。输入电压为2V到2.6V之间，输入电流为10mA到20mA之间。 （5-7）选取E24系列的电阻360。5.3 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、74LS248译码器和2个7段数码管即相关电路组成，电路图为5-5所示。当主持人将开关置于清楚位置时，LOAD预置输入控制端输入为0，虽然555秒卖出任然开始脉冲，但不进行减计数，显示器显示刚开始设30秒，第二个联级计数器也一样不进行减计数，不会触动语音芯片；当主持人将开关置于开始位置
