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1、本科生毕业论文（设计）题目 数字抢答器设计 姓名院系专业指导教师 9摘 要当今科学技术不断发展，人们需要不断学习，去提高自身能力。抢答器最初作为一种益智类节目的工具，现已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但市场上的抢答器参差不齐，存在着线路复杂、成本较高、稳定性低等问题，为了节约成本、优化电路、并且提高抢答器的稳定性，设计了基于数字电路的抢答器。数字抢答器由主体电路与扩展电路两大部分组成：优先编码电路、锁存器、译码电路将输入信号显示；用控制电路和开关启动报警电路，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信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。关键字时序电路 优先编码器 锁存器
2、 译码器 数码管ABSTARCTTodays science and technology development, people need to learn to improve their own ability. Responder first puzzle programs as a tool now widely used in various occasions intelligence and knowledge competitions. But the market Responder uneven, there is line complex, high cost, low
3、 stability problems, in order to save costs, optimize the circuit, and to increase the stability of answering device, digital circuit design based on the answering device.Responder extend from the main circuit and the circuit of two parts: the priority encoder circuit, latch, decoder input signal di
4、splay; start with the alarm control circuit and switching circuit, above the main circuit composed of two parts; by timing circuits and translation code circuit to the output pulse signal on the display to achieve timing functions, composition expansion circuit.Key wordsSequential Circuits Priority
5、encoder Latch Decoder Digital tube目录摘要 关键词 Abstract Key words 引言 11 数字抢答器的系统简介11.1功能简介 11.2工作流程 22 数字抢答器的电路设计32.1原理框图 32.2优先判断与编号锁存电路 42.3定时电路 62.4报警电路 72.5时序控制电路 82.6七段显示译码器与数码管 9结论 10谢辞 10参考文献 11引言在科技高速发展的21世纪，人才成为最重要的社会资源之一。竞争日益激烈，人才选拔，评选择优等活动越加频繁，而在这些活动当中，往往分为几组选手参加，针对主持人提出的问题，如果要是让选手用举手的方式强答，往往
6、会因为主持人的主观误断的误差，造成比赛的不公平性。本着公正公正的原则，就需要有一种稳定、准确的工具，作为判断的标准，因此数字抢答器应运而生，由于其准确性高、实用性强，得到迅速推广，从最初的益智类节目，广泛应用到各类竞赛活动、娱乐节目中。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机或数字集成电路，并且附加了如计时、得分显示等功能。现代的抢答器一般分为电子抢答器和电脑抢答器。电子抢答器的中心构造一般都是由抢答器由数字电子集成电路组成，多适用于学校和企事业单位举行的简单的抢答活动。电脑抢答器利用电脑和投影仪，利用专门研发的配套的抢答
7、器软件，声光影相结合，可以十分完美的表现抢答的气氛。总之，抢答器朝着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。而且目前所使用的抢答器普存在许多问题：现场线路连接混乱复杂、不便于制作、可靠性低、实现困难；有的则用一些专用的集成块 ,购买困难。因此，我选择简易逻辑数字抢答器这一课题。旨在设计具有电路简单，元件普通 ,易于购买的数字抢答器,更好地解决了制作成本高、困难大和难于购买的问题。1、数字抢答器的系统简介1.1 功能简介1、抢答器同时供8名选手，分别用8个按钮S0 S7表示。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
8、相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。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除为止。4、抢答器具有定时抢答功能，主持人按抢答开始键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（可预设抢答倒计时时间），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时（可预设回答倒计时时间）。5、 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。6、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。7、如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按停止按键
9、，系统会自动进入准备状态，等待主持人按抢答开始进入下次抢答计时。8、如果主持人未按抢答开始键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED上不断闪烁FF和犯规号数并响个不停，直到按下停止 键为止。1.2工作流程图抢答器的基本工作原理:在抢答竞赛或呼叫时，有多个信号同时或不同时送入主电路中，抢答器内部的寄存器工作，识别记录第一个号码，同时内部的定时器开始工作，记录有关时间并产生超时信号。在整个抢答器工作过程中，显示电路、语音电路等还要根据现场的实际情况向外电路输出相应信号。抢答器的工作流程分为、系统复位、正常流程、违例流程等几部分，如图1-1所示。开关运 行行开始开始数码管显示FFF开始抢按时间倒计时开
10、始前有选手抢按显示违例选手号码并伴有语音报警倒计时结束，超时有选手按键显示FFF显示选手号码，倒计时时间,语音报警，答题,答题时间倒计时正常流程违规流程若超过答题时间，则数码管显示FFF答题完毕由主持人根据规则加减法图1-1 工作流程图2、抢答器的电路设计2.1结构框图本人设计的数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。主体电路：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。扩展电路：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。如图1-1所示为抢答器的结构框图。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，
11、能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成检测数码管工作情况。其工作原理为：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；主持人将开关置于“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器发出声响提示。选手在规定时限内抢答，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。图2-1 数字抢答器结构框图2.2优先判断与编号锁存电路优先判断与编号锁存电路如图2-2所示。电路选用优先编码器 74LS14
12、8 和锁存器 74LS279 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；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：系统清除按键按动时，74LS279的四个RS触发器的置0端均为0，使四个触发器均被置0。1Q为0，使74LS148的使能端=0，74LS148处于允许编码状态，同时1Q为0，使74LS48的灭灯输入端=0，数码管无显示。这时抢答器处于准备抢答状态。当系统清除按键松开时，抢答器处于等待状态。当有选手将按键开关按下时，抢答器将接受并显示抢答结果，假设按下的是S4，则74LS148的编码输出为011，此代码送入74LS279锁存后，使4Q3Q
13、2Q=100，亦即74LS148的输入为0100；又74LS148的优先编码标志输出为0，使1Q=1，即=1，74LS148处于译码状态，译码的结果显示为“4”。同时1Q=1，使74LS148的=1，74LS148处于禁止状态，从而封锁了其他按键的输入。此外，当优先抢答者的按键松开再按下时，由于仍为1Q=1，使=1，74LS148仍处于禁止状态，确保不会接受二次按键时的输入信号，保证了抢答者的优先性。（74LS148为8线3线优先编码器，表2-1为其真值表，图2-3为逻辑图；74LS279为四个/R/S 锁存器，表2-2为其真值表，图2-4为逻辑图。）图2-2 优先判断与编号锁存电路表2-1
14、740S148真值表图2-3 740S148逻辑图输入输出1101110000状态不定表2-2 740S279真值表 图2-4 74LS279逻辑图2.3定时电路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。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，具体电路如图2-5所示。本设计是以555构成震荡电路，由74LS192来充当计数器，构成抢答器的倒计时电路。该电路简单，无需用到晶振，芯片都是市场上容易购得的。设计功能完善，能实现直接清零、启动。图2-5定时电路2.4报警电路由555定时器和三极管构成
15、的报警电路如图2-6所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo143（RI2R2）C，其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。图2-6 报警电路2.5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：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人正常抢答工作状态。 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。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。图 2-7 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 2-7所示。图中，门G1 的作用
16、是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输人使能端 。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74LS279的输出 1Q=0，经G3反相， A1，则时钟信号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，则定时到信号为1，门G2的输出=0，使 74LS148处于正常工作状态，从而实现功能的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q1，经 G3反相， A0，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，从而实现功能的要求。当定时时间到时，则定时到信号为0，=1
17、，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，从而实现功能的要求。集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间。2.6七段显示译码器与数码管七段显示译码器与数码管如下图2-8所示。7段显示译码74LS48将锁存器74LS279的信号译码，输出给数码管。当后台工作人员将S置于GND，=0，使灯测试输入端（图中3号）=1，这时测试数码管工作情况；当后台工作人员将S置于Vcc，=1，使灯测试输入端（图中3号）=1，这时正常译码。（74LS48为4线七段译码器/驱动器，表2-3为其真值表，图2-9为逻辑图）图2-
18、8 7段显示译码器与数码管 输入输出DCBAabcdefg01100001111111011X00011011000021X00101110110131X00111111100141X01001011001151X01011101101161X01101001111171X01111111000081X10001111111191X100111110000101X101010001101111X101110011001121X110010100011131X110111001011141X111010001111151X111110000000BIXXXXXX00000000RBI100000
19、000000000XXXXX11111111表2-3 74LS48真值表 图2-9 74LS48逻辑图结论我觉得可以采用单片机，用软硬件相结合的方式来设计电路，可以达到优化。参考文献1 数字电子技术基础（第四版）阎石主编，北京，高等教育出版社，1998年2 数字电路与逻辑设计蔡良伟主编，西安电子科技大学出版社，2003年3数字电路设计与制作(日)汤山俊夫，科学出版社，2005年4电子电路设计基础（美）斯潘塞（Spencer,R.R.，电子工业出版社，2005年5译码器编码器数据选择器电子开关电源梁廷贵王裕琛,科学技术文献出版社，2003年6555定时器原理及实用电路集锦杨兆选编著，天津大学出版社，1989年7时序电路逻辑设计与特殊组合函数(美)F.J.希尔，高等教育出版社，1990年
