1、. . . . 職業(yè)技術學院畢 業(yè) 設 計題目 基于邏輯數(shù)字電路的搶答器設計姓 名學 號 所在系 專業(yè)年級指導教師職 稱二O一O年十一月16 / 24摘 要隨著科學技術的不斷發(fā)展，促使人們學科學、學技術、學知識的手段多種多樣。搶答器作為一種工具，已廣泛應用于各種智力和知識競賽場合。但搶答器的使用頻率較低，且有的要么制作復雜，要么可靠性低，減少興致。做為一個單位若專購一臺搶答器雖然在經濟上可以承受，但每年使用的次數(shù)極少，往往因長期存放使（電子器件的）搶答器損壞，再購置的麻煩和與時性就會影響活動的開展,因此設計了本搶答器。數(shù)字搶答器由主體電路與擴展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的

2、輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關啟動報警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能，構成擴展電路。關鍵字：搶答電路定時電路報警電路時序控制AbstractWith the continuous development of science and technology, promote learning science, science and technology, knowledge of the variety of means. With a tool for Qiangda, which has been widel

3、y used in all kinds of intelligence and knowledge contests occasions. But Qiangda is used for lower frequency, and some production complexor low reliability, and reduced interest. As a unit, if the purchase is a Qiangda .Although the economy can bear, each year the number is extremely small, because

4、 of the long-term storage (electronic devices) Qiangda for damage to the purchase of the trouble and timeliness of activities, The development will be affected, so this Qiangda is designed .The figure vies for the answering device by the subject circuit and expands the circuit to make up . Have prio

5、rity in code circuit , latch , decipher circuit and export the input signal of the entrant team on the display; Starting the warning circuit with the control circuit and host's switch, two the above-mentioned parts make up the subject circuit. Through timing circuit and decipher second signal fu

6、nction while outputs and realizes counting on the displaying that pulse produce circuit, form and expand the circuit.Keywords: Vie for answering the circuit  Timing circuit   Warning circuit    Time sequence controlling目 錄摘要IAbstractII目錄III第一章緒論11.1 課題的背景11.2

7、課題的目的和意義11.3 課題研究的容11.4 國外研究現(xiàn)狀2第二章?lián)尨鹌鞯南到y(tǒng)概述32.1 系統(tǒng)的主要功能簡介32.2搶答器的工作原理簡介32.3 搶答器系統(tǒng)的需求分析42.4 搶答器的工作流程42.5 搶答器的工作過程5第三章?lián)尨鹌鞯碾娐吩O計73.1搶答器的總體結構73.2 優(yōu)先判斷與編號鎖存電路7第四章?lián)尨鹌鞯膯卧娐吩O計94.1搶答器設計中的優(yōu)先編碼電路94.2搶答器設計中的定時電路104.3搶答器設計中的報警電路114.4搶答器設計中的時序控制電路124.5七段顯示譯碼器與數(shù)碼管134.6搶答器的優(yōu)點與組成134.7本章小結14第五章總結與展望15辭16參考文獻17第一章 緒論1.1

8、 課題的背景當今的社會競爭日益激烈，選拔人才，評選優(yōu)勝，知識競賽之類的活動愈加頻繁，而在競賽中往往分為幾組參加，這時針對主持人提出的問題，如果要是讓搶答者用舉手等方法，這在某種程度上會因為主持人的主觀誤斷造成比賽的不公平性。比賽中為了準確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，這就要有一種搶答設備作為裁判員，這就必然離不開搶答器。搶答器是一種應用非常廣泛的設備，在各種競賽、搶答場合中，它能迅速、客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權的選手。早期的搶答器只由幾個三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能通過發(fā)光管的指示辯認出選手?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機或數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手顯示、搶按前或搶按后的計時

9、、選手得分顯示等功能。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在的搶答器有著數(shù)字化，智能化的方向發(fā)展，這就必然提高了搶答器的成本。鑒于現(xiàn)在小規(guī)模的知識競賽越來越多，操作簡單，經濟實用的小型搶答器必將大有市場。因此，我選擇簡易邏輯數(shù)字搶答器這一課題。1.2 課題的目的和意義通過這次課程設計,了解簡單多功能數(shù)字電路搶答器的組成原理，初步掌握數(shù)字電路搶答器的調整與測試方法，提高思考能力和實踐能力。同時通過本課題設計，鞏固已學的理論知識，建立邏輯數(shù)字電路的理論和實踐的結合，了解多功能搶答器各單元電路之間的關系與相互影響，從而能正確設計、計算定時計數(shù)的各個單元電路。初步掌握多功能搶答器的調整與測試方法。1.3 課題研究的容本

10、系統(tǒng)采用模塊化設計智能搶答器，在搶答比賽中廣泛應用，各組分別有一個搶答按鈕。主持人有開始和結束、復位鍵。在后臺主持人可以修改，搶答時間和選手回答問題的時間設置，如原始狀態(tài)下?lián)尨饡r間為15s，回答問題時間為30s。通過加鍵和減鍵修改上述時間，改完后結束鍵確定。新時間開始有效，主持人按鍵開始后，選手開始搶答為有效，數(shù)碼顯示屏顯示搶答時間倒計時和選手號，在最后五秒揚聲器發(fā)生提示。如果主持人沒有按下開始鍵而選手就搶答視為犯規(guī)，數(shù)碼顯示屏顯示犯規(guī)者的代號，揚聲器持續(xù)發(fā)生。主持人可按鍵結束，新一輪搶答開始。通過研究并在設計后發(fā)現(xiàn)，采用數(shù)字電路技術設計的搶答器與目前常用的搶答器相比，首先，電路連接簡單，因為

11、大多數(shù)功能單元都能通過數(shù)字電路完成，第二，工作性能可靠，抗干擾能力優(yōu)于目前搶答器。所以本研究是一個實用的工程設計，具有創(chuàng)新性。1.4 國外研究現(xiàn)狀隨著我國搶答器市場的迅猛發(fā)展，與之相關的核心生產技術應用與研發(fā)必將成為業(yè)企業(yè)關注的焦點。技術工藝，是衡量一個企業(yè)是否具有先進性，是否具備市場競爭力，是否能不斷領先于競爭者的重要指標依據(jù)。了解國外搶答器生產核心技術的研發(fā)動向、工藝設備、技術應用與趨勢對于企業(yè)提升產品技術規(guī)格，提高市場競爭力十分關鍵。目前市場上搶答器種類繁多，功能各異，價格差異也很大。那么選擇一款真正適合的搶答器就非常重要。搶答器一般分為電子搶答器和電腦搶答器。電子搶答器的中心構造一般都

12、是由數(shù)字電子集成電路組成，其搭配的配件不同又分為，非語音非記分搶答器和語音記分搶答器。非語音記分搶答器構造很簡單，就是一個搶答器的主機和一個搶答按鈕組成，在搶答過程中選手是沒有記分的顯示屏。語音記分搶答器是由一個搶答器的主機、主機的顯示屏以與選手的記分顯示屏等構成，具有記分等功能。電子搶答器多適用于學校和企事業(yè)單位舉行的簡單的搶答活動。電腦搶答器又分為無線電腦搶答器和有線電腦搶答器。無線電腦搶答器是由主機和搶答器專用的軟件和無線按鈕構成。無線電腦搶答器利用電腦和投影儀，可以把搶答氣氛活躍起來，一般多使用于電臺等大型的活動。有線電腦搶答器也是由主機和電腦配合起來，電腦再和投影儀配合起來，利用專門

13、研發(fā)的配套的搶答器軟件，可以十分完美的表現(xiàn)搶答的氣氛。搶答器作為一種電子產品，早已廣泛應用于各種智力和知識競賽場合，但目前所使用的搶答器有的電路較復雜不便于制作,可靠性低，實現(xiàn)起來很困難；有的則用一些專用的集成塊 ,而專用集成塊的購買又很困難。而我所設計的多功能搶答器簡易邏輯數(shù)字搶答器具有電路簡單，元件普通 ,易于購買等優(yōu)點,很好地解決了制作者制作困難和難于購買的問題。在國外已經開始了普遍的應用。第二章 搶答器的系統(tǒng)概述2.1 系統(tǒng)的主要功能簡介電子搶答器的主要功能有如下六點：1. 搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0 S7表示。2. 設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關S，該開

14、關由主持人控制。3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。4. 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如30秒）。當主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間0.5秒左右。5. 參賽選手在設定的時間進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。6. 如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器

15、上顯示00。2.2搶答器的工作原理簡介如圖2-1所示為搶答器的結構框圖，它由主體電路和擴展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當選手按動搶答鍵時，能顯示選手的編號，同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴展電路完成檢測數(shù)碼管工作情況。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關撥到"清除"狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設定時間；主持人將開關置于"開始"狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當一輪搶

16、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。圖2-1 搶答器結構框圖2.3 搶答器系統(tǒng)的需求分析1、在搶答中，只有開始后搶答才有效，如果在開始搶答前搶答為無效。2、搶答限定時間和回答問題的時間可是在199s設定。3、可以顯示是哪位選手有效搶答和無效搶答，正確按鍵后有音樂提示。4、搶答時間和回答問題時間倒記時顯示，時間完后系統(tǒng)自動復位。5、按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法。2.4 搶答器的工作流程搶答器的基本工作原理:在搶答競賽或呼叫時，有多個信號同時或不同時送入主電路中，搶答器部的

17、寄存器工作，并識別、記錄第一個，同時部的定時器開始工作，記錄有關時間并產生超時信號。在整個搶答器工作過程中，顯示電路、語音電路等還要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況向外電路輸出相應信號。搶答器的工作流程分為：系統(tǒng)復位、正常流程、違例流程等幾部分，如圖2-2所示。加載程序運 行行開始開始數(shù)碼管顯示FFF開始搶按時間倒計時開始前有選手搶按顯示違例選手號碼并伴有語音報警倒計時結束，超時有選手搶按顯示FFF顯示選手號碼，倒計時時間,語音報警，答題,答題時間倒計時正常流程違規(guī)流程若超過答題時間，則數(shù)碼管顯示FFF答題完畢根據(jù)選手表現(xiàn)，規(guī)則由主持人減分圖2-2 搶答器的工作流程2.5 搶答器的工作過程1、如果想調節(jié)搶答

18、時間或答題時間,按"加一"鍵或"減一"鍵進入調節(jié)狀態(tài),此時會顯示現(xiàn)在設定的搶答時間或回答時間值,如想加一秒按一下"加1s"鍵,如果想減一秒按一下"減1s"鍵，時間LED上會顯示改變后的時間，調整圍為099s, 0s時再減1s會跳到99，99s時再加1s會變到0s。2、主持人按"搶答開始"鍵，會有提示音，并立刻進入搶答倒計時（預設15s搶答時間），如有選手搶答，會有提示音，并會顯示其號數(shù)并立刻進入回答倒計時（預設10s搶答時間），不進行搶答查詢，所以只有第一個按搶答的選手有效。倒數(shù)時間到小于5s會

19、每秒響一下提示音。3、如倒計時期間，主持人想停止倒計時可以隨時按"停止"按鍵，系統(tǒng)會自動進入準備狀態(tài)，等待主持人按"搶答開始"進入下次搶答計時。4、如果主持人未按"搶答開始"鍵，而有人按了搶答按鍵，犯規(guī)搶答，LED上不斷閃爍FF和犯規(guī)號數(shù)并響個不停，直到按下"停止" 鍵為止?？偠灾菊n題利用簡單邏輯數(shù)字電路設計了搶答器，該搶答器增加了新功能、提高了系統(tǒng)的可靠性、簡化了電路結構、節(jié)約了成本，是一個實用的工程設計。第三章 搶答器的電路設計3.1搶答器的總體結構如圖3-1所示為總體方框圖。接通電源后，后臺工作人員將檢

20、測開關S置“檢測”狀態(tài)，數(shù)碼管在正常清除下，顯示“”；當后臺工作人員將檢測開關S置“搶答”狀態(tài)，主持按系統(tǒng)清除按鍵，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈；主持人松開，宣布“開始”，搶答器工作。選手按動搶答按鍵，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示。當一輪搶答之后，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。如果再次搶答必須由主持人再次按動系統(tǒng)清除按鍵。圖3-1 總體方框圖3.2 優(yōu)先判斷與編號鎖存電路優(yōu)先判斷與編號鎖存電路如圖3-2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；二是禁

21、止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：系統(tǒng)清除按鍵按動時，74LS279的四個RS觸發(fā)器的置0端均為0，使四個觸發(fā)器均被置0。1Q為0，使74LS148的使能端=0，74LS148處于允許編碼狀態(tài)，同時1Q為0，使74LS48的滅燈輸入端=0，數(shù)碼管無顯示。這時搶答器處于準備搶答狀態(tài)。當系統(tǒng)清除按鍵松開時，搶答器處于等待狀態(tài)。當有選手將按鍵開關按下時，搶答器將接受并顯示搶答結果，假設按下的是S4，則74LS148的編碼輸出為011，此代碼送入74LS279鎖存后，使4Q3Q2Q=100，亦即74LS148的輸入為0100；又74LS148的優(yōu)先編碼標志輸出為0，使1Q=1，即=1，74LS

22、48處于譯碼狀態(tài)，譯碼的結果顯示為“4”。同時1Q=1，使74LS148的=1，74LS148處于禁止狀態(tài)，從而封鎖了其他按鍵的輸入。此外，當優(yōu)先搶答者的按鍵松開再按下時，由于仍為1Q=1，使=1，74LS148仍處于禁止狀態(tài)，確保不會接受二次按鍵時的輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。圖3-2 優(yōu)先判斷與編號鎖存電路74LS279邏輯圖74LS148邏輯圖第四章 搶答器的單元電路設計簡易邏輯數(shù)字搶答器由主體電路與擴展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關啟動報警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產生的信號在顯示器

23、上輸出實現(xiàn)計時功能，構成擴展電路。現(xiàn)簡單介紹搶答器設計中的優(yōu)先編碼電路、定時電路、報警電路、時序控制電路、七段顯示數(shù)碼器與譯碼管電路。4.1搶答器設計中的優(yōu)先編碼電路參考電路如圖4-1所示。該電路完成兩個功能：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；二是禁止其他選手按鍵操作無效。工作過程：開關S置于“清除”端時，RS觸發(fā)器的端均為，4個觸發(fā)器輸出置，使74LS148的，使之處于工作狀態(tài)。當開關S置于“開始”時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出經RS鎖存后，1Q=1，=1，74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=1

24、01，經譯碼顯示為“5”。此外，1Q，使74LS148，處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74LS148的此時由于仍為1Q，使，所以74LS148仍處于禁止狀態(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人將開關重新置于“清除”然后再進行下一輪搶答。圖4-1優(yōu)先編碼電路4.2搶答器設計中的定時電路由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設定一次搶答的時間，通過預置時間電路對計數(shù)器進行預置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。可預置時間的電路選用十進制同步加減計數(shù)器74LS192進行設計，具體電路如圖4-2所示。本設計是以555構成震蕩電路，由74LS1

25、92來充當計數(shù)器，構成搶答器的倒計時電路。該電路簡單，無需用到晶振，芯片都是市場上容易購得的。設計功能完善，能實現(xiàn)直接清零、啟動。圖4-2定時電路4.3搶答器設計中的報警電路由555定時器和三極管構成的報警電路如圖4-3所示。其中555構成多諧振蕩器，振蕩頻率fo143（RI2R2）C，其輸出信號經三極管推動揚聲器。PR為控制信號，當PR為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。圖4-3 報警電路4.4搶答器設計中的時序控制電路 時序控制電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下三項功能：主持人將控制開關撥到"開始"位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進人正常搶答工

26、作狀態(tài)。 當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。當設定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。圖 4-4 時序控制電路根據(jù)上面的功能要求，設計的時序控制電路如圖 4-4所示。圖中，門G1 的作用是控制時鐘信號CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸人使能端 。圖4-3的工作原理是：主持人控制開關從"清除"位置撥到"開始"位置時，來自于圖4-1中的74LS279的輸出 1Q=0，經G3反相， A1，則時鐘信號CP能夠加到74LS192的CPD時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。同時，在定時

27、時間未到時，則"定時到信號"為1，門G2的輸出=0，使 74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求。當選手在定時時間按動搶答鍵時，1Q1，經 G3反相， A0，封鎖 CP信號，定時器處于保持工作狀態(tài)；同時，門G2的輸出=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求。當定時時間到時，則"定時到信號"為0，=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答。同時， 門G1處于關門狀態(tài)，封鎖 CP信號，使定時電路保持00狀態(tài)不變，從而實現(xiàn)功能的要求。集成單穩(wěn)觸發(fā)器74LS121用于控制報警電路與發(fā)聲的時間。4.5七段顯示譯碼器與數(shù)碼管七段

28、顯示譯碼器與數(shù)碼管如下圖4-5所示。7段顯示譯碼74LS48將鎖存器74LS279的信號譯碼，輸出給數(shù)碼管。當后臺工作人員將S置于GND，=0，使燈測試輸入端（圖中3號）=1，這時測試數(shù)碼管工作情況；當后臺工作人員將S置于Vcc，=1，使燈測試輸入端（圖中3號）=1，這時正常譯碼。圖4-5 7段顯示譯碼器與數(shù)碼管74LS48邏輯圖4.6搶答器的優(yōu)點與組成在知識比賽中，特別是做搶答題目的時候，在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要設計一個系統(tǒng)來完成這個任務。如果在搶答中，靠視覺是很難判斷出哪組先答題。利用單片機系統(tǒng)來設計搶答器，使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時間相差幾微秒，也

29、可分辨出哪組優(yōu)先答題。本文主要介紹了簡單邏輯數(shù)字電路搶答器的設計與工作原理，以與它的實際用途。4.7本章小結本章主要講述了搶答器的工作原理和本設計系統(tǒng)的工作流程。在說明工作原理的過程中，突出了搶答器設計中的基本電路的組成單元以與這些單元如何實現(xiàn)搶答功能；在說明系統(tǒng)的流程時，結合本設計的容，指出了各單元電路的設計方法和意義，以與如何進行搶答控制。第五章 總結與展望經過這半個學期的努力，在老師和同學的幫助下終于徹底的做完了畢業(yè)設計的所有工作。通過這次的畢業(yè)設計，我能運用已學的知識解決我在設計中遇到的問題，使自己的動手能力和思考問題的能力得到了很大的提高。在做設計的過程中我查閱了很多的資料，并認真的

30、閱讀這些與我的設計相關的資料，從而我的專業(yè)涵養(yǎng)得到了提高，知識的儲備量也有所增加。在做設計時，我復習了很多專業(yè)課的知識，這使得我的專業(yè)知識在離校之前得到了鞏固。在這次設計中遇到了很多實際性的問題，在實際設計中才發(fā)現(xiàn)，書本上理論性的東西與在實際運用中的還是有一定的出入的，所以有些問題不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯誤思維。電路設計是一個很靈活的東西，它反映了你解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能力。它才是一個設計的靈魂所在。因此在整個設計過程部分時間是用在單元電路的理解和設計上面。很多單元電路是可以借鑒書本上的，但怎樣銜接各個單元電路才是關鍵的問題所在。這次設計,讓我受益匪淺。我對數(shù)字電路設計中的邏輯關系等有了一定的認識，對以前學的數(shù)字電路又有了一定的新認識，溫習了以前學的知識，就像人們常說的溫故而知新，但在設計的過程中，遇到了很多的問題，有一些知識都已經不太清楚了，但是通過查找一些資料又重新的溫習了一下數(shù)字電路部分的容。通過這次設計我也發(fā)現(xiàn)自己的很多不足之處。在設計過程中我發(fā)現(xiàn)自己考慮問題很不全面，自己的專業(yè)知識掌握的很不牢固，所掌握的