PAGEPAGEPAGE0摘要八路搶答器由搶答啟動電路、搶答定時器及定時譯碼顯示電路、報警電路、選手編號譯碼顯示電路、答題時間限制電路和答題結束報警電路組成，電路采用74系列常用集成電路進行設計。該搶答器除具有基本的搶答功能外，還具有定時、計時和報警功能。通過時間預設開關預設供搶答的時間，系統將完成自動倒計時。若在規定的時間內有人搶答，則計時將自動停止；若在規定的時間內無人搶答，則系統中的蜂鳴器將發響，提示主持人本輪搶答無效，實現報警功能，若超過搶答時間則搶答無效。該搶答器主要運用到了編碼器，譯碼器和鎖存器：它采用74LS148來實現編碼的功能，采用74LS248來實現搶答器的選號，采用74LS279芯片實現對號碼的鎖存，采用555芯片產生單穩態信號來共同實現倒計時功能，采用74LS123實現報警器的功能。通過課程設計提高和鞏固了所學的專業知識以及知識的綜合應用和焊接技術，并通過基本的數電知識系統應用于我們日常生活中，達到理論與時間相統一的效果。關鍵詞:搶答器編碼譯碼定時報警目錄前言…………………4第一章設計任務…………………51.1基本要求…………………5第二章系統設計方案選擇………62.1方案一………………………62.2方案二………………………72.2方案確定……………………7第三章系統組成及工作原理……………………83.1總體設計思路框圖…………83.1．1系統的基本框架圖…………………83.1．2系統的工作原理……………………83.2電路各模塊設計簡介………103.2.1主持人控制電路的設計………………103.2.2計時電路的設計……………………103.2.2報警電路的設計……………………11第四章綜合控制模塊的設計………134.1綜合控制模塊的設計思路…………………134.2電路仿真圖…………………13第五章電路的焊接與調試………155.1電路的安裝與焊接…………155.2綜合控制模塊的調試………15第六章系統調試…………………16第七章設計總結…………………17參考文獻…………18總附錄…………19前言進入21世紀越來越來多的電子產品出現在人們的日常生活中，例如企業、學校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽,搶答記分器是必要設備。過去在舉行的各種競賽中我們經常看到有搶答的環節，舉辦方多數采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權，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。人們于是開始尋求一種能不依人的主觀意愿來判斷的設備來規范比賽。因此，為了克服這種現象的慣性發生人們利用各種資源和條件設計出很多的搶答器，從最初的簡單搶答按鈕，到后來的顯示選手號的搶答器，再到現在的數顯搶答器，其功能在一天的趨于完善不但可以用來倒計時搶答，還兼具報警，計分顯示等等功能，有了這些更準確地儀器使得我們的競賽變得更加精彩紛呈，也使比賽更突顯其公平公正的原則。今天隨著科技的不斷進步搶答器的制作也更加追求精益求精，人們擺脫了耗費很多元件僅來實現用指示燈和一些電路來實現簡單的搶答功能，使第一個搶答的參賽者的編號能通過指示燈顯示出來，避免不合理的現象發生。但這種電路不易于擴展，而且當有更高要求是無法實現，例如參賽人數的增加。隨著數字電路的發展，數字搶答器誕生了，它易于擴展，可靠性好，集成度高，而且費用低，功能更加多樣話，是一種高效能的產品。而如今在市場上銷售的搶答器大多采用可編程邏輯元器件，或利用單片機技術進行設計，本次設計主要利用常見的74LS系列集成電路芯片和555芯片，并通過劃分功能模塊進行各個部分的設計，最后完成了八路智力競賽搶答器的設計。同時，為了讓我們更清楚地理解怎樣通過所學的知識和自己的動手實踐能力來掌握對模擬電路知識的應用，為我們今后的學習奠定基礎和對自己專業的深入認識，為自己步入社會做一定的基礎。同時本實驗著重在于對數電的實踐應用，將其更好的應用至我們的日常生活中來。通過一定的知識和動手能力，達到初步了解八路搶答器的原理，繼而才可以再次擴寬自己的視野。設計任務1.1基本要求(1)允許八路參加，并具有鎖定功能，用LED實現最先搶答的隊號碼，系統設置外部清除鍵，按動清除鍵，LED顯示器自動清零滅燈。(2)數字顯示功能：數字搶答器定時為30s，啟動開啟鍵以后要求I）定時開始；II）揚聲器要短暫報警，發光二極管燈滅。第二章系統設計方案選擇2.1方案一原理：在選手搶答前，1）當主持人按下“清除”開關S時，使74LS279芯片輸出為低電位，ET和BI為高電位，使集成8線-3線優先編碼器(74LS48)禁止，顯示為“0”；2）當主持人按下“搶答”開關S時，555輸出為高電位，LED一直亮，同時蜂鳴器發出短暫報警，ET和BI為低電位，74LS148和74LS248/48芯片處于工作狀態，允許編碼，，等待數據輸入，數碼管同時不顯示數字；3）當在30S內有選手搶答的話，GS立刻由“1”變為“0”，使與非門輸出為高電位，鎖存器和編碼器都不工作，數碼管一直顯示選手號；4）當在30S內無人搶答，通過與非門、非門等產生一個延時效果，即相當于B鍵，從而實現單穩態脈沖，使蜂鳴器短時間發出聲音。如下圖2.1.1所示：圖2.1.1八路搶答器原理圖2.2方案二該方案即為筆者所采用的方案，它采用了74LS148來實現搶答器的選號，采用了74LS279芯片實現對號碼的鎖存，555芯片產生單穩態脈沖信號來共同實現倒計時，采用了74LS123/74LS121單穩態芯片來實現報警信號的輸出。如下圖2.1.2所示：圖2.1.2八路搶答器原理圖2.3確定方案將兩方案進行比較，其實原理大致一樣，只是在方案一中是通過門電路的延時來實現30S內無人搶答后的報警，有可能實現不了；而方案二是通過74LS123本身結構而產生一個觸發信號來實現報警。相比之下，方案二更為合理且成功率高，所以選擇方案二。第三章系統組成及工作原理3.1總體設計思路框圖3.1.1系統的基本圖3.1.1八路搶答器原理組成方框圖3.1.2系統的工作原理定時搶答器的總體框圖如下圖3.1.2：圖3.1.2搶答器工作框圖如圖所示電路包括主持人控制電路和選手搶答電路兩部分。其中主持人控制電路：完成“清除 /搶答”功能，即主持人按下“清除”鍵后，此時搶答器處于禁止狀態，選手不能進行搶答；再按下“搶答”鍵時，蜂鳴器短暫提示，LED亮，搶答開始。選手搶答電路：當選手在規定時間按動搶答鍵時，數碼管顯示選手編號（0~7號），同時封鎖輸入電路，其他選手搶答無效；當選手在規定時間內無人搶答，蜂鳴器短暫報警，LED滅；在30S后選手搶答無效。圖3.1.2所示電路的工作過程是：接通電源后，主持人將控制開關置于“清除”處，此時搶答器處于禁止狀態，選手不能進行搶答，定時顯示器顯示設定的時間（30s），當主持人將控制開關置于“搶答”時，揚聲器發出聲響，搶答器處于工作狀態，同時定時器開始倒計時。當選手在定時時間內按動搶答鍵時，電路要完成以下功能：（1）優先編碼電路判斷搶答者的編號，并由鎖存器進行鎖存，然后通過譯碼顯示電路在數碼管上顯示搶答者的編號；（2）揚聲器發出短暫聲響；（3）控制電路對其余輸入編碼進行封鎖，禁止其他選手進行搶答；（4）控制電路要使定時器停止工作，數碼管上顯示剩余的搶答時間，當選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關進行系統清零，使系統回復到禁止工作狀態，以便進行下一輪搶答。當定時時間到，卻沒有選手搶答時，系統將報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。3.2電路各模塊設計簡介3.2.1主持人控制電路的設計主持人控制電路的功能有兩個：一是能分辨出選手按鍵的的先后，并鎖存優先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無效。選用優先編碼74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能，其電路組成如圖3.2.1所示：圖3.2.1主持人控制電路其工作原理是：當主持人控制開關處于“清零”位置時，輸出端（4Q～1Q）全部為低電平。74LS248的BI=1，顯示器顯示為“0”，74LS148的選通輸入端ST=1，74LS148處于工作狀態，此時鎖存電路不工作，優先編碼電路和鎖存電路同時處于不工作狀態。當主持人將開關撥到“搶答”位置時，優先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態，即搶答器處于等待工作狀態，等待輸入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0輸入信號，3.2.2計時電路的設計74LS248的7，6，2引腳接受來自74LS279的輸出信號并把它譯碼顯示在數碼管上。555芯片產生單穩態脈沖，完成時間設定功能，本設計要求定時30秒，所以R11設為580kΩ,C2為47uFT=1.1R.C=1.1*580*1000*47*0.000001=29.986S從而使得初始時間設定為30秒。工作過程為：當在30秒內有選手將鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出Y2Y1Y0=010，YEX=0，經RS鎖存器后，CTR=1，BI=1，此時74LS279處于工作狀態，4Q3Q2Q=101，經74LS248譯碼后，顯示器顯示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST端為高電平，74LS148處于禁止工作狀態，封鎖了其它按鍵的輸入。當按下的鍵松開后，74LS148的YEX高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態，其它按鍵的輸入信號仍不會被接受。當在30秒內無選手搶答時，30秒后74LS148和74LS248都不工作，即當在30S后有人搶答視為無效。這就保證了搶答者的優先性以及搶答電路的準確性。當優先搶答者回答完問題后，主持人操作控制開關S，使搶答電路復位，以便進行下一輪搶答。圖3.2.2計時電路3.2.3報警電路的設計報警器分為兩個部分:第一部分實現的功能是主持人按搶答器之后的短暫報警部分；第二部分是由于30S無人搶答后的短暫報警部分。第一部分由555定時器和三極管等構成的報警電路如圖3.2.3（一）所示：圖3.2.3（一）報警電路其中555構成單穩態脈沖，脈沖周期為：T=1.1RC=1.1*100*1000*10*0.000001=1.1S第二部分由74LS123（等同74LS121）和與非門等構成的報警電路如圖3.2.3（二）所示圖3.2.3（二）報警電路其中74LS123構成單穩態脈沖,產生一個開關信號，從而當30S內無人搶答時，30S時使圖3.2.3（一）中TRI產生一低脈沖，從而驅動蜂鳴器報警。第四章綜合控制模塊的設計4.1綜合控制模塊的設計思路在設計之初，首先要明確所設計電路的功能,然后通過自己所掌握的知識來設計，同時也參考一些資料。根據以前的設計規律，將實驗分為幾大模塊——主持人控制電路、計時電路、報警電路，然后逐個設計，逐個調試。通過設計要求以及不同芯片的功能，逐步完善設計。首先是主持人控制模塊，是根據網上而改進的；其次是計時電路模塊，是采用單穩態脈沖來實現的；最后是報警模塊，這個又分為兩塊設計——主持人按搶答器之后的短暫報警部分和由于30S無人搶答后的短暫報警部分。由于30S無人搶答后的短暫報警部分這一部分上我們思考了很久，最后還是利用74LS121芯片的功能來實現。4.2電路仿真圖（原理圖）圖4.2（一）仿真圖圖4.2（二）仿真圖因實驗仿真軟件中無法達到蜂鳴器抱緊的效果，所以通過示波器的顯示來達到同樣的效果。接入電源，當B鍵I觸發時，數碼管顯示為“0”；接著B鍵觸發，蜂鳴器短暫響，開始30S倒計時，LED亮，搶答有效；30S內無人搶答，30S時LED滅，短暫報警，搶答無效。第五章電路的焊接與調試5.1電路的安裝與焊接電路安裝要注意幾個原則：1.先裝矮后裝高、先裝小后裝大、先裝耐焊等；2.一定要注意排版，不能東倒西歪，方向應盡量一致；3.布線盡量使電源線和地線靠近實驗電路板的周邊，以起一定的屏蔽作用；4.最好分模塊安裝。此外焊接時不能出現虛焊、假焊、漏焊，更不能出現過焊，因為有些器件，不能耐高溫，比如焊接三極管時，電烙鐵絕對不能停留太久；同時過焊銅片將脫落，給焊接帶來不必要的麻煩、也將影響板子的視覺效果。5.在焊完之后，不要忙于去調試，而應該用萬用表來查其電路是否接觸良好、是否與電路圖的布置一致、是否有器件在焊接的過程中燒壞了等。5.2分模塊的調試

本實驗調試，首先單獨分模塊進行調試，也就是焊接完，分別對主持人控制電路、計時電路、報警電路進行分別調試，輸入一5.0V的直流電壓信號。結果檢查發現一些問題，比如，有些地方沒接地接電源；引腳虛焊了；因沒檢查電阻是規定電阻而導致后來重新弄過等等。接著用萬用表檢測總體部分，如果對照電路圖出現線未連、引腳接觸不良好等問題，則進行修改。再重新檢查一遍沒問題，將焊板上的正負極正確接好，則基本上符合了設計要求。第六章系統調試在分模塊分別調試成功的前提下，按照電路圖將分模塊連接好，檢查是否正確連接，連接正確時則可以接上5.0V的直流穩壓電源。主持人按下“清除”鍵后，此時搶答器處于禁止狀態，選手不能進行搶答；再按下“搶答”鍵時，蜂鳴器短暫提示，LED亮，搶答開始。當選手在規定時間按動搶答鍵時，數碼管顯示選手編號（0~7號），同時封鎖輸入電路，其他選手搶答無效；當選手在規定時間內無人搶答，蜂鳴器短暫報警，LED滅；在30S后選手搶答無效。最后發現符合題目要求，則基本上符合了設計要求。在以上基礎上，還需要多次上電調試，觀察電路是否有其他狀況，是否有不穩定的情況發生。如果電路不穩定擇應立即排查原因，特別的應該注意虛焊的問題。第七章設計總結本課程設計主要采用的電路原理基于數電的基本知識——編碼，計時，譯碼，觸發器，基本門電路等的應用，從而實現設計要求。對于課設題目，一開始沒有多少頭緒，不會運用所學知識進行有效設計，但通過上網查閱各種類似的設計，查閱所提供的芯片功能，確定基本設計方案，又通過仿真驗證試驗方案的可實行性，雖說比較煩雜但卻對設計一個電路有了基本的經驗。同時也使自己認識到：設計思路是整個設計的靈魂有一個非常清晰的設計思路是至關重要的。只有對課題的充分理解，對各種器件的熟練掌握，勾畫出基本的設計圖是成功的關鍵，必須多花時間在設計上才能為后續工作提供更扎實的基礎。焊接制作必須精益求精焊接必須精益求精，一點的差錯都可能導致實驗結果錯誤，同時布局完美也是很重要的，這樣才能在調試中能比較輕松進行，也是整個電路可看性更好。調試調試工作是個精細工作。在調試過程中，有些問題是芯片本身損壞引起的，也有些是因為焊接問題引起的等因此排查過程需要特別有耐心，通過對芯片功能的檢驗，對焊點的檢查最后檢查出問題所在。建議設計的作品主要是用74系列集成芯片來完成的，在焊接的過程中由于芯片的引腳過多，布線工作不是很方便。有時候還因為某一跟線沒有焊牢，造成電路的不穩定。可以應用PCB制板來設計，也可以用我們今后所要學的單片機來設計。不足實驗效率低，知識水平有限，知識框架建立不起來等等。總之，在設計過程中學到了許多。通過此次實習，看到了自己的水平和差距，學要在今后的學習中又進一步的提高，意識到要從現在開始養成那種細心的好習慣，還有自己知