圖2.1 數(shù)字搶答器系統(tǒng)框圖

圖3.1 元器件芯片圖

表3.1 74LS192真值表

表3.2 74LS175真值表

表3.3 74LS47真值表

接通電源后，主持人將開關(guān)撥到″清除″狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，主持人將開關(guān)置于開始狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作，選手可按相應(yīng)按鍵進行搶答。定時器倒計時，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、揚聲器和發(fā)光二極管提示。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答。  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)。

（1）主持人有開始鍵和復(fù)位鍵（為同一個電鍵），按下開始鍵后才能開始搶答，否則無效。

（2）用數(shù)碼管顯示，正常搶答后顯示搶到的隊號，同時揚聲器和發(fā)光二極管開始報警。

（3）如果30秒內(nèi)沒有搶答，則說明該題超時作廢。

（4）復(fù)位鍵用于恢復(fù)超時狀態(tài)，時間清零，搶答顯示器也同時復(fù)位。

電路選用鎖存器74LS175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)字數(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)自下而上，分別是S1,S2,S3S4,S5，S5是控制清零端，當S5斷開時，搶答模塊74LS175的CLR端置0，使整個模塊處于禁止工作狀態(tài)；當S5閉合時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將搶答按鍵按下時（如按下S4），輸出經(jīng)74LS175鎖存器接到七段顯示電路處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q1Q=0100,經(jīng)譯碼顯示為“4”。此外，CLK＝0，使74LS175鎖存器處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入，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S5開關(guān)重新置“清零”然后才可能進行。

圖5.1 搶答器電路仿真圖

圖5.2 搶答器清零

時鐘發(fā)生信號由555構(gòu)成的多謝振蕩電路來產(chǎn)生，電阻R1、R2和電容C1構(gòu)成定時電路。定時電容C1上的電壓UC作為高觸發(fā)端TH（6腳）和低觸發(fā)端TL（2腳）的外觸發(fā)電壓。放電端D（7腳）接在R1和R2之間。電壓控制端K（5腳）不外接控制電壓而接入高頻干擾旁路電容C2（0.01uF）。直接復(fù)位端R（4腳）接高電平，使NE555處于非復(fù)位狀態(tài)。

多諧振蕩器的振蕩周期T和振蕩頻率f分別為

T=Th+Tl=（R1+2R2）×C1×ln2     (1)

f=1/T=1/[（R1+2R2）×C1×ln2]   (2)

圖5.3 時鐘信號發(fā)生電路

由節(jié)目主持人對定時時間電路進行控制，閉合電鍵對計時器進行清零復(fù)位，打開電鍵開始倒計時。計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制減法計數(shù)器74LS192、和1個7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3所示。一塊74LS192實現(xiàn)減法計數(shù)，顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74LS192的預(yù)置數(shù)控制端實現(xiàn)預(yù)置數(shù)，當有人搶答時，停止計數(shù)；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，之后選手搶答無效。第一片74LS192構(gòu)成二進制減法計數(shù)器，當主持人關(guān)閉電鍵時，置數(shù)端接地，因為置數(shù)端低電平有效，所以第一片74LS192芯片根據(jù)輸入端置為數(shù)1，第二片74LS192芯片構(gòu)成十進制計數(shù)器且通過借位輸入端與第一片相連接且隨電鍵關(guān)閉置為數(shù)0。至此完成清零復(fù)位功能。當主持人打開電鍵時，第二片通過借位端向第一片芯片借位，第一片74LS192芯片從1變?yōu)?，第二片74LS192芯片完成十進制減法功能，從而實現(xiàn)30秒倒計時功能。555定時器產(chǎn)生秒脈沖，通過輸出端上升沿脈沖與第一片74LS192芯片借位端相與之后的結(jié)果觸發(fā)第二片74LS192芯片。

圖5.4 定時時間電路仿真圖（復(fù)位）

圖5.5 定時時間電路仿真圖(開始計時)

由555 芯片構(gòu)成多諧振蕩電路 ,555 的輸出信號控制時序。控制電路包括時序和報警兩個電路 ,如圖5所示。控制電路需具有以下幾個功能：當有人搶答成功時或者限時搶答時間到時報警電路輸入端為高電平，同時三極管處于放大狀態(tài)，此時555芯片產(chǎn)生的秒脈沖通過三極管輸入到喇叭和發(fā)光二級管中，從而達到報警效果；其它情況時，三極管非正常工作，同時喇叭輸入端接地，所以報警電路停止工作。

圖5.6 報警系統(tǒng)電路仿真圖

按照總體電路圖在仿真軟件Multisim上一一選擇芯片并進行連接，然后啟動開關(guān)觀察。我們對設(shè)計出的電路進行Multisim仿真。我們將各部分電路在Multisim上連接好后，為各個電阻和電容選取適當值，為各個開關(guān)設(shè)置好適當?shù)逆I盤打開數(shù)值，然后打開開關(guān)，即可根據(jù)顯示器上顯示的數(shù)字來判斷電路設(shè)計是否成功。

圖6.1 智力競賽搶答器電路仿真圖

圖7.1 智力競賽搶答器PCB原理圖

圖7.2 智力競賽搶答器PCB圖

圖8.1 搶答器實物圖

本設(shè)計報告詳細介紹了搶答器的設(shè)計原理，設(shè)計方案以及搶答器的功能。這種搶答器主要是基于74系列集成芯片，成本較低，且基本能夠滿足搶答要求。但是仍有很多不足之處需要改進，我的改進設(shè)想和建議如下：  

我設(shè)計的作品主要是用74系列集成芯片來完成的，在設(shè)計的過程中由于芯片的引腳以及芯片數(shù)量過多，布線工作不是很方便。有時候會因為某一跟線沒有連接好，造成電路的不穩(wěn)定，甚至無法得到正確的結(jié)果，這些都是有待改進的。我的想法是根據(jù)單片機原理及相關(guān)知識對我的設(shè)計進行一些改進。

利用AT89C51單片機及外圍接口實現(xiàn)搶答系統(tǒng)，利用單片機的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進行計時，同時使數(shù)碼管能夠正確地顯示時間。利用單片機進行改進即使在設(shè)計完畢交給用戶使用后，對系統(tǒng)的功能改進或升級也只是通過改寫程序來完成，極大地方便了用戶或設(shè)計者對電路的更新。

經(jīng)過這半個多月的努力，在老師和同學的幫助下終于徹底的做完了設(shè)計的所有工作。通過這次的設(shè)計，我能運用已學的知識解決我在設(shè)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(shè)計的過程中我查閱了很多的資料，并認真的閱讀這些與我的設(shè)計相關(guān)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。

在這次設(shè)計中遇到了很多實際性的問題，在實際設(shè)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(shè)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，這才是一個設(shè)計的靈魂所在。因此在整個設(shè)計過程中大部分時間是用在單元電路的理解和設(shè)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(guān)鍵的問題所在。

這次設(shè)計,讓我受益匪淺。我對數(shù)字電路設(shè)計中的邏輯關(guān)系等有了更深的認識，溫習了以前學的知識，就像人們常說的溫故而知新，但在設(shè)計的過程中，遇到了很多的問題，有一些知識都已經(jīng)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)字電路部分的內(nèi)容。

通過這次設(shè)計我也發(fā)現(xiàn)自己的很多不足之處。在設(shè)計過程中我發(fā)現(xiàn)自己考慮問題很不全面，以至于經(jīng)過多次修改才得到最終的結(jié)果，所掌握的電路應(yīng)用軟件還不夠多，我希望自己的這些不足之處能在今后的學習和實踐中得到改善。而且，通過這次設(shè)計，我懂得了學習的重要性，學會了堅持和努力，這將為以后的學習做出最好的榜樣！

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智能競賽搶答器.doc (1.36 MB, 下載次數(shù): 33)

2020-6-5 12:24 上傳

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