數(shù)字四路搶答器畢業(yè)論文

1、目 錄 一、引言一、引言.1二、二、 概述概述.2三、三、 搶答器的設(shè)計(jì)任務(wù)與要求搶答器的設(shè)計(jì)任務(wù)與要求.2四、搶答器的組成四、搶答器的組成.3五、搶答器的設(shè)計(jì)原理分析五、搶答器的設(shè)計(jì)原理分析.4（一）數(shù)字搶答器設(shè)計(jì)整體電路圖.4(二)數(shù)字搶答器設(shè)計(jì)原理 .6六、六、 單元設(shè)計(jì)電路單元設(shè)計(jì)電路.6（一）搶答器電路.6（二）計(jì)時(shí)電路.8（三）報(bào)警電路.101、電路實(shí)現(xiàn)功能.102、原理分析.11七、結(jié)論七、結(jié)論.11參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).12搶答器設(shè)計(jì)搶答器設(shè)計(jì)摘摘 要要：搶答器很廣泛的用于電視臺(tái)、商業(yè)機(jī)構(gòu)及學(xué)校，為競(jìng)賽增添了刺激性、娛樂(lè)性，在一定程上豐富了人們的業(yè)余生活。本文介紹一種數(shù)字式搶答器，

2、能使四個(gè)隊(duì)同時(shí)參加搶答,賽場(chǎng)中設(shè)有 1 個(gè)裁判臺(tái)，4 個(gè)參賽臺(tái)，分別為 a 號(hào)、b 號(hào)、c 號(hào)、d 號(hào)參賽臺(tái).搶答操作方便，在很多的場(chǎng)所都可以使用，并且給人的視覺(jué)效果非常好。數(shù)字搶答器由搶答電路,定時(shí)電路,報(bào)警電路,時(shí)序電路組成。優(yōu)先編碼電路,鎖存器,譯碼電路將參賽選手的輸入信號(hào)在顯示器上輸，通過(guò)定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能,用控制電路和報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。以上幾部分組成主體電路，從而構(gòu)成數(shù)字搶答器。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：搶答電路；定時(shí)電路；報(bào)警電路一、引言 當(dāng)今的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，選拔人才，評(píng)選優(yōu)勝，知識(shí)競(jìng)賽之類的活動(dòng)愈加頻繁，智力競(jìng)賽是一種生動(dòng)活潑的教育方式，

3、通過(guò)搶答和必答兩種答題方式能引起參賽者和觀眾的極大興趣，并且能在極短的時(shí)間內(nèi)，使人們迅速增加一些科學(xué)知識(shí)和生活常識(shí)。那么也就必然離不開(kāi)搶答器，而現(xiàn)在的搶答器朝著數(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(shí)競(jìng)賽越來(lái)越多，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的小型搶答器必將大有市場(chǎng)本文設(shè)計(jì)的搶答器，電路簡(jiǎn)單，成本較低，操作方便，靈敏可靠，具有較高的推廣價(jià)值。而在競(jìng)賽中往往分為幾組參加，這時(shí)針對(duì)主持人提出的問(wèn)題，各組一般要進(jìn)行必答和搶答，對(duì)必答一般有時(shí)間限制，到時(shí)有聲響提示；對(duì)于搶答，要判定哪組先按鍵，為了公正，這就要有一種邏輯電路搶答器作為裁判員。搶答器在競(jìng)賽中有很大用處,它能準(zhǔn)確、公

4、正、直觀地判斷出第 1 搶答者。通過(guò)搶答器的指示燈顯示、數(shù)碼顯示和警示蜂鳴等手段指示出第 1 搶答者。本文詳細(xì)介紹了搶答器的設(shè)計(jì)方案及功能。本文共分為三章，第一章是對(duì)搶答器的概述；第二章介紹了搶答器的設(shè)計(jì)原理；第三章則是對(duì)各單元電路的介紹。二、 概述 現(xiàn)今搶答器廣泛用于電視臺(tái)、商業(yè)機(jī)構(gòu)及學(xué)校，為競(jìng)賽增添了刺激性、娛樂(lè)性，在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。但市面上所售搶答器價(jià)格一般較貴且多為小規(guī)模集成電路構(gòu)成,其性能單一，工作起來(lái)不夠理想。因此，提高搶答器的性能，使其具有更強(qiáng)的功能,使用可靠方便已為搶答器發(fā)展的一個(gè)方向。隨著集成技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)作為其中一個(gè)分支亦于 20 世紀(jì) 80

5、 年代以來(lái)獲得了飛速發(fā)展，各種新品不斷涌現(xiàn)，使單片機(jī)的應(yīng)用更加深入，靈活性也大大增強(qiáng)。使得搶答器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、可靠性好、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。 實(shí)現(xiàn)搶答器功能的方式有多種，傳統(tǒng)的搶答器一般采用早期的模擬電路、數(shù)字電路或模數(shù)混合電路，功能單一。近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)、cpld、plc 的應(yīng)用不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)的控制檢測(cè)技術(shù)的不斷更新。于是出現(xiàn)了電子搶答器和電腦搶答器之分。電子搶答器是一個(gè)硬件設(shè)備，也就是采用早期的模擬電路、數(shù)字電路或模數(shù)混合電路實(shí)現(xiàn)的。這種傳統(tǒng)的儀器設(shè)備，主要包括搶答器、搶答按扭、組別顯示屏、計(jì)時(shí)顯示屏、記分控制儀、記分顯示屏等設(shè)備。其一般具有搶答、試題計(jì)

6、時(shí)（含必答題、見(jiàn)風(fēng)險(xiǎn)題等其他非搶答題型） 、各組各選手記分等功能。 功能實(shí)現(xiàn)比較單一，而且使用電子搶答器進(jìn)行搶答的違例判斷，還是靠主持人進(jìn)行操作，有很大的人為因素。 電腦搶答器是是由搶答主機(jī)、搶答按鈕和一套知識(shí)競(jìng)賽軟件組成的且需要借助電腦、投影機(jī)等多媒體設(shè)備輔助完成的更先進(jìn)的知識(shí)競(jìng)賽成套設(shè)備。它的核心是軟件程序，這個(gè)程序可以有無(wú)限的變化，實(shí)現(xiàn)用戶的各種競(jìng)賽要求，硬件設(shè)備對(duì)它來(lái)說(shuō)只是一個(gè)附屬。其功能包括搶答功能、試題計(jì)時(shí)功能（包含必答題、風(fēng)險(xiǎn)題等其他非搶答題型） 、各組各選手記分功能外，還增加如自動(dòng)出題系統(tǒng)、自動(dòng)記分排名系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)企業(yè)宣傳、領(lǐng)導(dǎo)講話等多個(gè)環(huán)節(jié)。它有比較完善的知識(shí)競(jìng)賽計(jì)分計(jì)時(shí)搶答系

7、統(tǒng)，運(yùn)用互動(dòng)式多媒體技術(shù)，通過(guò)投影儀大屏幕或電視在現(xiàn)場(chǎng)播放，給觀眾強(qiáng)烈的視聽(tīng)感受，凝聚競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)氣氛。可以顯示參賽隊(duì)、顯示題目、顯示排行榜、顯示競(jìng)賽單位的各種圖文資料，尤其如果用戶有圖片題和視頻音頻題。電腦搶答器提供了三種搶答方式判斷，利用電腦控制，進(jìn)行違例判別。杜絕了人為因素的干擾，消除了搶答爭(zhēng)議，充分體現(xiàn)了公正公平原則。運(yùn)用計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)競(jìng)賽多媒體演示，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、可靠性好、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)是今后搶答器發(fā)展的一個(gè)大方向。三、 搶答器的設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1搶答器同時(shí)供 4 名選手或 4 個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用 4 個(gè)按鈕 a、b、c、d 表示。2. 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開(kāi)關(guān) s，該

8、開(kāi)關(guān)由主持人控制。 3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即當(dāng)選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在 led 數(shù)碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。4. 搶答器具有定時(shí)搶答功能。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開(kāi)始”鍵后，定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí). 5. 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，顯示器上顯示選手的編號(hào)，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 6. 如果定時(shí)時(shí)間已到，無(wú)人搶答，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)搶答器上顯示 00。四、搶答器的組成 搶答器主要由搶答開(kāi)關(guān)、優(yōu)先編碼電路、鎖存電路、搶答號(hào)碼顯示譯碼電路、控制開(kāi)關(guān)、時(shí)序控制電路、警報(bào)電

9、路、定時(shí)電路、時(shí)間顯示譯碼電路組成。其構(gòu)成框圖如圖（1）：搶答開(kāi)關(guān)優(yōu)先編碼電路鎖存電路搶答號(hào)碼顯示譯碼電路控制開(kāi)關(guān)時(shí)序控制電路警報(bào)電路定時(shí)電路時(shí)間顯示譯碼電路五、搶答器的設(shè)計(jì)原理分析（一）數(shù)字搶答器設(shè)計(jì)整體電路圖(二)數(shù)字搶答器設(shè)計(jì)原理 由圖（）原理圖可知其工作原理為：接通電源后，主持人宣布開(kāi)始同時(shí)按下按鍵開(kāi)關(guān) s 搶答器工作。74ls175 的、輸出高電平,可逆加減計(jì)數(shù)器 74ls192 的 clr 端輸入為低電平，1qq2q3q4因此計(jì)數(shù)器開(kāi)始從 00 做加法計(jì)數(shù),記時(shí)器計(jì)時(shí)、指示燈不亮。選手在 60 秒內(nèi)搶答，當(dāng)有人搶答時(shí)，74ls192 的非輸出端為低電平，這個(gè)低電平與時(shí)鐘脈沖經(jīng)過(guò)與非

10、門(mén) u2a 形成一個(gè)上升沿脈沖作為 74ls175 clk 的輸入脈沖。因?yàn)?74ls175 是下降沿觸發(fā)的，當(dāng) clk 輸入為上升沿的脈沖時(shí)輸入被鎖定，故按下復(fù)位之外的任何的按鍵都將不會(huì)發(fā)生電路狀態(tài)的變化，達(dá)到了鎖定選手編號(hào)的功能目標(biāo)，同時(shí)指示燈 x1 亮，指示燈亮禁止二次搶答。如果在 60 秒內(nèi)無(wú)人搶答，計(jì)數(shù)器 74ls192 的 ob、oc 端都為高電平，經(jīng)過(guò)與非門(mén) u9a 輸出為低電平，這個(gè)低電平與時(shí)鐘脈沖經(jīng)過(guò)與門(mén) u11a 輸出為低電平使計(jì)時(shí)器停止工作，此次搶答無(wú)效，指示燈 x1 亮。 當(dāng)主持人再次按下 s 后 74ls175 clk 端輸入為低電平，由于 clr 是清零端，且是低電

11、平有效 ，實(shí)現(xiàn)清零功能；經(jīng)過(guò)一個(gè)非門(mén) u8a，可逆加減計(jì)數(shù)器 74ls192 的 clr 端輸入高電平，由于 74ls192 的 clr 為清零端，且高電平有效，使計(jì)數(shù)器 74ls192 處于清零狀態(tài)，此時(shí)數(shù)碼管的顯示為 0。 40 秒提示：計(jì)時(shí)器到 40 時(shí)，發(fā)光指示燈會(huì)閃爍一下，揚(yáng)聲器會(huì)發(fā)出一次聲音，這是因?yàn)樾盘?hào)延遲造成的：計(jì)時(shí)器到 40 前，計(jì)數(shù)器的十位顯示 3，此時(shí)輸入與非門(mén) u9a 的信號(hào)為 01，當(dāng)計(jì)數(shù)器到 40 時(shí)，輸入與非門(mén) u9a 的信號(hào)為 10，因?yàn)樾盘?hào)的延遲使輸入與非門(mén) u9a 的信號(hào)為 11，與非門(mén) u9a 的輸出信號(hào)為低電平 0，這個(gè)低電平 0 與 u1a 輸出的低電

12、平 0 經(jīng)過(guò)與非門(mén) u6a，與非門(mén) u6a 輸出就為高電平 1，從而使指示燈 x1 發(fā)光，揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。六、 單元設(shè)計(jì)電路 （一）搶答器電路該電路完成兩個(gè)功能：一是分辨出各選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)；同時(shí)禁止其他選手搶答，搶答無(wú)效。其電路圖如圖（3）。 其工作原理如下： 電路接通后，按下清零鍵 s 后 74ls175 clk 端輸入為低電平，由于 clr 是清零端，且是低電平有效 ，實(shí)現(xiàn)清零功能，數(shù)碼管上顯示為 0。 再次按下復(fù)位按鍵 s，、輸出高電平。電路進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。這時(shí)，假設(shè)有按鍵 a1qq2q3q4被按下，4d 的輸出 4q 將由低變成高電平，使

13、 4q 輸輸出為高電平經(jīng)過(guò)或門(mén) u3a 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管使數(shù)碼管上顯示為 1（選手 a 的編號(hào)），同時(shí)使(4q 非)輸出為低電平經(jīng)過(guò)與門(mén) u4a 輸出為低電平，這個(gè)低電平與時(shí)q4鐘脈沖經(jīng)過(guò)與非門(mén) u2a 形成一個(gè)上升沿脈沖作為 74ls175 clk 的輸入脈沖。因?yàn)?74ls175 是下降沿觸發(fā)的，當(dāng) clk 輸入為上升沿的脈沖時(shí)輸入被鎖定，故按下除了復(fù)位之外的任何的按鍵都將不會(huì)發(fā)生電路狀態(tài)的變化，達(dá)到了既定的功能目標(biāo)。假設(shè)有按鍵 b 被按下，3d 的輸出 3q 將由低變成高電平，使 3q 輸輸出為高電平經(jīng)過(guò)或門(mén) u1a 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管使數(shù)碼管上顯示為 2（選手 b 的編號(hào)），同時(shí)使(3q 非)輸出為

14、低q3電平經(jīng)過(guò)與門(mén) u4a 輸出為低電平，這個(gè)低電平與時(shí)鐘脈沖經(jīng)過(guò)與非門(mén) u2a 形成一個(gè)上升沿脈沖作為74ls175 clk 的輸入脈沖。達(dá)到鎖存編號(hào) 2 的目的。假設(shè)有按鍵 c 被按下，2d 的輸出 2q 將由低變成高電平，使 2q 輸輸出為高電平經(jīng)過(guò)或門(mén) u1a 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管使數(shù)碼管上顯示 3（選手 c 的編號(hào)），同時(shí)使(2qq2非)輸出為低電平經(jīng)過(guò)與門(mén) u4a 輸出為低電平，這個(gè)低電平與時(shí)鐘脈沖經(jīng)過(guò)與非門(mén) u2a 形成一個(gè)上升沿脈沖作為 74ls175 clk 的輸入脈沖。達(dá)到鎖存編號(hào) 3 的目的。假設(shè)有按鍵 d 被按下，1d 的輸出 1q 將由低變成高電平，使 1q 輸輸出為高電平驅(qū)動(dòng)

15、數(shù)碼管使數(shù)碼管上顯示 4（選手 d 的編號(hào)），同時(shí)使(1q 非)輸q1出為低電平經(jīng)過(guò)與門(mén) u4a 輸出為低電平，這個(gè)低電平與時(shí)鐘脈沖經(jīng)過(guò)與非門(mén) u2a 形成一個(gè)上升沿脈沖作為 74ls175 clk 的輸入脈沖。達(dá)到鎖存編號(hào) 4 的目的。 （二）計(jì)時(shí)電路 該電路完成兩個(gè)功能：一是進(jìn)行計(jì)時(shí)，二是設(shè)定計(jì)時(shí)時(shí)間為 60 秒（脈沖信號(hào)的頻率為 1hz）。 其電路圖如圖（4）：其工作原理如下：當(dāng)主持人按下清零按鈕 s 時(shí)，經(jīng)過(guò)一個(gè)非門(mén) u8a，可逆加減計(jì)數(shù)器 74ls192 的 clr 端輸入高電平，由于 74ls192 的 clr 為清零端，且高電平有效，使計(jì)數(shù)器 74ls192 處于清零狀態(tài)，此時(shí)數(shù)

16、碼管上顯示為 0。當(dāng) load 置 1 時(shí)，時(shí)鐘脈沖由 up 端接入，且 down 輸入高電平時(shí) 74ls192 處于加法計(jì)數(shù)狀態(tài)。再次按下復(fù)位開(kāi)關(guān) s 是，經(jīng)過(guò)一個(gè)非門(mén) u8a，可逆加減計(jì)數(shù)器 74ls192 的 clr 端輸入為低電平，因此計(jì)數(shù)器開(kāi)始從 00 做加法計(jì)數(shù)，頻率為 1 秒。co 是進(jìn)位端與另一個(gè) 74ls192 的時(shí)鐘脈沖 up 端相連，當(dāng)計(jì)數(shù)到十時(shí)給另一個(gè) 74ls192 的時(shí)鐘脈沖 up 端一個(gè)進(jìn)位脈沖，進(jìn)行十位上的計(jì)數(shù)。當(dāng)十位上的計(jì)數(shù)達(dá)到 6 即輸出端為0110 時(shí)（規(guī)定時(shí)間內(nèi)無(wú)人搶答），ob、oc 端都為高電平，經(jīng)過(guò)與非門(mén) u9a 輸出為低電平，這個(gè)低電平與時(shí)鐘脈沖經(jīng)

17、過(guò)與門(mén) u11a 輸出為低電平使計(jì)時(shí)器停止工作，此次搶答無(wú)效。當(dāng)有人搶答時(shí)（三）報(bào)警電路 由 555 定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖 4 所示。其中 555 構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率fo143（ri2r2）c，其輸出信號(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器。pr 為控制信號(hào)，當(dāng) pr 為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。 報(bào)警電路圖如圖（）：1、電路實(shí)現(xiàn)功能此搶答電路模塊是由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警電路的控制信號(hào),用 555 定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器,再用一個(gè)三極管(3dg12)組成一個(gè)放大電路，以此來(lái)驅(qū)動(dòng)喇叭工作。先做整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路,只要定時(shí)信號(hào)到來(lái), 555 單穩(wěn)態(tài)電路觸發(fā),555 多諧振蕩電路產(chǎn)生振蕩

18、信號(hào)輸入 3dg12 基極,在發(fā)射極得到的放大信號(hào)推動(dòng)喇叭工作；其他的時(shí)間控制報(bào)警電路處于穩(wěn)態(tài),不會(huì)報(bào)警。2、原理分析接通電源 vcc 后，電容 c2 通過(guò) r1,r2 進(jìn)行充電，當(dāng)電容電壓大于等于的電源電壓時(shí)，555 定時(shí)器32組成的多諧振蕩器電路進(jìn)入一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。隨著電容 c2 的放電，電容兩端的電壓隨之下降。當(dāng)電容電壓下降到小于等于的時(shí)候電路又返回到前一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。因此，電容 c2 上的電壓將在和的電源電壓之313231間來(lái)回充電和放電，從而時(shí)電路產(chǎn)生了震蕩，輸出矩形脈沖信號(hào)。該脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò) 1 千歐的限流電阻（防止電流過(guò)大損壞喇叭）通過(guò)三極管放大推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲響。r5 為發(fā)射極電阻，c1 是發(fā)射極電阻旁路電容器，提供交流信號(hào)的通道，減小信號(hào)放