八路搶答器及倒計時

1、數(shù)字搶答器1 緒論進入 21 世紀越來越來多的電子產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的日常生活中，例如企業(yè)、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(jīng)?？吹接袚尨鸬沫h(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)， 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(guī)范比賽。因此，為了克服這種現(xiàn)象的慣性發(fā)生人們利用各種資源和條件設計出很多的搶答器，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(xiàn)用指示燈和一些電路來實現(xiàn)簡單的搶答

2、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(xiàn)象發(fā)生。 但這種電路不易于擴展， 而且當有更高要求是酒無法實現(xiàn)，例如參賽人數(shù)的增加。 隨著數(shù)字電路的發(fā)展，數(shù)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(chǎn)品。一、 設計的目的及任務1、設計的目的多功能搶答器在當今社會有著廣泛的應用有基本的搶答功能外，還具有定時、計時和報警功能。 主持人通過時間預設開關(guān)預設供搶答的時間，系統(tǒng)將完成自動倒計時。 若在規(guī)定的時間內(nèi)有人搶答，則計時將自動停止； 若在規(guī)定的時間內(nèi)無人搶答， 則系統(tǒng)中的蜂鳴器將發(fā)響， 提示主持人本輪搶答無效， 實現(xiàn)報警功能

3、，若超過搶答時間則搶答無效。2、設計的任務及要求（1） 搶答器同時供 8 名選手比賽，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(guān)s，該開關(guān)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，揚聲器發(fā)出聲響提示， 并在數(shù)碼管上顯示選手號碼。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。二、電路設計總方案及原理框圖電路總體框圖如下所示 :數(shù)字搶答器2 圖 1 數(shù)字搶答器系統(tǒng)框圖如圖所示電路包括主體電路和擴展電路兩部分。其中主體電路完成基本的搶答功能，即主持人按下控制開關(guān)后， 當選手按動搶答鍵時， 數(shù)碼管顯示選手編

4、號，同時封鎖輸入電路， 其他選手搶答無效。 擴展電路完成定時搶答的功能以及報警功能。圖 1 所示電路的工作過程是： 接通電源后，主持人將控制開關(guān)置于 “清除”處，此時搶答器處于禁止狀態(tài)， 選手不能進行搶答， 定時顯示器顯示設定的時間（9s） ，當主持人將控制開關(guān)置于“開始”時，揚聲器發(fā)出聲響，搶答器處于工作狀態(tài)，同時定時器開始倒計時。 當選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，電路要完成以下功能：（1）優(yōu)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(shù)碼管上顯示搶答者的編號；（2）揚聲器發(fā)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

5、時器停止工作，數(shù)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(guān)進行系統(tǒng)清零，使系統(tǒng)回復到禁止工作狀態(tài)，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(tǒng)將報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。2 三、 各單元電路的工作原理1、搶答器電路搶答電路的功能有兩個： 一是能分辨出選手按鍵的的先后，并鎖存優(yōu)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(yōu)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 3-1 所示：數(shù)字搶答器3 圖 3.2.1 搶答電路其工作原理是：當主持人控制開關(guān)處于“清零”位置時，rs

6、觸發(fā)器的 r端為低電平， 輸出端 （4q 1q ） 全部為低電平。于是 74ls48的 bi=0， 顯示器滅燈；74ls148的選通輸入端 st=0 ，74ls148處于工作狀態(tài)， 此時鎖存電路不工作。 當主持人將開關(guān)撥到“開始”位置時，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態(tài)，既搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端i7、i6、i5、i4、i3、i2、i1、i0輸入信號，當有選手將鍵按下時（如按下s5） ，74ls148的輸出 y2y1y0=010，yex=0，經(jīng) rs鎖存器后，ctr=1 ，bi=1，此時 74ls279處于工作狀態(tài)， 4q3q2q=101，經(jīng) 74ls48譯碼后，顯示器顯示出“

7、 5” 。此外， ctr=1 ，使 74ls148的 st端為高電平， 74ls148處于禁止工作狀態(tài)， 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(tài)， 其它按鍵的輸入信號仍不會被接受。 這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準確性。當優(yōu)先搶答者回答完問題后，主持人操作控制開關(guān)s，使搶答電路復位，以便進行下一輪搶答。 1 2、定時電路74ls48的 7，6，2，3 引腳接受來自 74ls192的輸出信號并把它譯碼顯示數(shù)字搶答器4 在數(shù)碼管上。 74ls192的 9，10，11，15 引腳完成

8、時間設定功能，本設計要求定時 9 秒， 555 芯片完成產(chǎn)生秒脈沖的功能。工作過程為：搶答開始前，74ls192的置數(shù)端為低電位，處于初始狀態(tài)，數(shù)碼管顯示為9，5 引腳接高電位。搶答開始后，秒脈沖沖推動右邊的芯片開始倒記時，同時右邊芯片產(chǎn)生的信號做為左邊芯片的 cp信號推動左邊的芯片倒記時，完成十進制的倒記時功能。當有人搶答后 1q的輸出為 1，經(jīng)過非門后變?yōu)?0，通過與門屏蔽了秒信號，停止記時，完成顯示搶答時間的功能。 當記到了 9 秒時，左邊的芯片產(chǎn)生的定時到信號輸出為低電位，也屏蔽了秒信號，使得數(shù)碼管顯示為0。1 圖 3.2 3、報警電路由 555 定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖3.3

9、 所示：數(shù)字搶答器5 u11dis7out3rst48thr6con5tri2gndvcc555_virtualr115kohmc10.1ufr368kohm5vvccr2510ohmr41kohmq1bjt_npn_virtualr5510ohm5vvccc2100uf200hzu2圖 3. 3 報警電路其中 555 構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率為：f0=1/(r1+2r2)*c*ln2=1.43/(r1+2r2)*c 其輸出信號經(jīng)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，電路停振不再工作。1 4、時序控制電路時序控制電路是搶答器設計的關(guān)鍵，它要完成以下三項功能

10、：（1）主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態(tài)，（2）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。（3）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。根據(jù)上面的功能要求以及圖3.2.1和圖 3.2.2 ，設計的時序控制電路如圖3.2.4 所示：數(shù)字搶答器6 121312u1a74ls 11d&211u3a74ls 04d時 鐘 信 號211u4a74ls 04dbusbuscp定 時 到 信 號1qu2a12374ls 00d&_st圖 3.2.4(a) 搶答與定時電路的時序控制電

11、路圖 3.2.4(b) 報警電路的時序控制電路圖中，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的輸入使能端st 。圖 3-4（a）的工作原理是：主持人控制開關(guān)從“清零”位置撥到“開始”位置時，來自于圖3-1 中的 74ls279的輸出 ctr=0 ，經(jīng) g3反相，a=1，則從 555 輸出端來的時鐘信號cp能夠加到 74ls192的 cpd時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時， 在定時時間未到時， 來自于圖 3-2 的 74ls192的借位輸出端 bo2=1，門 g2的輸出 st=0 ，使 74ls148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求；當選手在定時時間內(nèi)按

12、動搶答鍵時，ctr=1 ，經(jīng) g3反相， a=0，封鎖 cp信號，定時器處于保持狀態(tài)，門g2的輸出 st=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， 來自于圖 3-2 的 74ls192的借位輸出端 bo2=0，門 g2的輸出 st=1 ，74ls148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答，門 g1同時處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖cp信號，使定時電路為00 狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求， 74ls121用于控制報警電路及發(fā)聲的時間。2 數(shù)字搶答器7 四、 電路仿真在 proteus 軟件中進行電路仿真如下圖五、 電路的安裝及調(diào)試通過實驗原理圖進行實物焊接，焊接時能深刻體會到焊

13、接工藝的重要性：各個芯片的引腳功能不能混淆， 必須了解各個芯片的使用方法， 內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及使用時的注意事項，該接電源的一定要接電源， 該接地的一定要接地， 且不能有懸空。同時在電路板上要預先確定電源的正負端，便于區(qū)分及焊接。 正確焊接各芯片個數(shù)字搶答器8 管腳連接必須查閱各種資料并記錄， 以確保在焊接過程和調(diào)試過程中芯片不被燒壞，同時確保整個電路的正確性。在焊接完后每塊芯片都用萬用表檢測，看是否有短接等，還有焊接時要盡量使布線規(guī)范清晰明了，這樣才有利于在調(diào)試過程中檢查電路。六、 結(jié)論通過這次的課程設計， 我學會了很多知識實習將理論與實踐有機地結(jié)合，鞏固了理論知識的掌握程度， 為今后的發(fā)展提供了一次良好的學習環(huán)境。調(diào)試工作是個精細工作。 在調(diào)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。當最后解決問題時， 電路的正確是非常