八路抢答器设计论文

编 号： 审定成绩： XXXX大学毕业设计（论文）设计（论文）题目：单片机数字抢答器的实现学 院 名 称 ：计算机科学与技术学院学 生 姓 名 ：X X专 业 ：计算机科学与技术专业班 级 ：0490xxx学 号 ：0610xxxx指 导 教 师 ：X X X答辩组 负责人 ：填表时间： 2009 年 5 月XXXX大学教务处目 录引言1第一章 设计任务2（1） 设计要求2（2） 功能要求3第二章 主要器件介绍4（1） 74LS148 4 （2） 74LS485（3） 74LS192及74LS006（4） 74LS121及74LS2797 （5） NE555及74LS118第三章 设计方案9（1） 抢答功能设计9 （2） 定时功能设计及其总方案11第四章 电路实现及电路调试15第五章 结论16第六章 参考文献17附录117 引言数字电路产品在生活中有着极其广泛的应用，包括计算机、数字通信、智能仪器仪表、自动控制及航天等领域中。这些给人们带来了生活，工作等方面带来了极大的方便。工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛, 抢答器是必要设备。在我校举行的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。为解决这个问题，我们小组准备就本次课设的机会制作一个低成本但又能满足学校需要的八路数显抢答器。抢答器在比赛等场合中不可缺少的设备。本文就是从数字电路芯片的功能简介开始，利用功能不同的数字电路芯片的组合来实现多路抢答器的功能。首先简要的介绍了数字电路的发展和演变。然后介绍几个主要集成芯片的管脚功能和用法。最后介绍多路抢答器的原理和设计过程。总结与改进部分，讲一些电路在实际设计调试中的不足，并加以改进。智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，而抢答就是智力竞赛中非常常见的一种答题方式。抢答能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短的时间内，使人们迅速增加一些科学知识和生活常识。但是，在这类比赛中，对于谁先谁后抢答，在何时抢答，如何计算答题时间等等问题，若是仅凭主持人的主观判断，就很容易出现误判。所以，我们就需要一种具备自动锁存，置位，清零等功能智能抢答器来解决这些问题。 第第一章 设计任务 （1）设计要求抢答器主要是基于 7 4系列集成芯片组成电路各个部分，成本较低 ，且基本能够使用于学校的一些活动中。采用74LS148编码器和74LS279 RS锁存器组成 抢答器的核心部分抢答电路。采用74LS192十进制加/减计数器设计抢答器的定时部分，计数器的时钟脉冲电路提供。采用555定时器和三极管构成报警电路，时序控制电路由74LS121产生。采用七段共阴极LED数码管显示抢答序号和定时时间，由74LS48数字显示译码管显示数码管。设计器材统计如下表：（设计中些基本的器材则实验室提供）74LS48 3个电阻68 K 1个74LS121 1个电阻510 2个74LS148 1个电容10uF 2个74LS192 2个电容0.1uF 1个74LS279 1个电容100uF 1个NE555 2个发光二极管 2个电阻1 K 1个按键开关 9个电阻10 K 9个共阴数码管 3个电阻15 K 1个74LS00 1个电阻4.7 K 1个74LS11 1个电阻5.1 K 1个三极管3DG12 1只电阻100 K 1个（2）功能要求将主要设计一个供八人使用的定时抢答器，他要实现以下主要功能：（1）为8位参赛选手各提供一个抢答按钮，分别编号S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7；（2）主持人可以控制系统的清零与抢答开始；（3）抢答器要有数据锁存与显示的功能。抢答开始后，若有任何一名选手按动抢答按钮，则要显示其编号至系统被主持人清零，并且扬声器发生提示，同时其他人再按对应按钮无效；（4）抢答器要有自动定时功能，并且一次抢答时间由主持人任意设定。当主持人启动“开始”键后，定时器自动减计时，并在显示器上显示。同时扬声器上发出短暂声响；（5）参赛选手只有在设定时间内抢答方为有效抢答。若抢答有效，则定时器停止工作，并且显示抢答开始时间直到系统被清零；（6）若设定时间内无选手进行抢答（按对应按钮），则系统短暂报警，并且禁止选手超时抢答，定时器上显示00。数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。利用本次设计出的电路制造成的定时抢答器，即可轻松实现在8人或8个代表队之间进行的抢答比赛中进行控制，使得这一活动更加趣味、公平。 第二章 主要器件介绍（1） 74LS148 74LS148优先编码器（a） 符号图 (b) 管脚图74LS148的功能表：输 入输 出 1000000000 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11 1 11 1 10 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11 10 11 01 01 01 01 01 01 01 0 （2）74LS48 74LS48符号图和管脚图（a）符号图 （b）管脚图显示译码器74LS48的功能表： （3）74LS192及74LS0074LS192管脚图74ls192功能表： 输入 输出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0 1 0000 0 0 dcbadcba 0 1 1 加计数 0 1 1 减计数74LS00管脚图及其功能表： （4）74LS121及74LS27974LS121管脚图及其功能表：74LS279管脚图及其功能表：74LS279进行反码和锁存作用（5）NE555及74LS11NE555管脚图： 74LS11管脚图及其真值表: Y=ABC Input Output A B C Y X X L L X L X L L X X L H H H H 第三章 设计方案（1）抢答功能设计设计电路如图1所示。电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 来完成。该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关S置于清除端时，RS触发器的 R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端（图中5号端）0，使之处于工作状态。当开关S置于开始时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO(图中4端) =1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为5。此外，CTR，使74LS148 优先编码工作标志端（图中5号端），处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为CTR，使优先编码工作标志端（图中5号端），所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置清除然后再进行下一次抢答。 图1输入端（按键）真值表如下图2：（2）定时功能设计及其总方案定时原理及设计（图3）：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图3所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74192的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG 上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时， 输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。下面结合图4具体讲一下标准秒脉冲产生电路的原理。结合图3，图中电容C的放电时间和充电时间分别为 于是从NE555的3端输出的脉冲的频率为 结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到振荡频率fo143（RI2R2）C中即得 ，即秒脉冲。 总方案如下：总方案电路包括四部分：前面具体讲了两部分，下面是报警和时序控制电路图。报警电路图：由555定时器和三极管构成的报警电路如图1.5所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo143（RI2R2）C，其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。时序控制电路图：时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：主持人将控制开关拨到开始位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。总框图如下：1. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。2. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。3.如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。对于总体方框图则只要：（1）将图1中74LS279的1，5，10，14引脚任意一脚与图3中任一74LS192的11引脚相连（说明：图2中74LS279的13引脚输出CTR信号）；（2）将图1中输入74LS148中5引脚信号撤掉换成 74LS279中13引脚输出的CTR信号经一非门与图3中74LS192的13引脚输出的信号经一与非门输出的信号。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到清零状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置;开始状态，宣布开始抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作清除和开始状态开关。第四章 电路实现及电路调试3块实验电路板分别做成数字抢答器电路、可预置时间的定时电路、报警电路及时序控制电路，根据EWB仿真电路及工程上的可操作性布置芯片、元件、导线等。可以通过很多电路仿真软件进行，通过对以上进行了解，到仿真电路中去（例如：multisim），以上都可以很好的实现其功能 电路调试:（针对抢答功能） 第1点（图1）：依次按S0至S7键，每按完进行清除，达到数码管（显示选手号码）显示的数字一一与按键对应，达到效果，反之，查找问题所在：第2点（总体方案）：模拟抢答过程，（1）预设时间倒记时开始，依次按S0至S7键数码管（显示选手号码）没有数字显示并且报警发光二极管亮起表示成功，有则找出问题所在：（2）倒记时结束，抢答开始，同时或者只按S0至S7任意键，发光二极管亮起，数码管显示号码，在把所有键依次按一遍看显示号码会不会改变，不改变则完成调试，反之则找出问题。第五章 结论抢答器丰富了我们的生活，社会中本来就充满着竞争。只是没有很明显的表现出来，通过运用它我们可以很好的证明自己的胆识和自信，所以做起抢答器来，也很想去了解它，对于八路抢答器原理也只是几个芯片的合成体，也没什么复杂性，所以很好的做出来，但实践中就有些小小的麻烦，就是电压在实践中很难把握。总之，这次实践是非常成功的，我们追求的是理论与实践并存，课程设计就很好的为大学生表现自己综合能力提供有力的平台。实践中有很多电路原理弄不清楚，这说明学的不太好，从中也反映了我们在那些知识的不足，我们也应通过老师和自己查资料弥补，这是理想的学习过程。 第六章 参考文献1 康华光，电子技术基础.数字部分（第四版），北京：高等教育出版社，20032 李广弟，单片机基础M，北京：北航出版社，20013 梁超，一款基于单片机技术的电子抢答器J ，机电工程技术，2005，34 (1)4 李朝青，单片机原理及接口技术M，北京：北京航空航天大学出版社，19995 齐向东，多功能数字显示抢答器J . 黄石高等专科学院学报，1996附录1：数码管引脚图图1 数码管引脚图8421BCD码对应显示图 - 19 -