數(shù)字搶答器畢業(yè)論文

1、<p>　　編號 </p><p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　二〇一〇年七月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)字搶答器是一種非常實用的電子系統(tǒng)，但現(xiàn)在多用的搶答器多是用PLC或單片機(jī)作為控制核心的搶答器。

2、PLC系統(tǒng)造價高昂，用PLC作為核心的搶答器價格更是高的離譜，抗電磁干擾性能弱。普通小型知識競賽不可能用到。單片機(jī)系統(tǒng)需要專業(yè)的編程軟件和燒錄系統(tǒng)，對專業(yè)知識要求較高。本文設(shè)計的數(shù)字組搶器結(jié)構(gòu)簡單，只需要幾塊常用數(shù)字集成電路即可擁有搶答器的功能。該搶答器由主體電路和拓展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動報警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的

3、信號在顯示器上輸出實現(xiàn)即時功能，構(gòu)成拓展電路。</p><p>　　關(guān)鍵詞：搶答電路； 時序控制電路； 數(shù)字搶答器 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p><b>　　第一章緒 論1</b><

4、/p><p>　　第二章 設(shè)計要求及方案選擇2</p><p><b>　　2.1設(shè)計要求2</b></p><p><b>　　2.2方案選擇2</b></p><p>　　2.2.1主體電路選擇方案：2</p><p>　　2.2.2驅(qū)動電路選擇方案：2</

5、p><p>　　2.3搶答器工作原理及組成框圖3</p><p>　　2.3.1搶答器工作原理3</p><p>　　2.3.2搶答器的組成框圖及其原理3</p><p>　　第三章 單元電路設(shè)計5</p><p>　　3.1搶答電路設(shè)計5</p><p>　　3.1.1原理圖設(shè)計5&

6、lt;/p><p>　　3.1.2搶答器電路組成6</p><p>　　3.2定時電路設(shè)計11</p><p>　　3.2.1定時電路原理圖11</p><p>　　3.2.1定時電路原理設(shè)計11</p><p>　　3.2.2對定時器進(jìn)行預(yù)置12</p><p>　　3.2.555邏輯塊

7、13</p><p>　　3.3聲音報警電路的設(shè)計14</p><p>　　3.3.1 555定時器組成多諧振蕩器14</p><p>　　3.3.2蜂鳴器報警電路15</p><p>　　3.4時序控制電路的設(shè)計16</p><p>　　第四章 仿真分析17</p><p>　　

8、4.1搶答電路仿真18</p><p>　　4.2定時器電路仿真18</p><p>　　第五章 制作與調(diào)試19</p><p>　　5.1制作搶答器19</p><p>　　5.2電路調(diào)試19</p><p>　　5.2.1通電準(zhǔn)備19</p><p>　　5.2.2單元電路

9、檢測19</p><p>　　5.3組裝調(diào)試20</p><p>　　5.3.1元器件檢測20</p><p>　　5.3.2連接電路20</p><p>　　5.3.3電路調(diào)試20</p><p>　　第六章 總結(jié)與展望21</p><p><b>　　致 謝23&

10、lt;/b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p>　　附錄1 定時搶答器的主體邏輯電路圖27</p><p>　　附錄2 元件清單28</p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　智力競賽是一種生動活潑的教育方

11、式，而搶答就是智力競賽中非常常見的一種答題方式。搶答能引起參賽者和觀眾的極大興趣，并且能在極短的時間內(nèi)，使人們迅速增加一些科學(xué)知識和生活常識。但是，在這類比賽中，對于誰先誰后搶答，在何時搶答，如何計算答題時間等等問題，若是僅憑主持人的主觀判斷，很容易出現(xiàn)誤判。所以，我們就需要一種具備自動鎖存，置位，清零等功能智能搶答器來解決這些問題。</p><p>　　在本次課程設(shè)計主要設(shè)計一個供八人使用的定時搶答器。要求實現(xiàn)

12、以下主要功能：（1）為8位參賽選手各提供一個搶答按鈕，分別編號S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7；（2）主持人可以控制系統(tǒng)的清零與搶答開始；（3）搶答器要有數(shù)據(jù)鎖存與顯示的功能。搶答開始后，若有任何一名選手按動搶答按鈕，則要顯示其編號至系統(tǒng)被主持人清零，并且揚(yáng)聲器發(fā)出提示，同時其他人再按對應(yīng)按鈕無效；（4）搶答器要有自動定時功能，并且一次搶答時間由主持人任意設(shè)定。當(dāng)主持人啟動“開始”鍵后，定時器自動減計時，并在顯示器上顯示。

13、同時揚(yáng)聲器上發(fā)出短暫聲響；（5）參賽選手只有在設(shè)定時間內(nèi)搶答方為有效搶答。若搶答有效，則定時器停止工作，并且顯示搶答開始時間直到系統(tǒng)被清零；（6）若設(shè)定時間內(nèi)沒有選手進(jìn)行搶答（按對應(yīng)按鈕），則系統(tǒng)短暫報警，并且禁止選手超時搶答，定時器上顯示00。</p><p>　　數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動報警電路，以上兩部分組

14、成主體電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。</p><p>　　利用本次設(shè)計出的電路制造成的定時搶答器，即可輕松實現(xiàn)在8人或8個代表隊之間進(jìn)行的搶答比賽中進(jìn)行控制，使得這一活動更加趣味、公平。</p><p>　　第二章 設(shè)計要求及方案選擇</p><p><b>　　2.1設(shè)計要求</b>

15、</p><p>　　本次課程設(shè)計要求使用邏輯塊，7段譯碼顯示器等元件設(shè)計一個8路數(shù)字搶答器，該搶答器應(yīng)具有以下功能：</p><p>　　（1）為8位參賽選手各提供一個搶答按鈕，分別編號S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7；</p><p>　?。?）主持人可以控制系統(tǒng)的清零與搶答開始；</p><p>　?。?）搶答器要有數(shù)據(jù)鎖

16、存與顯示的功能。搶答開始后，若有任何一名選手按動搶答按鈕，則要顯示其編號至系統(tǒng)被主持人清零，并且揚(yáng)聲器發(fā)出提示，同時其他人再按對應(yīng)按鈕無效；</p><p>　?。?）搶答器要有自動定時功能，并且一次搶答時間由主持人任意設(shè)定。當(dāng)主持人啟動“開始”鍵后，定時器自動減計時，并在顯示器上顯示。同時揚(yáng)聲器上發(fā)出短暫聲響；</p><p>　?。?）參賽選手只有在設(shè)定時間內(nèi)搶答方為有效搶答。若搶答有

17、效，則定時器停止工作，并且顯示搶答的隊伍編號直到系統(tǒng)被清零</p><p>　　（6）若設(shè)定時間內(nèi)沒有選手進(jìn)行搶答（按對應(yīng)按鈕），則系統(tǒng)短暫報警，并且禁止選手超時搶答，定時器上顯示00。</p><p><b>　　2.2方案選擇</b></p><p>　　根據(jù)圖2-1所示的設(shè)計思路，該搶答器有兩部分電路組成，即主體電路和驅(qū)動電路。</

18、p><p>　　主體電路的作用是判斷哪位選手先按下?lián)尨鸢粹o。</p><p>　　驅(qū)動電路用來產(chǎn)生計時用的脈沖</p><p>　　2.2.1主體電路選擇方案：</p><p>　　(1)選手觸摸按鈕后的信號首先進(jìn)入RS觸發(fā)器， CP脈沖控制鎖存效果，然后輸出再進(jìn)行編碼，譯碼顯示。 </p><p>　　(2)選手觸摸按鈕

19、后的信號首先進(jìn)行編碼，然后利用74LS279鎖存器，它的輸出直接控制鎖存功能，然后主持人開關(guān)控制鎖存器的片選端，發(fā)揮清零作用。鎖存器的輸出直接進(jìn)入譯碼器然后顯示。</p><p>　　方案（1）會使用較多的RS觸發(fā)器。所以我選擇了(2) 號方案。</p><p>　　2.2.2驅(qū)動電路選擇方案： </p><p>　?。?）利用單穩(wěn)電路控制延遲時間和分頻器CC406

20、0進(jìn)行分頻產(chǎn)生間歇式方波。 </p><p>　　（2）采用單穩(wěn)電路控制延遲時間和比較簡單的振蕩器線路，經(jīng)比較選用施密特反相器構(gòu)成的方波發(fā)生器比較簡單，因為方波發(fā)生器的頻率都比較低，所以選用555定時電路。</p><p>　　2.3搶答器工作原理及組成框圖</p><p>　　2.3.1搶答器工作原理</p><p>　　根據(jù)要求應(yīng)具有搶答

21、器具有鎖存、定時、顯示功能。即當(dāng)搶答開始后，選手搶答按動按鈕，鎖存器鎖存相應(yīng)的選手編碼，同時用LED數(shù)碼管把選手的編碼顯示出來，并且開始搶答時間的倒計時，同時用LED數(shù)碼管把選手的所剩搶答時間顯示出來，以提醒主持人和選手。搶答時間可設(shè)定30S。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?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間；主持人將開關(guān)置“開始”狀態(tài)，宣布“開始”搶答器工作。定時器倒計時，選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完

22、成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。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)。</p><p>　　2.3.2搶答器的組成框圖及其原理</p><p>　　定時搶答器的總體框圖下圖所示。他主要由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。主體部分完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當(dāng)選手按動搶答鍵時，能顯示選手的編號;同時能封鎖

23、輸入電路，禁止其他選手搶答。擴(kuò)展電路完成定時搶答的功能。</p><p>　　圖 2-1 定時搶答器的總體框圖</p><p>　　圖2-1所示定時搶答器的工作過程是：接通電源時，節(jié)目支持人將開關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定的時間，當(dāng)主持人宣布搶答題目后，說一聲“搶答開始”，同時將控制開關(guān)撥到“開始”位置，搶答器處于工作狀態(tài)，定時器開始倒計時

24、，當(dāng)定時時間到，卻沒有選手搶答時，輸入電路被封鎖，禁止選手超時后搶答。當(dāng)選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，搶答器會完成下面幾個工作：</p><p>　　優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后有譯碼顯示電路顯示編號；</p><p>　　制電路要對輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其他選手再次進(jìn)行搶答；</p><p>　　控制電路要使定時器停止工作，時間

25、器上顯示搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止，以便進(jìn)行下一輪搶答。</p><p>　　第三章 單元電路設(shè)計</p><p><b>　　3.1搶答電路設(shè)計</b></p><p>　　3.1.1原理圖設(shè)計</p><p>　　圖 3-1 搶答電路原理圖</p><p>　　搶答器電路設(shè)計電路

26、如圖3-1所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS297 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?jǐn)?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)S置于"清除"端時，RS觸發(fā)器的 R、S端均為0，4個觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號端）＝0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開

27、關(guān)S置于"開始"時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后，CTR=1,RBO(圖中4端) =1,七段顯示電路74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經(jīng)譯碼顯示為“5”。此外，CTR＝１，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號端）＝１，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時，74LS148的 此時由于仍為CTR＝１，使優(yōu)先編碼工作

28、標(biāo)志端（圖中5號端）＝１，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會顯示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S</p><p>　　3.1.2搶答器電路組成</p><p><b>　　編碼、鎖存電路</b></p><p>　　編碼、鎖存電路由優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279組成。優(yōu)先編碼器7

29、4LS148是8線輸入3線輸出的二進(jìn)制編碼器（簡稱8-3線二進(jìn)制編碼器），其作用是將輸入~這8個狀態(tài)分別編成8個二進(jìn)制碼輸出。優(yōu)先編碼器允許同時輸入兩個以上的編碼信號，不過在優(yōu)先編碼器將所有的輸入信號按優(yōu)先順序排了隊，當(dāng)幾個輸入信號同時出現(xiàn)時，只對其中優(yōu)先權(quán)最高的一個進(jìn)行編碼。其功能表如表2.1所示。由表看出74LS148的輸入為低電平有效。優(yōu)先級別從至依次降低。另外，它有輸入使能，輸出使能和。</p><p>

30、　　74LS148編碼器</p><p>　　74LS148引腳圖</p><p>　　圖3-2 74LS148的符號圖和管腳圖</p><p>　　74LS148芯片的功能表</p><p>　　表3.1 74LS148功能表</p><p>　　優(yōu)先編碼器是8線輸入3線輸出的二進(jìn)制編碼器,其作用是將輸入

31、I0至I7 ，8個狀態(tài)分別編成8個二進(jìn)碼輸出.其功能如真值表所示.由表可以看出74LS148的輸入為低電平有效.優(yōu)先級別從 I7至I0遞降.另外它有輸入使能,輸出使能S和EX；</p><p>　　a. =0允許編碼, =1禁止編碼,輸出210=111;</p><p>　　b. S主要用于多個編碼器電路的級聯(lián)控制，即S總是接在優(yōu)先級別低的相鄰編碼器的端，當(dāng)優(yōu)先級別高的編碼器允許編

32、碼，而無輸入申請時，S =0，從而允許優(yōu)先級低的相鄰編碼器工作，反之若優(yōu)先級高的編碼器有編碼時，S=1，禁止相鄰級別低的編碼器工作</p><p>　　c. EX=0表示210是編碼輸出，EX =1表示210不是編碼輸出EX</p><p>　　為輸出標(biāo)志位。單片74LS148組成8-3進(jìn)制輸出的編碼器，其輸出8421BCD。由表中不難看出，在電路正常工作狀態(tài)下，允許當(dāng)中同時有幾個輸入

33、端為低電平，即有編碼輸入信號。的優(yōu)先權(quán)最高，的優(yōu)先權(quán)最低。當(dāng)時，無論其余輸入端有無輸入信號（表中以X表示），輸出端輸出的編碼，即。當(dāng)、時，無論其余輸入端有無輸入信號，只對編碼，輸出為。</p><p>　　74LS279芯片具有鎖存器的功能，其內(nèi)部是由4個RS觸發(fā)器組成的。當(dāng)有一個人優(yōu)先搶答后其他的就不能搶答，其它的雖然有電平輸入，但是輸入的電平保持原態(tài)不變。</p><p><b&

34、gt;　　其引腳圖如下圖所示</b></p><p>　　圖3-3 74LS279引腳圖</p><p>　　表3.2 74LS279 鎖存器功能表</p><p>　　其中：TCU 是加計數(shù)進(jìn)位輸出端，當(dāng)加計數(shù)到最大數(shù)值時，TCU 發(fā)出一個低電平信號（平時為高電平）；TCD 為見計數(shù)借位輸出端，當(dāng)減計數(shù)到0時，TCD 發(fā)出一個低電平信號（平時為高電

35、平），TCU 和TCD 負(fù)脈沖寬度等于時鐘低電平寬度。</p><p><b>　　2.譯碼、顯示電路</b></p><p>　　譯碼電路由74LS48組成。而譯碼是編碼的逆過程，其任務(wù)是恢復(fù)編碼的愿意。用七段數(shù)碼顯示器顯示搶答組別號碼。按內(nèi)部連接方式不同，七段數(shù)字顯示器分為共陰極和共陽極兩種。</p><p>　　74LS48七段顯示譯

36、碼器</p><p>　　74LS48芯片是一個十進(jìn)制（BCD）譯碼器，可用來驅(qū)動共陰極的發(fā)光二極管顯示器。74LS48的內(nèi)部有升壓電阻，因此無需外接電阻（可直接與顯示器相連接）。74LS48其引腳圖如下圖，其功能表如下表</p><p>　　圖3-4 74LS48引腳圖</p><p>　　74LS48的功能表如下表所示。其中，A3A2A1A0為8421BCD碼

37、輸入端，a~g為7段譯碼輸出端。</p><p>　　表3.3 74LS48的功能表</p><p>　　常用的七段顯示器件：半導(dǎo)體數(shù)碼管將十進(jìn)制數(shù)碼分成七個字段，每段為一發(fā)光二極管。半導(dǎo)體數(shù)碼管（或稱LED數(shù)碼管）的基本單元是PN結(jié)，目前較多采用磷砷化鎵做成的PN結(jié)，當(dāng)外加正向電壓時，就能發(fā)出清晰的光線。單個PN結(jié)可以封裝成發(fā)光二極管，多個PN結(jié)可以按分段式封裝成半導(dǎo)體數(shù)碼管，其管腳排列

38、如下圖所示。</p><p>　　半導(dǎo)體顯示器管腳排列圖 　　共陰極接線圖 　 共陽級接線圖　</p><p>　　圖3-5 七段數(shù)字顯示器引腳及接線圖</p><p>　　圖3-6 七段數(shù)字顯示器發(fā)光段組合</p><p>　　本設(shè)計用到的共陰極顯示器和74LS48。74LS48可以驅(qū)動共陰極的發(fā)光顯示器，其內(nèi)部有升

39、壓電阻，無需外接電阻（可以直接與顯示器相連接）。</p><p>　　為試燈輸入： 當(dāng) =0時，/=1時，若七段均完好，顯示字形是“8”，該輸入端常用于檢查74LS48顯示器的好壞; 當(dāng) =1時，譯碼器方可進(jìn)行譯碼顯示。用來動態(tài)滅零，當(dāng) =1時， 且=0，輸入A3A2A1A0=0000時，則/=0使數(shù)字符的各段熄滅； /為滅燈輸入/滅燈輸出，當(dāng) =0時不管輸入如何, 數(shù)碼管不顯示數(shù)字；/ 為控制低位滅零信號,當(dāng)=

40、1時, 說明本位處于顯示狀態(tài);若 =0, 且低位為零, 則低位零被滅。</p><p><b>　　3.2定時電路設(shè)計</b></p><p>　　3.2.1定時電路原理圖</p><p>　　圖3-7定時電路原理圖</p><p>　　3.2.1定時電路原理設(shè)計</p><p>　　該部分主要由

41、555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計數(shù)器74LS192減法計數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖2.7所示。兩塊74LS192實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預(yù)置數(shù)控制端實現(xiàn)預(yù)置數(shù)，設(shè)定一次搶答的時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)

42、碼顯示管DPY_7-SEG 上，當(dāng)有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；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，以后選手搶答無效。下面結(jié)合圖2-7具體講一下標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖產(chǎn)生電路的原理。結(jié)合圖2-7，圖中電容C的放電時間和充電時間分別為</p><p><b>　　，</b></p><p>　　于是從NE555的3端輸出的脈沖的頻率為</

43、p><p>　　，結(jié)合我們的實際經(jīng)驗及考慮到元器件的成本，我們選擇的電阻值為R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得，即秒脈沖。</p><p>　　表3.4 555定時器功能表</p><p>　　3.2.2對定時器進(jìn)行預(yù)置</p><p>　　1．74LS192芯片的介紹</p><p>　　74L

44、S192的引腳圖</p><p>　　圖3-8 74LS192引腳圖</p><p>　　74LS192功能表</p><p>　　表3.5 74LS192功能表</p><p>　　其中：TCU 是加計數(shù)進(jìn)位輸出端，當(dāng)加計數(shù)到最大數(shù)值時，TCU 發(fā)出一個低電平信號（平時為高電平）；TCD 為見計數(shù)借位輸出端，當(dāng)減計數(shù)到0時，TCD 發(fā)出一個

45、低電平信號（平時為高電平），TCU 和TCD 負(fù)脈沖寬度等于時鐘低電平寬度。</p><p>　　74LS192的預(yù)置數(shù)的計算</p><p>　　根據(jù)要求使用兩片74LS192的異步置數(shù)功能構(gòu)成三十進(jìn)制減法計數(shù)器。30進(jìn)制數(shù)器的預(yù)制數(shù)為N=（0011 0000）8421BCD=（30）D。74LS192（1）計數(shù)器從0011狀態(tài)開始計數(shù)，因此，就因取D3D2D1D0=0011。；74

46、LS192是計數(shù)器從0000狀態(tài)開始計數(shù)，那么，就因取D3D2D1D0=0000。計數(shù)脈沖從CPＤ端輸入。它的計數(shù)原理十，每當(dāng)?shù)貫橛嫈?shù)器的BO端發(fā)出負(fù)跳變借位脈沖時，高位計數(shù)器減1計數(shù)。當(dāng)高位計數(shù)器處于全0，同時在CPD=0期間，高位計數(shù)器BO=LD=0，計數(shù)器完成異步制數(shù)，之后BO=LD=1，計數(shù)器在CPD時鐘脈沖作用下，進(jìn)入下一輪減計數(shù)。</p><p>　　3.2.555邏輯塊</p><

47、;p>　　圖3-9 555邏輯塊</p><p>　　是電壓控制端 DIS 是放電端 TH是高電平觸發(fā)端 CO是使能端</p><p>　　GND是接地 OUT是輸出端 是直接置0端 是低電平觸發(fā)器</p><p>　　3.3聲音報警電路的設(shè)計</p><p>　　蜂鳴器發(fā)聲電路（如圖3-11）主要負(fù)責(zé)：</p>&

48、lt;p>　　1、當(dāng)有搶答信號輸入時，揚(yáng)聲器發(fā)出聲音以提醒其它人已經(jīng)有人先搶答了。</p><p>　　2、用集成555定時器組成多諧振蕩器。</p><p>　　3.3.1 555定時器組成多諧振蕩器</p><p>　　n555定時器是一種應(yīng)用特別廣泛作用很大的集成電路，屬于小規(guī)模集成電路，在很多電子產(chǎn)品中都有應(yīng)用。555定時器的作用是用內(nèi)部的定時器來構(gòu)成

49、時基電路，給其他的電路提供時序脈沖。555定時器的內(nèi)部電路框圖如圖3-10所示。</p><p><b>　　其引腳功能：</b></p><p>　　Vi1（TH）：高電平觸發(fā)端，簡稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，標(biāo)志為TH。</p><p>　　Vi2（）：低電平觸發(fā)端，簡稱低觸發(fā)端，標(biāo)志為。</p><p>　　VCO：控

50、制電壓端。</p><p><b>　　VO：輸出端。</b></p><p><b>　　Disc：放電端。</b></p><p><b>　?。簭?fù)位端。</b></p><p>　　圖3-10 555集成塊內(nèi)部原理圖</p><p>　　555

51、定時器內(nèi)含一個由三個阻值相同的電阻R組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生VCC和VCC兩個基準(zhǔn)電壓；兩個電壓比較器C1、C2；一個由與非門G1、G2組成的基本RS觸發(fā)器（低電平觸發(fā)）；放電三極管T和輸出反相緩沖器G3。</p><p>　　是復(fù)位端，低電平有效。復(fù)位后, 基本RS觸發(fā)器的端為1（高電平），經(jīng)反相緩沖器后，輸出為0（低電平）。</p><p>　　分析圖3.3.1的電路：在555定時器的VC

52、C端和地之間加上電壓，并讓VCO懸空，則比較器C1的同相輸入端接參考電壓VCC，比較器C2反相輸入端接參考電壓VCC ，為了學(xué)習(xí)方便，我們規(guī)定：</p><p>　　當(dāng)TH端的電壓>VCC時，寫為VTH=1，當(dāng)TH端的電壓<VCC時，寫為VTH=0。</p><p>　　當(dāng)端的電壓>VCC時，寫為VTR=1，當(dāng)端的電壓<VCC時，寫為VTR=0。</p>

53、<p>　?。?）低觸發(fā)：當(dāng)輸入電壓Vi2<VCC 且Vi1<VCC時，VTR=0，VTH=0，比較器C2輸出為低電平，C1輸出為高電平，基本RS觸發(fā)器的輸入端=0、=1，使Q＝1，＝0，經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO＝1，T截止。這時稱555定時器“低觸發(fā)”；</p><p>　　（2）保持：若Vi2>VCC 且Vi1<VCC，則VTR=1，VTH=0，==1，基本RS觸發(fā)器保持

54、，VO和T狀態(tài)不變，這時稱555定時器“保持”。</p><p>　?。?）高觸發(fā)：若Vi1>VCC，則VTH=1，比較器C1輸出為低電平，無論C2輸出何種電平，基本RS觸發(fā)器因=0，使＝1，經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO＝0；T導(dǎo)通。這時稱555定時器“高觸發(fā)”。</p><p>　　3.3.2蜂鳴器報警電路</p><p>　　下圖中當(dāng)電源經(jīng)R14、R15對C1

55、充電到Vc≥2/3Vcc時，OUT腳輸出由高變低，放電管（7腳內(nèi)的VT）導(dǎo)通，電容C1經(jīng)R2和IC1-7腳內(nèi)導(dǎo)通的VT進(jìn)行放電，當(dāng)Vc≤1/3時，OUT腳輸出由低變高，電容器C1再次充電。</p><p>　　上述過程周而復(fù)始，從而就形成了振蕩，產(chǎn)生的脈沖信號從3腳供使用。</p><p>　　圖3-11 蜂鳴器報警電路</p><p>　　3.4時序控制電路的設(shè)計

56、</p><p>　　搶答與定時電路的時序控制電路如下圖所示</p><p>　　時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下三項功能：①主持人將控制開關(guān)撥到"開始"位置時，搶答電路和定時電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。 ②當(dāng)參賽選手按動搶答按鍵時，搶答電路和定時電路停止工作。③當(dāng)設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時表示此次搶答無效。</p><p>　

57、　圖3-12時序控制電路</p><p>　　根據(jù)上面的功能要求以及圖3-1搶答電路，設(shè)計的時序控制電路如圖2-12所示。圖中，與門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（即圖3-2中的5端）。工作原理是：主持人控制開關(guān)從"清除"位置撥到"開始"位置時，來自于圖2.3中的74LS279的輸出 1Q,即CTR=0，經(jīng)G3反相，

58、輸出為1，則555產(chǎn)生的時鐘信號CP能夠加到74LS192的CPD時鐘輸入端（圖中用CLCK表示接入到74LS192CPD端的信號），定時電路進(jìn)行遞減計時。同時，在定時時間未到時，則"定時到信號"為 1，門G2的輸出 =0，使 74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能①的要求。當(dāng)選手在定時時間內(nèi)按動搶答按鍵時，CTR＝1，經(jīng)G3反相，輸出為0，封鎖 CP信號，定時器處于保持工作狀態(tài)；同時，門G2的輸出 =1，74

59、LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能②的要求。當(dāng)定時時間到時，則"定時到信號"為0，/ST=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時，門G1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖時鐘CP信號，使定時電路保持00狀態(tài)不變，從而實現(xiàn)功能③的要求。</p><p><b>　　第四章 仿真分析</b></p><p>　　1.仿真軟件介紹 <

60、;/p><p>　　Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：①實現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、

61、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。②支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、MSP430系列、ARM7以及各種外圍芯片。③提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Kei

62、l C51 uVision2等軟件。④具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。</p><p>　　2.PROTEL 軟件介紹 </p><p>　　PROTEL：PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA軟件，在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當(dāng)之無愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設(shè)計者的首選軟件，它較早就在國內(nèi)開始使

63、用，在國內(nèi)的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設(shè)了課程來學(xué)習(xí)它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設(shè)計人才時在其條件欄上常會寫著要求會使用PROTEL。早期的PROTEL主要作為印制板自動布線工具使用，運行在DOS環(huán)境，對硬件的要求很低，在無硬盤286機(jī)的1M內(nèi)存下就能運行，但它的功能也較少，只有電路原理圖繪制與印制板設(shè)計功能，其印制板自動布線的布通率也低，而現(xiàn)今的PROTEL已發(fā)展到PROTEL99SE，是個龐大

64、的EDA軟件，完全安裝有200多M，它工作在WINDOWS95環(huán)境下，是個完整的板級全方位電子設(shè)計系統(tǒng)，它包含了電路原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印制電路板設(shè)計（包含印制電路板自動布線）、可編程邏輯器件設(shè)計、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server （客戶/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時還兼容一些其它設(shè)計軟件的文件格式，如ORCAD</p><p><b>　

65、　4.1搶答電路仿真</b></p><p>　　4.2定時器電路仿真</p><p>　　第五章 制作與調(diào)試</p><p>　　根據(jù)需求選擇電路的設(shè)計單元進(jìn)行組合，完成系統(tǒng)的原理圖設(shè)計與 PCB 設(shè)計，對制作好的 PCB 板，或準(zhǔn)備好的面包板，按照裝配圖或原理圖進(jìn)行器件裝配，裝配好之后進(jìn)行電路的調(diào)試。</p><p>&

66、lt;b>　　5.1制作搶答器</b></p><p>　　經(jīng)過一系列模擬仿真，確認(rèn)設(shè)計正確無誤之后，在面包板上安裝元件，并盡進(jìn)行焊接，制作搶答器實實物。</p><p><b>　　5.2電路調(diào)試</b></p><p><b>　　5.2.1通電準(zhǔn)備</b></p><p>　

67、　打開電源之前，先按照系統(tǒng)原理圖檢查制作好的電路板的通斷情況，并取下 PCB 上的集成塊，然后接通電源，用萬用表檢查板上的各點的電源電壓值，完好之后再關(guān)掉電源，插上集成塊。</p><p>　　5.2.2單元電路檢測</p><p><b>　　搶答電路 </b></p><p>　　把主持人的控制開關(guān)設(shè)置為“清除”位置，用萬用表檢查 RS

68、觸發(fā)器的 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。然后把主持人的控制開關(guān)撥到“開始”位置，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，給 8 路搶答端口即輸入端給上低電平的輸入信號，如當(dāng)有選手將按鍵按下時， 74LS148 的輸出 =010 ， =0 ，經(jīng) RS

69、鎖存器后， CTR=1 ， BI=1 ， 74LS279 處于工作狀態(tài)， 4Q3Q2Q=101 ， =0 ，經(jīng) RS 鎖存器后，出“ 5 ”。此外， CTR=1 ，使 74LS148 仍處于禁止工作狀態(tài)，其它按鍵的輸入信號不會被接收。 </p><p><b>　　定時電路 </b></p><p>　　用示波器檢查 555 的輸出波形是否為 1Hz 的方波信號，如不

70、是對 555 的外圍電路進(jìn)行調(diào)整達(dá)到要求為止 。 給 74LS192 的數(shù)據(jù)輸入端設(shè)定一次搶答的時間，如 35 秒（ 00110101 ）的八位數(shù)據(jù)。觀察顯示器的顯示時間是否進(jìn)行減一的計數(shù)。有問題按原理進(jìn)行修改。 </p><p><b>　　時序控制 </b></p><p>　　① 主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時，搶答電路和定時電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。 &l

71、t;/p><p>　　② 當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時，搶答電路和定時電路停止工作。 </p><p>　?、?當(dāng)設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時，同時搶答電路和定時電路停止工作。</p><p><b>　　5.3組裝調(diào)試</b></p><p>　　5.3.1元器件檢測</p><p>　　用數(shù)字集成電路測

72、試儀檢測所用的集成電路。通過查閱集成電路手冊，標(biāo)出電路圖中各集成電路輸入、輸出端的引腳編號。各元件是否完好無損。</p><p><b>　　5.3.2連接電路</b></p><p>　　按電路圖連接電路。先在電路板上插好各種器件。在插器件的時候，要注意器件的活口方向，同時要保證各管腳與插座接觸良好，管腳不能彎曲或折斷。指示燈的正、負(fù)極不能接反。在通電以前先用萬用表

73、檢查各器件的電源接線是否正確。</p><p><b>　　5.3.3電路調(diào)試</b></p><p>　　首先按照搶答器的功能進(jìn)行操作，若電路滿足要求，說明電路沒有故障。若某些功能不能實現(xiàn)，就要設(shè)法查找并排出故障，排出故障可按照信息流程的正向（由輸入到輸出）查找，也可以按信息流程逆向（右輸出到輸入）查找。</p><p><b>　

74、　1、顯示電路的調(diào)試</b></p><p>　　主要是由一塊74148和一塊7448芯片以一個七段LED數(shù)碼顯示器組成的.在調(diào)試時,可以在編碼器的各輸入端接上開關(guān),當(dāng)接上電源后,用各開關(guān)打開或斷開來判斷七段LED數(shù)碼顯示器是否顯示正常.</p><p><b>　　鎖存電路的調(diào)試</b></p><p>　　在調(diào)試鎖存電路時,我們

75、可以在各觸發(fā)器的Q端接上一個發(fā)光二極管,接上電源,主持人開關(guān)打開,任意按下一路搶答開關(guān),看其對應(yīng)的發(fā)光二極管是否亮,然后再按其它開關(guān),這時其它的二極管應(yīng)該不發(fā)亮則正常。其它二極管發(fā)光則不正常。</p><p><b>　　清零電路調(diào)試</b></p><p>　　清零是由主持人控制的.這個電路比較簡單,只有一個指示燈,當(dāng)主持人開關(guān)斷開時,指示燈通過接地連接到各觸發(fā)器的

76、清零端,這時七段LED數(shù)碼顯示器應(yīng)顯示為0,如果不為零則電路不正常.</p><p>　　第六章 總結(jié)與展望</p><p>　　搶答器一般分為電子搶答器和電腦搶答器。電子搶答器的中心構(gòu)造一般都是由搶答器由數(shù)字電子集成電路組成，其搭配的配件不同又分為，非語音非記分搶答器和語音記分搶答器。非語音記分搶答器構(gòu)造很簡單，就是一個搶答器的主機(jī)和一個搶答按鈕組成，在搶答過程中選手是沒有記分的顯示屏

77、。語音記分搶答器是由一個搶答器的主機(jī)、主機(jī)的顯示屏以及選手的記分顯示屏等構(gòu)成，具有記分等功能。電子搶答器多適用于學(xué)校和企事業(yè)單位舉行的簡單的搶答活動。電腦搶答器又分為無線電腦搶答器和有線電腦搶答器。無線電腦搶答器的構(gòu)成是由：主機(jī)和搶答器專用的軟件和無線按鈕。無線電腦搶答器利用電腦和投影儀，可以把搶答氣氛活躍起來，一般多使用于電臺等大型的活動。有線電腦搶答器也是由主機(jī)和電腦配合起來，電腦再和投影儀配合起來，利用專門研發(fā)的配套的搶答器軟件，

78、可以十分完美的表現(xiàn)搶答的氣氛。性能十分優(yōu)越，但造價高昂。</p><p>　　簡易邏輯數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。</p><p>　　通過PLC系統(tǒng)和單片機(jī)可以更好的實現(xiàn)搶答器的制作，但PLC系統(tǒng)造價高昂，用PLC設(shè)計搶答器就是大材小用

79、，而且嚴(yán)重浪費錢，單片機(jī)系統(tǒng)需要專業(yè)的編譯、燒錄系統(tǒng)，對專業(yè)知識的要求較高，故很少有人用單片機(jī)設(shè)計搶答器。而采用數(shù)字電路技術(shù)設(shè)計的搶答器與目前常用的搶答器相比，首先，電路連接簡單，為大多數(shù)功能單元都能通過數(shù)字電路和邏輯塊完成，第二，工作性能可靠，抗干擾能力優(yōu)于PLC、單片機(jī)搶答器。所以本設(shè)計是一個實用的工程設(shè)計，具有創(chuàng)新性。</p><p>　　搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種競賽、搶答場合中，它能迅速、客

80、觀地分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。早期的搶答器只有幾個三極管、可控硅、發(fā)光管等原件，能通過發(fā)光管的指示燈辨認(rèn)出選手的號碼?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機(jī)或數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號碼顯示、搶按前或搶按后的計時、選手得分顯示等功能。未來的搶答器可能還會出現(xiàn)系統(tǒng)自動發(fā)聲提示搶答隊伍的功能。</p><p>　　隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在的搶答器有著數(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

81、規(guī)模的知識競賽越來越多，操作簡單，經(jīng)濟(jì)實用的小型搶答器必將大有市場。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在論文完成之際，我首先向關(guān)心幫助和指導(dǎo)我的指導(dǎo)老師韓偉表示衷心的感謝并致以崇高的敬意！</p><p>　　在論文工作中，遇到了許多難以想象的問題，我一直以為我選的數(shù)字搶答器的題目很簡單，真正做起來難題卻是一個

82、接一個的涌來，幸好我一直得到韓偉老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，使我克服了一個個難題。韓偉老師以其淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實的工作作風(fēng)和她敏捷的思維給我留下了深刻的印象，我將終生難忘。在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻(xiàn)給一位平凡的人——我的老師。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人

83、以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心的點撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復(fù)疑無路,柳暗花明又一村”的感觸。 </p><p>　　在學(xué)校的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，回顧兩年多來的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，面對現(xiàn)在的收獲，我感到無限欣慰。為此，我向熱心幫助過我的所有老師和同學(xué)表示由衷的感謝!</p

84、><p>　　感謝我的爸爸媽媽，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！ </p><p>　　同時也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計的環(huán)境。 </p><p>　　最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計中曾經(jīng)幫助過我的

85、良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計中被我引用或參考的論著的作者。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　陳有卿編著.實用555時基電路300例[M].北京：中國電力工業(yè)出版社，2005</p><p>　　謝自美主編.電子線路設(shè)計·試驗·測試[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2003</p>

86、<p>　　閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）[M].北京：高等教育出版社，1998</p><p>　　朱定華,劉玉.單片機(jī)原理與接口技術(shù)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003</p><p>　　康光華.電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006</p><p>　　張忠全.電子技術(shù)基礎(chǔ)：實驗與課程設(shè)計[M].北京：中國電力工

87、業(yè)出版社，1999</p><p>　　單海校.電子綜合實訓(xùn)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2008</p><p>　　李銀華.電子線路設(shè)計指導(dǎo)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005</p><p>　　楊剛，周群.多路數(shù)顯搶答器[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2001</p><p>　　王毓銀．?dāng)?shù)字電路邏輯設(shè)計[M]．北京：高等

88、教育出版社，1999 </p><p>　　陳松．?dāng)?shù)字邏輯電路[M]．南京：東南大學(xué)出版社，2002 </p><p>　　李海，主編．74系列芯片手冊[M]．重慶大學(xué)出版社，1999年</p><p>　　附錄1 定時搶答器的主體邏輯電路圖</p>