數(shù)顯搶答器的設(shè)計與制作

1、<p>　　數(shù)顯搶答器的設(shè)計與制作</p><p>　　摘要 ：經(jīng)過本組成員的實驗和討論，研究出了一種采用數(shù)字電路制作的多功能數(shù)顯搶答器，它主要采用了74系列的常用集成電路，它除了具有基本的搶答功能之外，還具有定時報警的功能，和數(shù)顯的功能，當搶答開始后，系統(tǒng)會自動倒計時，并且時間是可以預(yù)設(shè)的，期間有人搶答的話系統(tǒng)會停止計時，如果期間沒人搶答，系統(tǒng)會有短暫的報警，提示搶答結(jié)束。</p>

2、;<p>　　關(guān)鍵字： 單片機、PLC、搶答、報警、數(shù)顯</p><p><b>　　一、 設(shè)計目的</b></p><p>　　在電視和學(xué)校中我們會經(jīng)?？吹揭恍┲橇尨鸬墓?jié)目，如果要是讓搶答者用舉手等方法，主持人很容易誤判，會造成搶答的不公平，比賽中為了準確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，所設(shè)計的搶答器通常由數(shù)碼顯示、燈光、音響等多種手段指示

3、出第一搶答者。為了使這種不公平不發(fā)生，只有靠電子產(chǎn)品的高準確性來保障搶答的公平性。</p><p><b>　　二、 方案</b></p><p>　　制作搶答器可以用好多的方法，可以用單片機來完成，它的功能強大制作簡單，并且外圍的元件也很少；也可以用PLC來實現(xiàn)，他的制作也是比較簡單；還可以用我們學(xué)過的EDA技術(shù)來制作；最后也可以用數(shù)字電路來實現(xiàn)，它的原理比較簡單，

4、集成塊的價格也比較便宜且很容易購買，與我們學(xué)完的〈〈數(shù)字電路〉〉聯(lián)系緊密，能將我們所學(xué)知識用于實際，對鞏固所學(xué)知識有重要意義，用了一些成型電路，如NE555標準秒脈沖電路等，使總體方案易于實現(xiàn)。</p><p>　　方案一〈采用數(shù)字電路〉</p><p><b>　　1、原理方框圖</b></p><p>　　定時搶答器的總體框圖如圖1所示，它

5、由主體電路和擴展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當選手按動搶答鍵時，能顯示選手的編號，同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴展電路完成定時搶答的功能。</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　圖1所示的定時搶答器的工作過程是：接通電源時，節(jié)目主持人將開關(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，定時顯示

6、器顯示設(shè)定的時間，當節(jié)目主持人宣布“搶答開始”，同時將控制開關(guān)撥到“開始”位置，揚聲器給出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，定時器倒計時。當定時時間到，卻沒有選手搶答時，系統(tǒng)報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。當選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，搶答器要完成以下四項工作：</p><p>　?、賰?yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號，并由鎖存器進行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號；</p><p&g

7、t;　?、趽P聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意；</p><p>　?、劭刂齐娐芬獙斎刖幋a電路進行封鎖，避免其他選手再次進行搶答；</p><p>　?、芸刂齐娐芬苟〞r器停止工作，時間顯示器上顯示剩余的搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答。</p><p>　　方案二〈采

8、用單片機〉</p><p><b>　　1、原理方框圖</b></p><p>　　此電路完成的功能如圖2所示，當主持人宣布搶答開始的時候，按下開始按鈕，此時電路進入搶答狀態(tài)，選手的輸入采用了掃描式的輸入，之后把相應(yīng)的信息送往單片機，再由單片機輸出到顯示輸出電路中。此時有人第一按下相應(yīng)的搶答按鈕，經(jīng)過單片機的控制選擇，在八段顯示器上顯示相應(yīng)的號碼，并鎖存，同時禁止其他

9、按鈕的輸入。</p><p><b>　?。▓D2）</b></p><p>　　方案三〈采用PLC〉</p><p><b>　　1、原理方框圖</b></p><p>　　此電路的功能如圖3所示，當主持人打開啟動開關(guān)后，在設(shè)定時間TO 內(nèi)，如果某組搶先按下?lián)尨鸢粹o，則驅(qū)動音效電路①發(fā)出聲響，指示燈

10、LI亮，并且在8段數(shù)碼管顯示器上顯示出搶答成功的組號，此時電路實現(xiàn)互鎖，其他組再按下?lián)尨鸢粹o為無效;</p><p>　　如果在時間TO內(nèi)，無人應(yīng)答，則驅(qū)動音效電路②發(fā)出聲響，指示燈L2亮，表示搶答者均放棄該題;</p><p>　　在搶答成功后，主持人打開限時開關(guān)SW2，啟動計時器，在設(shè)定的時間TI 內(nèi)回答有效，當?shù)竭_設(shè)定時間TI時，驅(qū)動音效電路③，指示燈L3亮，表示答題時間到。<

11、/p><p><b>　　（圖3）</b></p><p><b>　　三、 方案選擇</b></p><p>　　通過上面的方案比較，數(shù)字電路的制作方案比較容易實現(xiàn)，并且在原理方面也是比較簡單，所以我選擇采用第一種方案來完成搶答器電路。</p><p>　　四、 設(shè)計系統(tǒng)功能 </p&

12、gt;<p><b>　　1.基本功能：</b></p><p>　?。?）同時供8名選手比賽，分別用8個按鈕S0 ~ S7表示。</p><p>　　（2）設(shè)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。</p><p>　　（3）搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，揚聲器發(fā)出聲響提示，并在七段數(shù)碼管

13、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。</p><p><b>　　2.擴展功能：</b></p><p>　?。?）搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如30秒）。當主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時。</p><p>　?。?）參賽選手在設(shè)定的時間

14、內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。在這段（3）如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。</p><p>　　五、 各部分單元電路的設(shè)計</p><p>　?。ǎ保尨鹌鞯闹黧w電路設(shè)計</p><p>　　搶答電路的功能有兩個：一是能分辨出選手按

15、鍵的先后，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)先編碼器74148和DFF鎖存器可以完成上述功能，其電路組成如圖4所示。其工作原理是：當主持人控制開關(guān)處于“清除”位置時，RS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 =0，顯示器滅燈；74148的選通輸入端 =0，74LS148處于工作狀態(tài)，此時鎖存電路不工作。當主持人開關(guān)撥到“開始”位置時，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路

16、同時處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端 7... 0輸入信號，當有選手將鍵按下時(如按下S5)，74LSl48的輸出=010， =0，經(jīng)RS鎖存器后，CTR=l， =1，74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101，經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器顯示出“5”。此外，CTR=1，使74l48的端為高電平，74LSl48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，74LSl48的為高電平，但由于CTR維持高電

17、平不變，所以74LSl48仍處于禁止工作狀態(tài)，其它按鍵的輸入信號不會被接收。這就</p><p><b>　?。▓D4）</b></p><p>　　74LS148為8線－3線優(yōu)先編碼器，表1為其功能表。</p><p>　　表1  74LS148的功能真值表</p><p><b>　　（２）定時電路

18、設(shè)計</b></p><p>　　原理及設(shè)計：該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制同步加減計數(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5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)，由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時間，通過預(yù)

19、置時間電路對計數(shù)器進行預(yù)置，如果要設(shè)置為30S，就可以在計數(shù)器的預(yù)置數(shù)控制端輸入00110000。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)碼顯示管上，當有人搶答時，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，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。具體電路如圖5所示。</p><p><b>　?。▓D5）&l

20、t;/b></p><p>　　秒脈沖產(chǎn)生電路：秒脈沖由NE555提供，它的的3端輸出的脈沖的頻率為</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?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?lt;/p><p>

21、;　　（３）報警電路的設(shè)計</p><p>　　采用555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖6所示。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，   </p><p>　　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，當PR為低電平的時候，電路停振。</p><p><b>　?。▓D6）</b><

22、;/p><p>　　（4）時序控制電路設(shè)計</p><p>　　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（即圖二中的5端）。圖7的工作原理是：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中的74LS279的輸出 1Q,即CTR=0，經(jīng)G3反相，輸出為1，則NE555產(chǎn)生的時鐘信號CP能夠加

23、到74LS192的CPD時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。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)。當選手在定時時間內(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 =1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)。當定時時間到時，則"定時到信號"為0，/ST=1，74LS148處于禁止

24、工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答。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，此次搶答結(jié)束。</p><p><b>　?。▓D7）</b></p><p>　　集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121用于控制報警電路及發(fā)聲的時間（其功能表見表2）,具體原理如下：主要由555時鐘電路（用于控制報警聲音頻率）、蜂鳴器即相關(guān)的延時電路和控制電路組成。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

25、74121通過信號/Ys、BO2、S控制報警與否和報警時間，555時鐘電路產(chǎn)生脈沖時鐘。在規(guī)定的時間有人搶答時，/Ys由1跳變到0，74121有狀態(tài)2，即Q輸出暫態(tài)高電平，蜂鳴器連續(xù)發(fā)聲報警，持續(xù)時間為 =2.15秒；如果在規(guī)定時間內(nèi)無人搶答，BO2由1跳變到0，74121有狀態(tài)1，Q輸出暫態(tài)高電平，蜂鳴器連續(xù)發(fā)聲報警持續(xù)時間為結(jié)合圖6所示報警電路，分析 計算如下： 。取C＝100uF, R=25K,。有＝2.15秒。（原理圖見圖8）

26、</p><p><b>　?。▓D8）</b></p><p>　　表2 74121功能表</p><p><b>　　(6) 電源電路</b></p><p>　　電源電路采用三端集成線性穩(wěn)壓集成塊，L7805CV，因為它的外圍電路比較簡單，并且工作比較穩(wěn)定，很適合74系列的集成塊。它的穩(wěn)壓精度為

27、2%，工作電流1.5A，封裝為TO-220(A)，工作溫度也很不錯，并且具有過溫保護和短路保護，最大輸入電壓為35V，能對電路的長時間工作有很大的保障。</p><p><b>　　六、 總結(jié)</b></p><p><b>　　結(jié)束語：</b></p><p>　　經(jīng)過小組認真透徹的分析，還有指導(dǎo)老師的專業(yè)指導(dǎo)，我們覺得

28、，這次的小組實驗相當成功。不僅僅讓我們對大學(xué)三年所學(xué)習的東西再次鞏固，而且還讓我們增強了團隊協(xié)作的意識，同時，在老師的教導(dǎo)下，也讓我們了解到自己的知識范圍還有很多不足之處，再次感謝老師的教導(dǎo)。在這次的畢業(yè)設(shè)計中，我發(fā)現(xiàn)了自己不足之處，主要表現(xiàn)在以下幾點：</p><p>　　對平時所學(xué)的知識掌握不牢固,沒有及時的用于實踐中。</p><p>　　平時的動手操作比較少。</p>

29、<p>　　沒有根據(jù)所學(xué)的知識更廣的去擴展。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。下面我對整個畢業(yè)設(shè)計的過程做一下簡單的總結(jié)。</p><p>　　第一，接到任務(wù)以后進行選題。選題是畢業(yè)設(shè)計的開端，選擇恰當?shù)?、感興趣的題目，這對于整個畢業(yè)設(shè)計是否能夠順利進行關(guān)系極大。好比走路，這開始的第一步是具有決定意義的，第一步邁向何方，

30、需要慎重考慮。否則，就可能走許多彎路、費許多周折，甚至南轅北轍，難以到達目的地。因此，選；題時一定要考慮好了。</p><p>　　第二，題目確定后就是找資料了。查資料是做畢業(yè)設(shè)計的前期準備工作，好的開端就相當于成功了一半，到圖書館、書店、資料室去雖說是比較原始的方式，但也有可取之處的?？傊还芡ㄟ^哪種方式查的資料都是有利用價值的，要一一記錄下來以備后用。</p><p>　　第三，通過

31、上面的過程，已經(jīng)積累了不少資料，對所選的題目也大概有了一些了解，這一步就是在這樣一個基礎(chǔ)上，綜合已有的資料來更透徹的分析題目。</p><p>　　第四，有了研究方向，就應(yīng)該動手實現(xiàn)了。其實以前的三步都是為這一步作的鋪墊。</p><p>　　通過這次設(shè)計，我對數(shù)字電路設(shè)計中的邏輯關(guān)系等有了一定的認識，對以前學(xué)的數(shù)字電路又有了一定的新認識，溫習了以前學(xué)的知識，就像人們常說的溫故而知新嘛，但

32、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，但是通過一些資料又重新的溫習了一下數(shù)字電路部分的內(nèi)容。</p><p><b>　　致謝：</b></p><p>　　在此要感謝我的指導(dǎo)老師，感謝老師給我這樣的機會鍛煉。在整個畢業(yè)設(shè)計過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習工作生活有非常重要的影響。

33、而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個項目還不是很完善，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。</p><p><b>　　【參考文獻】</b></p><p>　　[1]《模擬電子技術(shù)》 江曉安編著；西安電子科技大學(xué)出版社</p><p>　　[2]《數(shù)字電