智力竞赛抢答器设计

项目任务书题目：智力竞赛抢答装置的设计与调试系部电子信息工程学院学科门类工学专业光电信息工程2014年12月15日智力竞赛抢答装置的设计与调试摘要随着科学技术的不断发展，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多样。抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频率较低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低，减少兴致。做为一个单位若专购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢答器损坏,再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展,因此设计了本抢答器。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。关键词：抢答电路定时电路报警电路时序控制目录一引言.......................................................................................................11.1课题来源及意义.........................................................................................21.2研究现状及趋势.........................................................................................3二系统设计...............................................................................................42.1概述.............................................................................................................5（阐述抢答器的系统原理，包括综述，组成框图及各部分介绍）2.2方案比较....................................................................................................6（总结各个方案的优缺点，比较几种方案）2.3方案确定....................................................................................................7（通过上节内容中的几种方案的比较，得出最优方案，并详细介绍）三电路设计与调试..................................................................................8（包括单元电路设计，参数计算，元器件选型，最终得出总电路图，并阐述调试方法与过程）四总结与展望..........................................................................................9（总结你的设计方案的优缺点，并提出改进方案）4.1总结..........................................................................................................104.2展望..........................................................................................................11参考文献................................................................................................12附录........................................................................................................13（附系统总体电路图，用正规软件绘制）一引言1.1课题来源及意义通过这次课程设计,了解简单多功能数字电路抢答器的组成原理，初步掌握数字电路抢答器的调整及测试方法，提高思考能力和实践能力。同时通过本课题设计，巩固已学的理论知识，建立逻辑数字电路的理论和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法。本论文通过参考大量文献对抢答器的工作原理做了系统介绍，通过详细的调查和权威技术资料及相关情报的收集，为学校等单位举行的简单的抢答活动提供了简单设计思路，对于企业了解抢答器产品生产技术及其发展状况十分有益。1.2研究现状与趋势随着我国经济和文化事业的发展，在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决，因此出现了抢答器。抢答器又称为第一信号鉴别器，其主要应用于各种知识竞赛、文艺活动等场合。抢答器一般是由很多电路组成的，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时，实现起来就更为困难，而且市面上出售的抢答器不仅价格昂贵，在中小城市也极难买到，这无疑给有意举办智力竞赛的单位带来了很大的不便。目前，传统普通抢答器主要存在以下缺陷：1、在一次抢答过程中，当出现超前违规抢答时，只能处理违规抢答信号，而对没有违规的有效抢答信号不能进行处理，因而使该次抢答过程变为无效。2、当有多个违规抢答时，普通抢答器或采用优先编码电路选择其中一个，或利用抢答电路电子元件的“竞争”选择其中一个。对于后者由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定。各路抢答信号的“竞争”能力也被固定，因而本质上也有优先权。普通抢答器存在不公平性。3、当有多个违规抢答时，普通抢答器只能“抓住”其中一个而出现“漏洞”。随着科技的发展，现在的抢答器有着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答器必将大有市场。因此，我选择简易逻辑数字抢答器这一课题。二系统设计2.1概述2.1.1基本要求：1.抢答器可以实现基本抢答；可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。2．给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。3．抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。2.1.2功能简述：根据对功能要求的简要分析，将定时抢答器电路分为主题电路和扩展电路两部分。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答器按钮时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答及报警功能。比赛开始时，接通电源，节目主持人将开关置于“清零”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器上显示设定时间。当节目主持人宣布“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，抢答器处于工作状态，定时器开始倒计时。若定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。若选手在定时时间内按动抢答按钮时，抢答器要完成以下四项工作：（1）优先编码器电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；（2）扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；（3）控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；（4）控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕时，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。2.2方案比较针对题目设计要求，经过分析与思考，拟定以下二种方案：方案一：该方案是将抢答按钮先直接与锁存器而不是优先编码器相连，将最先抢答的选手的编号锁定，再依次经过优先编码器、译码器和七段显示器，最后显示的是抢答选手的编号，经过优先编码器后的信号到单稳态触发器，单稳态触发器又与报警电路直接连接，所以显示编号的同时可以发出报警信号。另外由主持人控制开关和其他部分电路通过门电路实现对抢答电路、定时电路和报警部分电路的控制。主体框图如下：图1八路智力抢答器方案一设计框图方案二：主持人按动开始抢答的开关后，最先抢答的选手的电平信号先经过优先编码器，再依次经过数据锁存器，此时已经限制了其他选手的抢答，信号再经过译码器和七段数码显示器，将最先抢答的该选手的编号显示出来，并同时产生报警信号，到此完成的是抢答功能；如果没有人抢答，30秒减计数器减到00时也会发出报警信号，此是完成计时功能。主体框图如下：图2八路智力抢答器方案二设计框图2.3方案确定相比之下，第二种方案更好些。它的优点表现在以下几个方面：这种方案原理比较简单。主持人对整体电路的控制只需几个门电路就可完成，不必用特别的芯片来组成控制电路；更容易实现报警提示功能，在有选手抢答后或者计时开始和结束时。既减少了布线使整个电路更直观简单，又降低了产生错误的可能性。三电路设计与调试1.设计所使用的元件：元器件：74LS48三片，72LS192两片，74LS279、74LS148、74LS00、74LS11、555各一片，数码管三个，发光二极管一个，开关、电阻、电容若干，导线若干2.各个单元电路（1）抢答电路设计抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按按钮的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按钮操作无效。因此，选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279以及译码显示电路完成上述功能。抢答器电路工作原理：SW1-8为八位选手的抢答开关，SW9单刀双掷开关设为主持人控制开关。当主持人控制开关置于清零状态时，RS触发器的R端为低电平，输出端全部为低电平。于是74LS48的BI为高，显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST为高电平，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。当SW9置于开始状态，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态。74LS279的1R、1S均为高电平，由真值表可知，输出1Q为低电平，从而使74LS148输入使能端为低电平有效，即抢答器处于等待工作状态。若有选手（假设为3号选手）按动抢答开关（即闭合SW4），此时优先编码器74LS148输入端I3接低电平有效，则输出A2A1A0为100，A2A1A0分别接至4S、3S、2S，根据RS锁存器真值表，2Q3Q4Q输出分别为110，从而74LS48的输入端DCBA为0011，经74LS48译码，显示器上显示“3”。与此同时，当74LS148输入端有一个为低电平时，GS为低电平有效，即标志译码器处于工作状态，从而使1S为0，此时1Q输出为高电平，致使EI为高电平，74LS148处于禁止工作状态，其他选手抢答按钮的输入信号不会被接受。这就保证了抢答者优先性以及抢答电路的准确性。抢答结束后，主持人开关置于清零状态，数码管变灰，一切恢复初始状态，以便进入下一轮抢答环节。（2）定时电路设计设计要求抢答器具有定时功能，且节目主持人根据抢答题的难易程度，可设定一次抢答的时间（设为30s）。设计中选用十进制同步加/减计数器74LS192进行设计，74LS192是具有置