智能搶答器的課程設計

1、<p>　　課程設計名稱： 電子技術課程設計 </p><p>　　題 目： 智能搶答器的設計 </p><p>　　專 業(yè)：電氣工程及其自動化</p><p><b>　　班 級： </b></p><

2、;p><b>　　姓 名： </b></p><p><b>　　學 號： </b></p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><p><b>　　一、設計題目</b></p><p><b>　　智能搶答

3、器的設計</b></p><p><b>　　二、設計任務</b></p><p>　　1.設計一個搶答器供4名選手參賽使用，他們的編號分別為1、2、3、4.分別用四個按鈕S1—S4控制，按鈕編號與參賽者編號一一對應，并設計一個系統(tǒng)清零和搶答控制開關S,此開關由主持人控制。</p><p>　　2.搶答器具有數(shù)據(jù)所存功能。即選手按動

4、按鈕后，鎖存相應編號，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時揚聲器發(fā)出警報聲響，主持人清零后，聲音提示停止。</p><p>　　3.搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行倒計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響。</p><p>　　4.參賽的選手在規(guī)定的時間內進行搶答，搶答有效則定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號并保持，直到主持人將系統(tǒng)清除為止。<

5、;/p><p>　　5.若定時時間已到，無人搶答的話，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，顯示器顯示0。</p><p><b>　　三、設計計劃</b></p><p>　　7月5日，查閱相關資料，熟悉題目和設計內容</p><p>　　7月6日，確定設計方案并進行具體設計準備階段</p><p>　

6、　7月7日，進行設計、修改</p><p>　　7月8日，編寫整理設計說明書，打印裝訂</p><p>　　7月9日，上午進行課程設計答辯</p><p><b>　　四、設計要求</b></p><p>　　1.自己獨立完成，條理清晰畫出電路原理圖</p><p>　　2.認真設計并寫好報告，附

7、有相關資料和圖紙，寫出心得體會</p><p><b>　　指 導 教師： </b></p><p><b>　　教研室主任： </b></p><p><b>　　時 間：</b></p><p><b>　　摘要</b></p><

8、;p>　　隨著我國經濟和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多競爭場合都要求有一個迅速且公正的競爭裁決，例如證券、股票交易以及各種娛樂節(jié)目的智力競賽等。而在各種答題競賽中往往分為幾組參加，參賽選手根據(jù)主</p><p>　　持人提出的問題，在規(guī)定的時間里進行搶答。對于搶答，要判定哪組先按鍵，為了公正，這就要有一種邏輯電路搶答器作為裁判員。本文介紹了一種利用數(shù)字電路實現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，具有很強的實用性。</p>&

9、lt;p>　　本產品采用了數(shù)字顯示器直接指示，自動鎖存顯示結果，并自動復位的設計思想，由數(shù)字電路以及外圍電路組成；在搶答同時附有聲音輸出接口，提示主持人此時已完成這次的搶答。與其他搶答器電路相比較有分辨時間極短、結構清晰、成本低、易操作、制作方便等優(yōu)點。</p><p>　　關鍵詞：競賽活動；搶答；鎖存；編碼譯碼；復位</p><p><b>　　目錄</b>&

10、lt;/p><p>　　0  引 言...............................................1</p><p>　　1 設計目的和指標 .....................................2</p><p>　　1.1設計目的............................

11、..............2</p><p>　　1.2 設計指標和要求 ...................................2</p><p>　　2 系統(tǒng)設計原理和方案分析..............................3</p><p>　　2.1電路組成原理 ........................

12、..............3</p><p>　　2.2設計思路...........................................3</p><p>　　2.2.1電路設計.........................................3</p><p>　　2.2.2單元電路設計.......................

13、..............3</p><p>　　2.3搶答器............................................4</p><p>　　2.3.1搶答器電路圖....................................4</p><p>　　2.3.2搶答器完成項目.........................

14、.........4</p><p>　　2.3.3主要功能介紹....................................5</p><p>　　3 各電路設計及工作分析 ...............................6</p><p>　　3.1定時電路設計與相關元器件 ......................

15、..6</p><p>　　3.2報警電路設計與相關元器件..........................7</p><p>　　3.3時序電路設計與相關元器件..........................7</p><p>　　4 總結與體會..........................................9</p>&l

16、t;p>　　致謝.................................................10</p><p>　　參考文獻 ..............................................11</p><p><b>　　0 引言</b></p><p>　　在科技高速發(fā)展的

17、21世紀，人才成為最重要的社會資源之一。競爭日益激烈，人才選拔，評選擇優(yōu)的活動越加頻繁，而在這些活動當中，往往分為幾組選手參加，根據(jù)主持人提出的問題，若用舉手的方式進行搶答，往往會因主持人判斷的誤差，造成比賽的不公平性。本著公平公正的原則，就需要有一種穩(wěn)定、準確的工具，因此智能搶答器應運而生，由于其準確性高、實用性強，所以得到迅速推廣，從最初的益智類節(jié)目，廣泛應用到各類活動、娛樂節(jié)目中。早期的搶答器只由幾個過三極管、可控硅、發(fā)光二極管等

18、組成，能通過發(fā)光二極管的指示辨認出選手號碼，而現(xiàn)在大多數(shù)搶答器是由單片機或數(shù)字集成電路組成。</p><p><b>　　1 設計目的及指標</b></p><p><b>　　1.1 設計目的</b></p><p>　　通過課程設計一個四人的搶答器和可調定時器，運用所學的數(shù)字電子技術的知識進行理論設計、安裝調試、后期制

19、作、分析總結等階段，為了提高電子技術方面的實踐技能，學習掌握工程設計的方法和組織實踐的基本技能。</p><p>　　1.2 設計指標和要求</p><p>　　1.設計一個可供4名選手參加比賽的智能搶答器。他們的編號分別為1、2、3、4各用一個搶答按鈕，編號與參賽者的號碼一一對應，此外還有一個系統(tǒng)清零和搶答控制開關，由主持人控制。</p><p>　　2.搶答器具

20、有數(shù)據(jù)鎖存的功能，并將鎖存的數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示出來，同時蜂鳴器發(fā)出間歇聲響。搶答開始，若有參賽者按動按鈕，編號立即鎖存，數(shù)碼管立即顯示出最先按動按鈕的選手所對應的編號，揚聲器給出聲音提示。</p><p>　　3.搶答器對搶答選手動作的先后有很強的分辨能力，即使他們的動作僅相差幾毫秒，也能分辨出搶答者的先后。即再按下任何一個搶答器開關均無效，指示燈依舊保持第一個開關按下時所對應的狀態(tài)不變，直到主持人將系統(tǒng)清零

21、為止。</p><p>　　4.主持人有控制開關，可以手動清零復位。主持人清零以后，聲音提示停止。</p><p>　　5.搶答器具有可調倒計時的功能，且倒計時的時間由主持人設定（如30 秒）。當主持人啟動“開始”鍵后，定時器進行倒計時，也可根據(jù)比賽的實際情況設計答題倒計時的時間。若定時搶答時間已到，仍沒有選手搶答，則本次搶答無效。系統(tǒng)揚聲器報警（音響持續(xù)0.5秒），并封鎖輸入編碼電路，禁

22、止選手超時后搶答，時間顯示器顯示0。</p><p>　　6.用555定時器產生頻率為1Hz的脈沖信號，作為定時計數(shù)器的CP信號</p><p>　　2 系統(tǒng)設計原理和方案分析</p><p>　　2.1 電路組成原理</p><p>　　根據(jù)功能要求，應設計有搶答電路、譯碼顯示電路、定時電路、報警電路、，各個電路都有其自己的功能。通過復位按

23、鍵S，電路進入就緒狀態(tài)，等待搶答。</p><p>　　首先由主持人發(fā)布搶答命令（按下S按鍵），在此同時發(fā)光二極管隨即變亮，當看到二極管亮，進入倒計時狀態(tài)和搶答狀態(tài)。在電路中“S1—S7”為4路搶答器的4個按鍵，如果有人按下按鍵，程序就會判斷是誰先按下的，然后從P2口輸出搶答者號碼的七段碼值，經GAL16V8驅動，送到碼管顯示，并封鎖鍵盤，保持剛才按鍵按下時刻的時間，禁止其他人按鍵的輸入，從而實現(xiàn)了搶答的功能。如

24、果在設定的時間中沒有一個人按下按鍵，一到時間，不可以搶答。當要進行下一次的搶答時，由主持人先按一下復位按鍵S，電路復位，進入下一次搶答的就緒狀態(tài)。</p><p><b>　　2.2 設計思路</b></p><p>　　2.2.1.電路設計</p><p>　　電路由選手開關電路、主持人開關電路、觸發(fā)鎖存電路、時間脈沖電路、搶答鑒別電路和顯示

25、電路組成。設計結構框圖如圖1：</p><p><b>　　圖1設計原理圖</b></p><p>　　2.2.2單元電路分析 </p><p><b>　　（1）選手開關</b></p><p>　　此電路由4個開關組成，四位搶答者通過各自的開關來實現(xiàn)搶答，給編碼器輸入高低電平，其中低電平為有效搶

26、答信號。 </p><p><b>　?。?）主持人開關</b></p><p>　　此電路由1個開關和一個1kΩ的電阻組成，主持人通過開斷開關控制整個電路開合。 </p><p><b>　?。?）觸發(fā)鎖存電路</b></p><p>　　此電路由D觸發(fā)器74LS175組成。它具有以下功能：<

27、;/p><p>　　1.清零功能(用集成觸發(fā)器清除端實現(xiàn)，由主持人輸入手動負脈沖控制)。</p><p>　　2.四個搶答鍵控制功能(有按鍵實現(xiàn))。</p><p>　　3顯示功能(用數(shù)字邏輯實驗箱中的發(fā)光二極管實現(xiàn))。</p><p>　　4.脈沖信號控制功能(由主持人輸入手動正脈沖控制)。</p><p><b&

28、gt;　　2.3搶答器</b></p><p>　　2.3.1 搶答器電路如圖2：</p><p><b>　　圖2搶答器電路</b></p><p>　　2.3.2搶答器完成項目：</p><p>　　1.優(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>

29、;<p>　　2.揚聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意；</p><p>　　3.控制電路要對輸入編碼電路進行封鎖，避免其他選手再次進行搶答；</p><p>　?。?）控制電路要使定時器停止工作，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，使系統(tǒng)回復到禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答。</p>&l

30、t;p>　?。?）定時搶答器，它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>　?。?）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，定時顯示器顯示設定的時間，當節(jié)目主持人宣布搶答題目后，說一聲“

31、搶答開始”，同時將控制開關撥到“開始”位置，揚聲器給出聲響提示，此時搶答器處于工作狀態(tài)，定時器開始倒計時。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。</p><p>　　2.3.3主要功能介紹</p><p>　　該部分主要完成兩個功能：一是分辨選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。選用優(yōu)先編碼器

32、74ls148和RS鎖存器可以完成上述功能。這個電路的工作原理過程：當主持人控制開關s置于“清零” 端時，RS觸發(fā)器的R非端均為0，4個觸發(fā)器輸出（Q4--Q1）全部置0，使74ls148的BI的非=0，顯示器燈滅：74LS148的選通輸入端ST的非=0，使之處于工作狀態(tài)，此時鎖存電路不工作。當主持人把開關S置于“開始”時，優(yōu)先編碼器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)，等待輸入端的信號，當有選手將鍵按下時（比如按下s

33、5），74LS148的輸出Y2Y1Y0的非=010，YEX的非=0，經RS鎖存后，CTR=1，BI的非=1，經74ls148譯碼后，顯示器顯示為“5”。此外，CRT=1,使74LS148的ST的非為高電平，封鎖其他按鍵的輸入。如果再次搶答需有主持人將S開關重新“清除”，電路復位。</p><p>　　3 各電路設計及工作分析</p><p>　　3.1 定時電路設計與相關元器件</p

34、><p>　　由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設定一次搶答的時間，通過預置時間電路對計數(shù)器進行預置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供?？深A置時間的電路選用十進制同步加減計數(shù)器74LS192進行設計。</p><p>　　搶答開始后，秒脈沖推動右邊的芯片開始倒記時，同時右邊芯片產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，經過非門后變

35、為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。74LS192具有下述功能：</p><p>　　(1)異步清零：CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000</p><p>　　(2)異步置數(shù)：CR=0，LD=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0</p><p>　

36、　(3)保持： CR=0，LD=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原態(tài)</p><p>　　(4)加計數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計數(shù) </p><p>　　(5)減計數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計數(shù)</p><p>　　555定時器內部結構的簡化原理圖如

37、下圖3所示，它由3個阻值為5k的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電BJT以及緩沖器G 組成。定時器的主要功能取決于比較器的輸出控制RS觸發(fā)器和放電BJT T的狀態(tài)。圖中Rd為復位輸入端，當Rd為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出Vo為低電平。因此在正常工作時，應將其接高電平。</p><p>　　由555定時器和三極管構成的報警電路如下圖所示。其中555構成多諧振蕩器。振蕩頻率

38、fo＝1．43／［（RI＋2R2）C］，其輸出信號經三極管推動揚聲器。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。</p><p><b>　　圖3 555定時器</b></p><p>　　3.2 報警電路設計與相關元器件如圖4:</p><p><b>　　圖4報警電路</b></p>

39、<p>　　3.3 時序控制（超時報警）電路設計與相關元器件如圖5所示：</p><p><b>　　圖5 時序電路</b></p><p>　　時序控制電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下三項功能：</p><p>　?、僦鞒秩藢⒖刂崎_關撥到"開始"位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進人正常搶答工作狀態(tài)。

40、 </p><p>　?、诋攨①愡x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。 </p><p>　?、郛斣O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。</p><p>　　其中，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的輸人使能端 。工作原理是：主持人控制開關從"清除"

41、;位置撥到"開始"位置時，來自于74LS279的輸出 1Q=0，經G3反相， A＝1，則時鐘信號CP能夠加到74LS192的CPD時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。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。當選手在定時時間內按動搶答鍵時，1Q＝1，經 G3反相， A＝0，封鎖 CP信號，定時器處于保持工作狀態(tài)；同時

42、，門G2的輸出 =1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能②的要求。當定時時間到時，則"定時到信號"為0， =1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答。同時， 門G1處于關門狀態(tài)，封鎖 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。集成單穩(wěn)觸發(fā)器74LS121用于控制報警電路及發(fā)聲的時間。</p><p><b>　　4 總結與體會</b>

43、;</p><p>　　本次課程設計經過5天的不懈努力，基本已經達到了預期的要求。這是我第一次進行課程設計，因而在很多方面都還不熟練，比如說對一些元器件的功能不太了解，所以就不能熟練運用。不過通過這次課程設計我學到了很多知識，以前還沒有弄明白的細節(jié)，這次已經都解決了，同時也加深了對數(shù)電、模電知識的理解，鞏固了我們所學的知識，有助于我們今后的學習?？傊?，這次課程設計我收獲很多，即為我以后的課程設計打好了基礎，也將為

44、自己的人生之路做好了鋪墊。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在這次設計過程中，各種各樣的感觸都有，設計前的不知所措與茫然，設計過程中的著急與煩躁，設計出來以后的激動與喜悅。往往很多問題在書本上我們會做，但是讓我自己設計出來還真是困難，不知道如何下手。但只要我不放棄、認真思考、敢于嘗試就會成功。</p><p>　　

45、感謝這次課程設計，讓我所學的理論知識不再是紙上談兵。感謝我的指導老師，是他給了我很大的幫助。剛開始的時候，我是一頭霧水不知道如何下手，在老師的耐心指導下，我一點一點明白了，老師幫我分析并告訴我一些基本流程，這讓我明白了好多。后來我又查找了很多資料，于是乎很多問題都解決了。再次感謝老師的耐心指導。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]

46、《數(shù)字電子技術基礎（第五版）》閻石主編，北京：高等教育出版社</p><p>　　[2]《常用電路模塊分析與設計指導》王松武等編著，清華大學出版社</p><p>　　[3]《數(shù)字電路設計與制作》湯山俊夫，科學出版社 </p><p>　　[4]《555定時器原理及實用電路集錦》楊兆選編著，天津大學出版社 </p><p>　　[5]《新型集