數(shù)顯搶答器的設(shè)計(jì)與制作

1、<p>　　數(shù)顯搶答器的設(shè)計(jì)與制作</p><p>　　摘要 ：經(jīng)過(guò)本組成員的實(shí)驗(yàn)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(shí)報(bào)警的功能，和數(shù)顯的功能，當(dāng)搶答開(kāi)始后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)倒計(jì)時(shí)，并且時(shí)間是可以預(yù)設(shè)的，期間有人搶答的話系統(tǒng)會(huì)停止計(jì)時(shí)，如果期間沒(méi)人搶答，系統(tǒng)會(huì)有短暫的報(bào)警，提示搶答結(jié)束。</p>

2、;<p>　　關(guān)鍵字： 單片機(jī)、PLC、搶答、報(bào)警、數(shù)顯</p><p><b>　　一、 設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　在電視和學(xué)校中我們會(huì)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(huì)造成搶答的不公平，比賽中為了準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，所設(shè)計(jì)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(zhǔn)確性來(lái)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(jī)來(lái)完成，它的功能強(qiáng)大制作簡(jiǎn)單，并且外圍的元件也很少；也可以用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)，他的制作也是比較簡(jiǎn)單；還可以用我們學(xué)過(guò)的EDA技術(shù)來(lái)制作；最后也可以用數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，它的原理比較簡(jiǎn)單，

4、集成塊的價(jià)格也比較便宜且很容易購(gòu)買(mǎi)，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(shí)用于實(shí)際，對(duì)鞏固所學(xué)知識(shí)有重要意義，用了一些成型電路，如NE555標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖電路等，使總體方案易于實(shí)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(shí)搶答器的總體框圖如圖1所示，它

5、由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開(kāi)始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，能顯示選手的編號(hào)，同時(shí)能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能。</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　圖1所示的定時(shí)搶答器的工作過(guò)程是：接通電源時(shí)，節(jié)目主持人將開(kāi)關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)顯示

6、器顯示設(shè)定的時(shí)間，當(dāng)節(jié)目主持人宣布“搶答開(kāi)始”，同時(shí)將控制開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置，揚(yáng)聲器給出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，搶答器要完成以下四項(xiàng)工作：</p><p>　?、賰?yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號(hào)；</p><p&g

7、t;　?、趽P(yáng)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?duì)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>　?、芸刂齐娐芬苟〞r(shí)器停止工作，時(shí)間顯示器上顯示剩余的搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當(dāng)選手將問(wèn)題回答完畢，主持人操作控制開(kāi)關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。</p><p>　　方案二〈采

8、用單片機(jī)〉</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(dāng)主持人宣布搶答開(kāi)始的時(shí)候，按下開(kāi)始按鈕，此時(shí)電路進(jìn)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(jī)，再由單片機(jī)輸出到顯示輸出電路中。此時(shí)有人第一按下相應(yīng)的搶答按鈕，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的控制選擇，在八段顯示器上顯示相應(yīng)的號(hào)碼，并鎖存，同時(shí)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(dāng)主持人打開(kāi)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)后，在設(shè)定時(shí)間TO 內(nèi)，如果某組搶先按下?lián)尨鸢粹o，則驅(qū)動(dòng)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(hào)，此時(shí)電路實(shí)現(xiàn)互鎖，其他組再按下?lián)尨鸢粹o為無(wú)效;</p><p>　　如果在時(shí)間TO內(nèi)，無(wú)人應(yīng)答，則驅(qū)動(dòng)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(kāi)限時(shí)開(kāi)關(guān)SW2，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，在設(shè)定的時(shí)間TI 內(nèi)回答有效，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定時(shí)間TI時(shí)，驅(qū)動(dòng)音效電路③，指示燈L3亮，表示答題時(shí)間到。<

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

12、gt;<p><b>　　1.基本功能：</b></p><p>　?。?）同時(shí)供8名選手比賽，分別用8個(gè)按鈕S0 ~ S7表示。</p><p>　?。?）設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開(kāi)關(guān)S，該開(kāi)關(guān)由主持人控制。</p><p>　?。?）搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響提示，并在七段數(shù)碼管

13、上顯示選手號(hào)碼。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。</p><p><b>　　2.擴(kuò)展功能：</b></p><p>　?。?）搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)"開(kāi)始"鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。</p><p>　　（2）參賽選手在設(shè)定的時(shí)間

14、內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。在這段（3）如果定時(shí)時(shí)間已到，無(wú)人搶答，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。</p><p>　　五、 各部分單元電路的設(shè)計(jì)</p><p>　?。ǎ保尨鹌鞯闹黧w電路設(shè)計(jì)</p><p>　　搶答電路的功能有兩個(gè)：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(hào)，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無(wú)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(dāng)主持人控制開(kāi)關(guān)處于“清除”位置時(shí)，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(shí)鎖存電路不工作。當(dāng)主持人開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置時(shí)，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路

16、同時(shí)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(hào)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)(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(dāng)按下的鍵松開(kāi)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(hào)不會(huì)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(shí)電路

18、設(shè)計(jì)</b></p><p>　　原理及設(shè)計(jì)：該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個(gè)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(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過(guò)譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)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(shí)間，通過(guò)預(yù)

19、置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，如果要設(shè)置為30S，就可以在計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù)控制端輸入00110000。時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計(jì)數(shù)器開(kāi)始減法計(jì)數(shù)工作，并將時(shí)間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管上，當(dāng)有人搶答時(shí)，停止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間；如果沒(méi)有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，輸出低電平到時(shí)序控制電路，控制報(bào)警電路報(bào)警，同時(shí)以后選手搶答無(wú)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(shí)際經(jīng)驗(yàn)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、;　?。ǎ常﹫?bào)警電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　采用555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)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(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器。PR為控制信號(hào)，當(dāng)PR為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，當(dāng)PR為低電平的時(shí)候，電路停振。</p><p><b>　?。▓D6）</b><

22、;/p><p>　　（4）時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　與門(mén)G1 的作用是控制時(shí)鐘信號(hào)CP的放行與禁止，門(mén)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(kāi)關(guān)從"清除"位置撥到"開(kāi)始"位置時(shí)，來(lái)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(shí)鐘信號(hào)CP能夠加

23、到74LS192的CPD時(shí)鐘輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)。同時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，則"定時(shí)到信號(hào)"為 1，門(mén)G2的輸出 =0，使 74LS148處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答按鍵時(shí)，CTR＝1，經(jīng)G3反相，輸出為0，封鎖 CP信號(hào)，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門(mén)G2的輸出 =1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，則"定時(shí)到信號(hào)"為0，/ST=1，74LS148處于禁止

24、工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時(shí)，門(mén)G1處于關(guān)門(mén)狀態(tài)，封鎖時(shí)鐘CP信號(hào)，使定時(shí)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(bào)警電路及發(fā)聲的時(shí)間（其功能表見(jiàn)表2）,具體原理如下：主要由555時(shí)鐘電路（用于控制報(bào)警聲音頻率）、蜂鳴器即相關(guān)的延時(shí)電路和控制電路組成。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

25、74121通過(guò)信號(hào)/Ys、BO2、S控制報(bào)警與否和報(bào)警時(shí)間，555時(shí)鐘電路產(chǎn)生脈沖時(shí)鐘。在規(guī)定的時(shí)間有人搶答時(shí)，/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(bào)警，持續(xù)時(shí)間為 =2.15秒；如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無(wú)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(bào)警持續(xù)時(shí)間為結(jié)合圖6所示報(bào)警電路，分析 計(jì)算如下： 。取C＝100uF, R=25K,。有＝2.15秒。（原理圖見(jiàn)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?yàn)樗耐鈬娐繁容^簡(jiǎn)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T(mén)O-220(A)，工作溫度也很不錯(cuò)，并且具有過(guò)溫保護(hù)和短路保護(hù)，最大輸入電壓為35V，能對(duì)電路的長(zhǎng)時(shí)間工作有很大的保障。</p><p><b>　　六、 總結(jié)</b></p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)：</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)小組認(rèn)真透徹的分析，還有指導(dǎo)老師的專業(yè)指導(dǎo)，我們覺(jué)得

28、，這次的小組實(shí)驗(yàn)相當(dāng)成功。不僅僅讓我們對(duì)大學(xué)三年所學(xué)習(xí)的東西再次鞏固，而且還讓我們?cè)鰪?qiáng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作的意識(shí)，同時(shí)，在老師的教導(dǎo)下，也讓我們了解到自己的知識(shí)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(jì)中，我發(fā)現(xiàn)了自己不足之處，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：</p><p>　　對(duì)平時(shí)所學(xué)的知識(shí)掌握不牢固,沒(méi)有及時(shí)的用于實(shí)踐中。</p><p>　　平時(shí)的動(dòng)手操作比較少。</p>

29、<p>　　沒(méi)有根據(jù)所學(xué)的知識(shí)更廣的去擴(kuò)展。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。下面我對(duì)整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程做一下簡(jiǎn)單的總結(jié)。</p><p>　　第一，接到任務(wù)以后進(jìn)行選題。選題是畢業(yè)設(shè)計(jì)的開(kāi)端，選擇恰當(dāng)?shù)?、感興趣的題目，這對(duì)于整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)是否能夠順利進(jìn)行關(guān)系極大。好比走路，這開(kāi)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(fèi)許多周折，甚至南轅北轍，難以到達(dá)目的地。因此，選；題時(shí)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(jì)的前期準(zhǔn)備工作，好的開(kāi)端就相當(dāng)于成功了一半，到圖書(shū)館、書(shū)店、資料室去雖說(shuō)是比較原始的方式，但也有可取之處的?？傊还芡ㄟ^(guò)哪種方式查的資料都是有利用價(jià)值的，要一一記錄下來(lái)以備后用。</p><p>　　第三，通過(guò)

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

32、在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，遇到了很多的問(wèn)題，有一些知識(shí)都已經(jīng)不太清楚了，但是通過(guò)一些資料又重新的溫習(xí)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(jī)會(huì)鍛煉。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹(shù)立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。

33、而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個(gè)項(xiàng)目還不是很完善，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。</p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】</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