多路多功能抢答器的设计30打印用

1、汉口学陵i学士学往论文题目：多路多功能抢答器的设计学生姓名：叶壮学 号：2012952054专业名称：机械电子专业指导教师姓名：陈爱菊指导教师职称：副教授二0 15 年4月24日汉i学院学士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本 人承枳。学位论文作者签名：日期：年 月 日学位论文版权使用授权书木学位论文作者完全y解学校省关保障、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件

2、和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。本学位论文属于1、保密，在年解密后适用木授权书。2、不保密（请在以上相应方框内打“v”）学位论文作者签名：h期：年月导师签名：日期：年月内容摘要1® 1abstarct1key words1 1系统的概述21.1课题研究的和关背景21.2选题的目的和意义21.3课题研究的内容22抢答器的系统概述32.1系统的主要功能简介32.2抢答器的工作原理简介42.3抢答器系统的需求分析63抢答器的电路设计63.1抢

3、答器的总体结构63.2电路选择73.3单元电路设计73.4 555多谐振荡器的脉冲波形阁133.5电路元件选择144总结与展帮15参考文献17致谢19内容摘耍：当今社会，随着现代科技的不断发展，促使人们学习知识的途 径呈现多样化，凶此知识竞赛也举办的越来愈多，而抢答器在各种竞赛中的出现, 也是竞赛屮不可少的亮点之-。但普通抢答器要么制作复杂成木较高，要么功能 单一，容易影响到参赛选手的兴致。因此设计了本抢答器。多路抢答器的主体电路分为两部分:主持人的报警控制电路和参赛选手的由 编码电路锁存器和译码电路组成的输出电路。多路抢答器的扩展电路则由定时电 路和编译电路组成，用于处理输出信号，然后将结果

4、在显示器上显示。本文将以 74系列集成电路为基础进行多路抢答器的设计，整个电路成木低廉、安装方便， 反应灵敏，功能较强。关键字:多路抢答器；抢答电路；锁存器。abstarct:nowadays, with the development of modern science andtechnology, encourage people to learn ways of diversified knowledge, therefore knowledge contest also held increasingly more, and responder appear in various co

5、mpetitions, but also the essential highlights of the race one. but ordinary responder or higher production costs of complex, or single function, easily affect the contestant's interest. so the design of the responder.multiple responder main circuit is divided into two parts: the host of the alar

6、m control circuit and the output circuit of the contestants by the encoding and decoding circuit latch circuit thereof. multiple responder extension circuit by the timing circuit and compiling circuit for processing the output signal, and displays the results on the display. this design will be 74 s

7、eries of integrated circuit based on multi-channel responder, the whole circuit has the advantages of low cost, convenient installation， sensitive reaction and strong function. keywords:multiple responder ;responder circuit;latch.1系统的概述1.1课题研究的相关背景现如今科技已经成为社会的第一发展力，为了促使大众更加积极的学习、掌 握某类知识，掀起社会的学习热潮，智力

8、竞赛举办越来越多。而抢答作为智力竞 赛中常有的一环，如何保证其公平性成为了重难点，为避免人的主观判断影响其 公平性，抢答器响应需求发明了出來。抢答器作为一种智力竞赛常用工具，在使用过程中，能较为准确公正直观的 分辨出获得优先发言权的参赛选手。早期的抢答器只能大致显示岀抢答选手号 码，无法妞示出其他更多的信息。而今多路智力竞赛抢答器多使用集成电路，并 在原冇的基础上增添了许多新功能，能更方便裁判进行判断，使得比赛更具娱乐 性和公正性。科技的进步带来的是各种工具的愈加方便，这就必然提高了工具的成本。 而今各种竞赛日益频繁，功能差不多，成木更低的智力竞赛抢答器的需求量必会 增加，因此我选择多路智力竞

9、赛抢答器这一课题。多路抢答器主耍由主持人的报警控制电路和参赛选手控制的输出电路这两 大部分组成，其中参赛选手控制的输出电路主要由编码电路锁存器和译码电路组 成。多路抢答器的扩展电路则由定吋电路和编译电路组成，用于处理输出信号， 然后将结果在显示器上显示。1.2选题的目的和意义这次毕业设计的主耍目的是设计一个多路多功能抢答器，从而了解抢答器的 基本组成原理，掌握抢答器电路的构成与组装，巩固自己的理论知识和増加自己 的动手能力，同吋结合以上内容，加深自己对抢答器各部分电路的影响与联系， 从而巩固自己的所学知识。本论文主耍对多路抢答器的电路进行了介绍，通过各种参考文献为抢答器提 供了简单的设计电路，

10、从而能使更多的人了解多路智力竞赛抢答器的设计思路和技术发展。1.3课题研究的内容木多路抢答器功能主要要求如下：4名参赛选手身前各置奋一个抢答按钮， 编号分别为1234这四个编号，主持人则有一个控制按钮，可以控制比赛的抢答 开始和重置上一轮抢答的数据从而开始t一轮抢答。主持人按下抢答开始的按钮 盾，计数器显示10秒的时间并开始进入倒计时，当选手跟着按卜抢答按钮时， 选手编号被锁存器锁存，同时在抢答显示器上显示该选手编号，以及扬声器给出 音响提示，封锁抢答电路，禁止其他选手抢答。若选手成功抢答，扬声器响，停 止倒计时，抢答显示器敁示出选手编号，定时.显示器妞示抢答剩余时问，直到到 主持人通过控制按

11、钮清零。若抢答失败，封锁解除，其他选手可以丌始抢答。如 采定时显示器归零盾，没宥选手按卜*抢答按钮，则主持人宣亦此轮抢答无效，扬 声器进行报警，封锁抢答电路，无法进行信号的输入和输出，防止选手超时后继 续抢答。经过各类参考文献对比，多路抢答器比目前的主流抢答器成本更为低廉，可 靠性强，具有良好的发展前景。木论文章节的结构和内容如卜*:第一章：络论。简单说明了抢答器的工作原理和发展前景。第二章:抢答器系统概述。说明y多路抢答器的主要工作原理和基木电路图。 第三章：抢答器的电路的设计。说明了多路抢答器的总体结构，并列出了各部分之间的电路组成。第四章：总结与展望。对本次设计进行回顾，对多路抢答器指出

12、问题，提出 改意见，展错未來。2抢答器的系统概述2.1系统的主要功能简介电子抢答器的主耍功能冇：4名选手各宥一个抢答按钮，编号分别为1234,主持人宥一个控制按钮，可以控制抢答幵始和数据归零。主持人按卜*抢答幵始的按钮盾，计数器显示10秒 的吋间并开始进入倒计吋，当选手跟着按下抢答按钮时，选手编号被锁存器锁存, 同吋在抢答显示器上显示该选手编号，以及扬声器给出音响提示，封锁抢答电路， 禁止其他选手抢答。若选手抢答成功，扬声器响，停止倒计时，抢答敁示器敁示 选手编号，定时显示器显示剩余时间，保持到主持人清零为止。若抢答失败，封 锁解除，其他选手可以开始抢答。如果定时显示器归零石，没宥选手按卜&#

13、39;抢答按 钮，则主持人宣布此轮无效，扬声器进行报警，封锁抢答电路，防止选手超时后 继续抢答。2.2抢答器的工作流程当抢答电路开始工作吋，计吋电路开始倒计吋，选手们可以开始抢答，如冇 犯规抢按等情况，锁存电路进行封锁，扬声器发出报瞥声。若抢答顺利进行，答 对后有系统的提示音，答错则无。若无人抢答，此轮抢答作废，倒计时结束后进 行下一轮。具体流程如阁2-2所示。加载程序运行正常流程违规流程v开始开始前有选手抢按开始数码管显 示fff开始抢 按时间倒计时敁示违例选手号 码外伴有语音报 警y倒计时结 束，超时y有选手抢按fff显示选手号码，倒计 时吋间，语音报瞥，答 题，答题时叫倒计时苫超过答题

14、时间，则数 码管aa示fffy答题完毕根据选手表现，规 则由主持人减分图2-1抢答器的工作流程2.3抢答器的工作过程1、主持人可通过“ + 1”或“-1”键凋整计吋器吋间，可从os调整至99s， 倒计时结束后，计时器会从99s再次倒数。2、主持人按下幵始键，扬声器发出提示音，计时器开始计时（预设10s抢 答时间），若宥选手进行抢答，显示屏显示其号码，并给出提示咅。3、主持人按下停止键停止倒计吋停止，直至主持人再次按下开始键。4、若主持人米按下开始键而选手按下抢答键抢答吋，显示屏显示该选手号 码，并扬声器进行报警。3抢答器的电路设计3.1抢答器的总体结构如下图所示是多路抢答器的总体方框图，分为两

15、部分，一是主持人所控制的 脉冲电路、倒计吋器、扬声器、译码器和数码显示器；二是参赛选手所控制的锁 存器、编码转换电路、扬声器、译码器和显示屏。脉冲电路主持人倒计时器 译码器 数码品示扬声器选手锁存器编码转换电路扬声器图3-1总体方框图3.2电路选择多路抢答器电路可分为以14种部分电路：1. 编码显示电路部分。2. 脉冲产生电路部分。3. 倒计吋显示电路部分。4. 扬声器电路部分。编码显示电路部分主耍由锁存器74ls373,编码器74ls148,显示器和各种 门电路这四大部分组成。其中，围绕74ls373组成锁存电路使用，当锁存的的输 出信号将计吋脉冲置零后，74ls373进行锁存，同时扬声器发

16、出提示音，以示此 轮抢答结朿。74ls148作为编码器，将输入的信号转换为4位的bcd码，再将编 码输入姑示屏姑示出抢答选手的编号。脉冲产生电路以555定时器为屮心组成，通过控制电阻的阻值从而影响脉冲 的频率，从而取消了分频器在抢答器电路中的使用，节约了成本的同时使电路更 加简单明了。倒计吋显示电路部分主要由计数器74ls190,显示器组成。当一轮抢答开始， 主持人按下开始键的时候，计数器74ls190设置为9,同时对上次抢答遗留下来 的数据进行清零，并进行倒计时。3.3单元电路设计1）编码显乐电路该电路主要用于分辨并锁存优先抢答者的号码，然后在显示器上显示。电路原理：先将锁存器74ls373

17、的控制端0c置为低电平，使锁存器处于正常逻辑状态; 当允许端eng变为高电平吋，数据q随着数据d变化而变化；若end为低电平， 数据q被锁存。当开关置于“开始”端吋，抢答器正常工作，当有选手按下抢答 键时，则开关变化置于“清除”端，若是3号选手按得输入端3d输入低电平，输出端3q置为0,同时锁存器封锁电路，其他选手无法抢答。在这种情况卜*ei 处于低电平，低电平信号经由编码器74ls148编码并在显示器显示“3”，显示 内容一直保持到主持人按下复位键为止。若编码器74ls148的输入端ei =1，编 码器74ls148处于禁止工作，从而确定了不会出现第二次抢答成功的情况，确保 了比赛的公正性。

18、如果第一位抢答选手抢答失败，需由主持人按十*复位键，将电 路重置，然£；才能进行卜*一轮抢答。以锁存器为屮心的编码显示电路如下：74ls148dveeu2do.dt ahd2-atdr鲁鲁d4 - &3.d5* eod5-d7-el.图3-2基于锁存器的编码m示电路锁存器74ls373的真值表如下:outputcontrolenable gdoutputlhhhlhllllxqohxxzl-低ill平；平；x不记态；q0-建立稳态前q的lu平;0e使能端，接地。2当g= “1”时，74ls373输出端1q-8q与输入端1d-8d相同;当g为下降沿时，将输入数据锁存。8线一 3

19、线优先编码器74ls148的真值表如下:输入输出eldodid2d3d4d5d6d7a2a1aogseo1xxxxxxxx11111011111111111100xxxxxxx0000010xxxxxx01001100xxxxx011010100xxxx0111011100xxx01111100100xx011111101100x01111111101000111111111110d0-d7作为输入端口，a2，a1,ao为三位二进制编码的输出信号，et是使能输入端，e0是使能输出端，gs为优先编码输岀端。当输入ei=1时，禁止编码，输出（反码）；同时a2，a1，ao全为1;当输入ei=o时,允

20、许编码,在d0-d7输入中，d7优先级最髙，其余依此为d6, d5, d4, d3, d2, dl，do。2）脉冲产生电路：该电路需与555定吋器接合组成成多谐振荡器，从而输出脉冲信号。555多 谐振荡器的频率计算公式如下：f =（/?, +2/?2）cln2经计算得当频率为lhz时，电阻应为470k,电容为10uf。脉冲产生电路如下：阁3-3脉冲产生电路3）倒计时显示电路: 倒计时显示电路如下: 讲c. u18k3t -ourtei42:lm555cm.vec21©-15in14cteh load 柳.观o. to/hik >flkhe:)l'74ls190dm co

21、m 图3-4倒计时显示电路该电路主要由计数器74ls190组成，当主持人按下开始键时，计数器置为9, 并在其他电路作用下进行倒计时同时在敁示器上敁示数字，到零时停止工作，等 待进入下一轮倒计时。计数器74ls90的真值表如卜、输入输出load'cten,u/d,clicabcdqaqbqcqd0xxxabcdabcd100txxxx加计数101txxxx减计数11xxxxxx保持clk时钟输入端（上升沿有效）cten计数控制端（低电平有效）ad并行数裾输入端qa输出端load异步并行置入控制端（低电平有效）u /d加/减计数方式控制端4）音响电路该电路需与555定吋器和电阻电容接合共同

22、组成多谐振荡器，然后输出脉冲 信号，处理后接入蜂鸣器构成。音响电路如下：阁3-5抢答器音响电路5）电路总览：由以上几个单元电路构成的完整电路阁如下:ofrq&qc&ocd.hex.g.red： 223-id扣扣曲9d6d7dsu25v:74ls148d vee;图3-6抢答器电路总览图从总览图来看，电路清晰易懂，各功能模块组合之后基本满足了设计所需要 求，但是没冇达到最好的效果，因为一些理论知识基础的缺乏和对陌生软件的操 作，电路只能基木达到所需的耍求，宥待改进。3.4 555多谐振荡器的脉冲波形图：555定时器作为一种模拟电路和数字电路组合而成的中规模集成器件，只需 在外部加

23、接少景的阻容元件便可以组成多谐振荡器，应用广泛，操作简单，因此 木设计使用了 555多谐振荡器来控制脉冲波形的产生与变换。channel btime 0.000 s 100.000 ms 100.000 mstimebasechannel 一a0.000v78.380 v -78.380 vscale |l0ms/div x position (0 py/t add b/a a/b|channel ascale |5 v/div y positionac 1 0 dcchannel b scale y position ac | 0 jdfreverse| ext. triggerctrigg

24、eredge7t b |ext|level ptype sing. i nor. auto 丨 none图3-7 555多谐振荡器的脉冲波形图3.5电路元件选择名称型号数量锁存器74ls3731个编码器74ls1481个计数器74ls1901个敁示器2个555定时器lm555cm2个2与门74ls083个4与门74ls211个2或门74ls322个非门74f045个电阻4个电容4个单刀双置幵关5个蜂鸣器1个4总结与展望木论文详细介绍y多路多功能抢答器的设计方案，讲述了多路抢答器的优点 及电路组成。多路抢答器主要围绕74系列的集成电路为核心进行构成，成本低 廉，很适合运用于一些h常的智力竞赛。在

25、设计过程中，也感受到了多路抢答器 的一些不足：因为该抢答器围绕74系列的集成电路构成，在组装过程中由于电路的引脚过 多，连接线路比较复杂，容易产生错误，该问题我觉得改使用at89c52申片机可 解决。基丁单片机at89c52设计的信号发生器可将数字信号以波形显示，主耍构成 为at89c52主控模板、dac0832数模转换模板和系统显示模板。at89c52作为系统 的控制中枢，依次决定三路波形信号的选通。通过由按键进行波形的选择从而更 换频率，dac0832进行数据锁存，将数字信号转换成模拟信号，然后经由放大电 路将波形信号在敁示器上敁示出来。利用at89c52单片机构成抢答系统，能使电路更加简

26、化和使用更加方便。系 统的功能改进和升级也可通过程序的重新编程来完成，对tl后的更新和使用提供 了很大的便利。参考文献：1 赵保经等.中国集成电路大全ttl集成电路分册m.北京：国防出版社， 1985. 429-450， 649-651, 639-640.2 黄志伟.全岡大学生电了设计竞赛训练教程m.电了工业出版社， 2005, 11-14.3 王松武，于鑫，武思君.电子创新设计与实践m.国防工业岀版社,2005,112-114.4 毛法尧等.数字逻辑m.武汉：华中理工大学出版社，1996,176-178,5 康华光，邹寿彬.电子技术基础数字部分（第四版）m.北京:高等教育 出版社，2005, 144-146, 162-163.6 康华光，邹