16路竞赛抢答器设计

1、电子工程设计论文学校：洛阳理工学院系别：电气工程及自动化专业：自动化班级：B110414学号：B11041426姓名：周俊林16路竞赛抢答器设计用Protel对16路竞赛枪答器进行设计，16路竞赛抢答器主要由锁存器、优先编码器、同步可逆计数器、加法器、比较器、555定时器、数码管等主要元件构成。结果表明，该方法效果真实、准确, 设计出的16路竞赛抢答器具有实用性强，操作简单，成本低廉的特 点。竞赛抢答器系统是工厂、学校和电视台等单位举办各种智力竞赛 等娱乐活动中经常使用的重要基础设备之一。目前设计抢答器的方法 很多，采用EDA可以更加快速、灵活地设计出符合各种要求的抢答器。0 15显示选其中,

2、16路智力竞赛抢答器设计方案中有些显示器是从手的编号，这不符合实际竞赛使用时对选手从1 16进行编号的习惯，不利于实际推广使用。以文献为基础，对其核心电路进行了改进, 并基于Protel软件平台设计开发了 16路竞赛抢答器系统，使得显示器上能从1 16正确显示选手的编号。此外，还设计了抢答倒计时最后5 s报警提示电路和计分器，计分器用于各参赛选手的加分和减分。这种设计思路清晰，电路功能齐全，可满足抢答器的实际使用要求。1. P rotel 简介Protel是Altium 公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行 业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设 计者的首选软件

3、，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高,有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会 写着要求会使用Protel。2总体设计思路 2.1 16路抢答器的功能要求(1) 同时供16名选手参加比赛。选手的编号为116,各用一个抢答按钮，按钮的编号分别用16个按钮S1S16表示，与选手的编 号相对应。(2) 给主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始。(3) 抢答器具有锁存与显示功能。在主持人将系统复位发出抢答指令后，若参赛者按抢答按钮，则组别显示电路显示出抢答者的组别, 同时蜂鸣器发出“嘀”的报警音响

4、。此时电路具备自锁存功能，使别 组的抢答开关不起作用。(4) 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定 (如30 S)。当主持人启动“开始”键后，定时器开始减计数并显示。参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效。如果定时时间已到, 无人抢答，本次抢答无效，蜂鸣器报警并封锁输入电路，禁止选手超 时抢答，定时显示器上显示“ 00”。(5) 设置计分电路。每组在开始时预置分数(如100分)，抢答开始后由主持人控制，答对加分，答错减分。2. 2系统原理框图系统原理框图如图1所示。1 抢弊按胡H优先握矶F壮踣Tft&a, : . 4上備人控細歼天卜H挖嗣砲路IH订甘钳得分注朋电貉毎时

5、电蹴f 云臨怎H显示电ta 圉1 越体设讦框圉3电路设计抢答器由抢答电路、定时电路、报警电路、时序控制电路和计分 电路五部分组成。3. 1抢答电路抢答电路的主要作用是分辨出抢答者按键按下的先后， 锁存并显 示抢答者的号码，同时能使后抢答者的按键无效。 抢答电路主要由优 先编码器74LS148 RS锁存器74LS279加法器74LS283,比较器 74LS85,译码器74LS48,集成了 4个与门的74LS08,三输入端或门 (CD4075), 7段数码管，S1S16十六个按钮开关组成。工作过程为：当主持人将开关处于“清除”位置时，RS锁存器的 端为0, 5个RS锁存器的输出Q全部置0,使74L

6、S48的丙",显示器灯灭。与此同时优先编码器74LS148的选通输入端亚=0,使之 处于工作状态，此时锁存器不工作。当主持人将控制开关拨向“开始” 时，优先编码器和锁存器同时处于工作状态， 即抢答器处于等待工作状态，等待输入端的信号输入。对参加比赛的16名选手从116进行编号，同时需要用到2个显示器，当选手编号大于9时高位显示器 显示1,小于等于9时高位显示器显示0。预置比较器74LS85的字B 为8,即输人端B3B2B1B(为1000,当选手编号小于等于9时，即比 较器74LS85的字A小于等于8, A< B即YA>BB出为0;当选手编号大于9时，即比较器74LS85的

7、字A大于8, A>B即YA>B输出为1,与高位显示器数字一致，所以可以直接用74LS85的YA>BW控制高位 显示器的A0,高位显示器的A3, A2, A1全部置0。再引入3个与门 (74LS08)和1个三输入端或门(CD4075), 3个与门的一端置011，另一端与比较器的YA>B|连，或门的三输入端分别与比较器的 YA> B,YA-B, YAVB相连。当选手编号大于9时，需要加7才能在显示器上正确显示选手的编号，如当16号选手优先抢答时，选手编号大于 9,比较器的 A3A2A1A为 1111, YA>B=1 加法器的 A3A2A1A（为 1111,B3B

8、2B1B为0111,通过加法器加0111,得到2进制数值为“00010110',两个显示器显示为“16”，与选手实际编号一致。当选手编号小于等 于9时只用到低位显示器，不能加7,如当1号选手优先抢答时，选 手编号小于9,比较器的A3A2A1A(为0000, YA>B=0 YA<B=1 3个与门输出为0,或门输出为1,加法器的A3A2A1A(为0000, B3B2B1B0为0001，通过加法器加0001,得到二进制数值为“ 00000001”，两个显示器显示为“ 0T,与选手实际编号一致。当选手按下的键松开后，74LS148的纭为高电平，但由于前端维 持高电平不变，所以74L

9、S148仍然处于“禁止”工作状态，其他按键 的输入信号不会被接受，这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。如有再次抢答需由主持人将 S开关重新置“清除”，使抢答电路复位，然后再进行下一轮抢答。3. 2定时电路由节目主持人根据抢答题的难易程度， 设定一次抢答的时间，通 过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路 提供。定时电路主要实现抢答倒计时，同时通过输出接口与时序控制 电路相接，实现时序控制，当无人抢答且时间到时报警。可预置时间 的电路选用十进制同步加减计数器 74LS192进行设计，具体电路如图 1所示(电路包括555定时器，2块74LS192计数器，2块74LS4

10、8显示译码器)。采用555设计的秒脉冲产生电路，555定时器接成的多 谐振荡器的振荡频率为：f=1 /T=1/(R1+2R2)Cln 2。采用的电阻和电容值分别是： R1=82kQ, R2=33kQ, C1=10 F,满足上式，即得到的是秒脉冲。3. 3报警控制电路当有选手抢答或者抢答时间已到，抢答电路和定时电路都要停止 工作，优先编码器要处于禁止工作状态，74LS148的选通输入端£丁 = 1,所以可以利用74LS148的选通输入端 来报警。为了避免因蜂鸣器分用一个流导致iST端电压太低而不能使优先编码器处于禁止工作状态,与门74LS08来控制蜂鸣器，与门的两个输入端分别接5 V电

11、源和选通输入端 ，输出端接蜂鸣器，如图2所示。此外还设置了最后5s报警提示，即倒计时电路还剩最后 5s时会报警提示参赛选手离此次抢答结束还有 5s的时间。用两个比较器74LS 85, 个比较器的输入端 A3A2A1A0加在十位计数器74LS192的Q3Q2Q1C上，预置十位比较器 74LS85的输入端B3B2B1B（为0000,当Q3Q2Q1Q0二0000tfA=B,十位比较器的 YA=B输出为1;另一个比较器的输入端 A3A2A1A（加n在个位计数器74LS192的Q3Q2Q1Q上，预置个位比较器74LS85的输入端B3B2B1B（为0101,当Q3Q2Q1Q0=01 时A=B个位比较器的Y

12、A=B输出为1。两个比较器的输出端YA=B分 别接在与门74LS08的两个输入端上，与门的输出端接蜂鸣器。当倒 计时电路倒计到05 s时，与门的输出端输出为1,蜂鸣器就会报警提示。3. 4时序控制电路时序控制电路如图3所示。时序控制电路是抢答器设计的关键,其工作原理是：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时, 来自3.1中的74LS279的输出CTR=0经74LS04反相输出1,则时钟 信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计 时。同时，在定时时间未到时，则74LS192的借位输出端为1, 74LS00与非门的输出I更曲使74LS148处于正常工作状态。当选

13、手在定时时 间内按动抢答键时，CTR=1经74LS04反相输出0, 封锁CP信号, 定时器处于保持工作状态；同时，74LS00的输出为1, 74LS148处于禁止工作状态。当定时时间到时，则 74LS192的借位输出端为0,5T=1, 74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，74LS11输出 为0, 封锁CP信号，使定时电路保持00状态不变。当 =1时就会驱动蜂鸣器报警。3. 5计分电路设计一个计分器，用于各参赛选手的加分和减分，电路由十进制 同步可逆计数器74LS192 7段显示译码器74LS48, 7段数码管、2输入端4与门74LS08按钮开关，电阻等组成（见图4）。当某参

14、赛选 手回答问题结束后，主持人做出正确与错误的判断，并宣布所加减的分数值，根据计分值的多少按相应的按键。加分值小于10时按个位加分键，减分值小于10时按个位减分键；加分值在10100分之间 按十位加分键，减分值在10 100分之间按十位减分键；加分值在 100分以上按百位加分键，减分值在100分以上按百位减分键。记分电路可实现自动进位用于累加总分。按下清零按钮，各位数值归零。此外，电子记分电路还可单独用于蓝球、排球、乒乓球等体育比赛项 目的记分器，具有广泛推广使用价值。由于开关按钮是机械触点，当机械触点断开、闭合时，会有抖动，使开关在实际应用中不可能像数字系统所期望的那样产生干净的 数字信号输

15、出，因此可以采用防斗开关来替代按钮开关获取稳定的脉 冲，输入到计数器脉冲输入端使计数器准确计数。4电路制作与调试根据需求选择电路的设计单元进行组合，完成系统的原理图设计 与PCB设计，运用Protel软件制作PCB板，或者用面包板，按照装 配图或原理图进行器件装配，装配好之后进行电路的调试。5结语利用Protel对16路竞赛抢答器的电路进行设计，实验结果证明该电路设计合理，具有比较可靠的工作方式和更强的适用性， 达到了 预期的设计目的和要求。所设计的抢答器电路采用组合逻辑和时序逻 辑电路设计，无需编程语言，具有电路简单，成本低廉，操作方便, 灵敏可靠，易于制作等优点，而且在实际生活中具有很强的

16、实用性。7+LS04N时忡倍号匸34g>CCT馱1. V_丄1=F F;匸二二333=E£= VdilfiSI g工tcITLiS » f;s =:-Li=-理-耳rL' X丄I7TT3 VC匸IT： rreT口 avcicd&a<-»4品JpT注yVK电ri?oh主斗"CU £rE575xJ 里 iLr 21 liZSi斗叫.>d4: Lulu拓jv V： Lv« JvTvx匸气-n沁皿P7H®ro： Z©g : :ri7 031丁 .:Mt址心加4t=¥心5 fV图1

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