多路多功能抢答器的设计3.0打印用概论

汉口学院学士学位
毕业论文
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
汉口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。

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目录
内容摘要 (1)
关键词 1 Abstarct (1)
Key words 1 1 系统的概述 (2)
1.1课题研究的相关背景 (2)
1.2 选题的目的和意义 (2)
1.3 课题研究的内容 (2)
2 抢答器的系统概述 (3)
2.1 系统的主要功能简介 (3)
2.2抢答器的工作原理简介 (4)
2.3 抢答器系统的需求分析 (6)
3 抢答器的电路设计 (6)
3.1抢答器的总体结构 (6)
3.2电路选择 (7)
3.3 单元电路设计 (7)
3.4 555多谐振荡器的脉冲波形图 (13)
3.5电路元件选择 (14)
4 总结与展望 (15)
参考文献 (17)
致谢 19
内容摘要：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，因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，也是竞赛中不可少的亮点之一。

但普通抢答器要么制作复杂成本较高，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，整个电路成本低廉、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 and technology, encourage people to learn ways of diversified knowledge, therefore knowledge contest also held increasingly more, and Responder appear in various competitions, 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 alarm 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 series 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来。

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出抢答选手号码，无法显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,并在原有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，成本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赛抢答器这一课题。

多路抢答器主要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时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
这次毕业设计的主要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增加自己的动手能力，同时结合以上内容，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。

本论文主要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，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
本多路抢答器功能主要要求如下：4名参赛选手身前各置有一个抢答按钮，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下一轮抢答。

主持人按下抢答开始的按钮后，计数器显示10秒的时间并开始进入倒计时，当选手跟着按下抢答按钮时，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，抢答显示器显示出选手编号，定时显示器显示抢答剩余时间，直到到主持人通过控制按钮清零。

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后，没有选手按下抢答按钮，则主持人宣布此轮抢答无效，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。

本论文章节的结构和内容如下:
第一章：绪论。

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。

说明了多路抢答器的主要工作原理和基本电路图。

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，对多路抢答器指出问题，提出改意见，展望未来。

2 抢答器的系统概述
2.1 系统的主要功能简介
电子抢答器的主要功能有：
4名选手各有一个抢答按钮，编号分别为1234，主持人有一个控制按钮，可
以控制抢答开始和数据归零。

主持人按下抢答开始的按钮后，计数器显示10秒的时间并开始进入倒计时，当选手跟着按下抢答按钮时，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。

若选手抢答成功，扬声器响，停止倒计时，抢答显示器显示选手编号，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后，没有选手按下抢答按钮，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时，计时电路开始倒计时，选手们可以开始抢答，如有犯规抢按等情况，锁存电路进行封锁，扬声器发出报警声。

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。

具体流程如图2-2所示。

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”键调整计时器时间，可从0S 调整至99S ，倒计时结束后，计时器会从99S 再次倒数。

2、主持人按下开始键，扬声器发出提示音，计时器开始计时（预设10S 抢答时间），若有选手进行抢答，显示屏显示其号码，并给出提示音。

3、主持人按下停止键停止倒计时停止，直至主持人再次按下开始键。

4、若主持人未按下开始键而选手按下抢答键抢答时，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，分为两部分，一是主持人所控制的脉冲电路、倒计时器、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。

主持人 选手
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下4种部分电路：
1.编码显示电路部分。

2.脉冲产生电路部分。

3.倒计时显示电路部分。

4.扬声器电路部分。

编码显示电路部分主要由锁存器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时脉冲置零后，74LS373进行锁存，同时扬声器发出提示音，以示此轮抢答结束。

74LS148作为编码器，将输入的信号转换为4位的BCD码，再将编码输入显示屏显示出抢答选手的编号。

脉冲产生电路以555定时器为中心组成，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。

倒计时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）编码显示电路
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的控制端OC置为低电平, 使锁存器处于正常逻辑状态；当允许端ENG变为高电平时，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”端时，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。

在这种情况下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。

如果第一位抢答选手抢答失败，需由主持人按下复位键，将电路重置，然后才能进行下一轮抢答。

以锁存器为中心的编码显示电路如下：
图3-2 基于锁存器的编码显示电路
1
锁存器74LS373的真值表如下：
L--低电平；H--高电平；X--不定态；Q0--建立稳态前Q的电平；
OE--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－３线优先编码器74LS148的真值表如下：
输入输出
EI D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A2 A1 A0 GS EO 1 ×××××××× 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 ×××××××0 0 0 0 0 1 0 ××××××0 1 0 0 1 1 0 0 ×××××0 1 1 0 1 0 1 0 0 ××××0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 ×××0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 ××0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 ×0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0
D0-D7作为输入端口，A2,A1,A0为三位二进制编码的输出信号，EI 是使能输入端，EO 是使能输出端，GS 为优先编码输出端。

当输入EI=1时，禁止编码，输出（反码）；同时A2,A1,A0全为1；
当输入EI=0时，允许编码，在D0-D7输入中，D7优先级最高，其余依此为D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0。

2）脉冲产生电路：
该电路需与555定时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：
2
ln )2(1
21C R R f +=
经计算得当频率为1hz 时，电阻应为470k ，电容为10uf 。

脉冲产生电路如下：
图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：
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显示器上显示数字，到零时停止工作，等待进入下一轮倒计时。

计数器74LS90的真值表如下：
输入输出
CLK’ A B C D QA QB QC QD LOAD’CTEN’U／
D’
0 ×××a b c d a b c d
1 0 0 ↑××××加计数
1 0 1 ↑××××减计数
1 1 ××××××保持
CLK时钟输入端（上升沿有效） CTEN计数控制端（低电平有效）
A～D并行数据输入端 QA～QD 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定时器和电阻电容接合共同组成多谐振荡器，然后输出脉冲信号，处理后接入蜂鸣器构成。

音响电路如下：
图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图如下：
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，但是没有达到最好的效果，因为一些理论知识基础的缺乏和对陌生软件的操作，电路只能基本达到所需的要求，有待改进。

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，只需在外部加接少量的阻容元件便可以组成多谐振荡器，应用广泛，操作简单，因此本设计使用了555多谐振荡器来控制脉冲波形的产生与变换。

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74LS373 1个编码器74LS148 1个计数器74LS190 1个显示器2个555定时器LM555CM 2个2与门74LS08 3个4与门74LS21 1个2或门74LS32 2个非门74F04 5个电阻4个电容4个
4 总结与展望
本论文详细介绍了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，很适合运用于一些日常的智力竞赛。

在设计过程中，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单片机可解决。

基于单片机AT89C52设计的信号发生器可将数字信号以波形显示，主要构成为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显示器上显示出来。

利用AT89C52单片机构成抢答系统，能使电路更加简化和使用更加方便。

系统的功能改进和升级也可通过程序的重新编程来完成，对日后的更新和使用提供了很大的便利。

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致谢
通过了这半个多月的努力，在陈爱菊老师的帮助下终于完成了这次的毕业论文。

通过这次论文设计，我感受到了自己已学知识的不如，查询了很多参考文献及资料，使自己的动手能力和思考能力得到了极大的提升，也从而增加了自己的专业知识量，巩固了自己专业课所学的知识。

通过这篇论文，让我受益匪浅，同时也让我发现了自己的很多不足，在设计过程中，发现自己很多时候只会片面的思考问题，自己的专业知识也掌握的不深，偶尔需要翻下自己的教科书，查看当时课堂上做的笔记才能解决问题。

这些不足让我坚定了一个觉醒，我将在以后的生活中更加努力，更加热爱学习。