求8路抢答器设计要求用逻辑电路做 最好带上电路图 和设计原理

求8路抢答器设计要求用逻辑电路做 最好带上电路图 和设计原理
求8路抢答器设计
要求用逻辑电路做 最好带上电路图 和设计原理

求8路抢答器设计要求用逻辑电路做 最好带上电路图 和设计原理
八路抢答器的设计
摘要

本文介绍了一种采用数字电路制作的多功能数显抢答器,它主要采用了74系列的常用集成电路,它除了具有基本的抢答功能之外,还具有定时报警的功能,和数显的功能,当抢答开始后,系统会自动倒计时,并且时间是可以预设的,期间有人抢答的话系统会停止计时,如果期间没人抢答,系统会有短暂的报警,提示抢答结束.

关键字

单片机、PLC、抢答、报警、数显

一、 设计目的
在电视和学校中我们会经常看到一些智力抢答的节目,如果要是让抢答者用举手等方法,主持人很容易误判,会造成抢答的不公平,比赛中为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者,所设计的抢答器通常由数码显示、灯光、音响等多种手段指示出第一抢答者.为了使这种不公平不发生,只有靠电子产品的高准确性来保障抢答的公平性.
二、 方案
制作抢答器可以用好多的方法,可以用单片机来完成,它的功能强大制作简单,并且外围的元件也很少；也可以用PLC来实现,他的制作也是比较简单；还可以用我们学过的EDA技术来制作；最后也可以用数字电路来实现,它的原理比较简单,集成块的价格也比较便宜且很容易购买,与我们学完的〈〈数字电路〉〉联系紧密,能将我们所学知识用于实际,对巩固所学知识有重要意义,用了一些成型电路,如NE555标准秒脉冲电路等,使总体方案易于实现.
方案一〈采用数字电路〉
1、原理方框图
定时抢答器的总体框图如图1所示,它由主体电路和扩展电路两部分组成.主体电路完成基本的抢答功能,即开始抢答后,当选手按动抢答键时,能显示选手的编号,同时能封锁输入电路,禁止其他选手抢答.扩展电路完成定时抢答的功能.
图1
图1所示的定时抢答器的工作过程是：接通电源时,节目主持人将开关置于“清除”位置,抢答器处于禁止工作状态,编号显示器灭灯,定时显示器显示设定的时间,当节目主持人宣布“抢答开始”,同时将控制开关拨到“开始”位置,扬声器给出声响提示,抢答器处于工作状态,定时器倒计时.当定时时间到,却没有选手抢答时,系统报警,并封锁输入电路,禁止选手超时后抢答.当选手在定时时间内按动抢答键时,抢答器要完成以下四项工作：
①优先编码电路立即分辨出抢答者的编号,并由锁存器进行锁存,然后由译码显示电路显示编号；
②扬声器发出短暂声响,提醒节目主持人注意；
③控制电路要对输入编码电路进行封锁,避免其他选手再次进行抢答；
④控制电路要使定时器停止工作,时间显示器上显示剩余的抢答时间,并保持到主持人将系统清零为止.当选手将问题回答完毕,主持人操作控制开关,使系统回复到禁止工作状态,以便进行下一轮抢答.
方案二〈采用单片机〉
1、原理方框图
此电路完成的功能如图2所示,当主持人宣布抢答开始的时候,按下开始按钮,此时电路进入抢答状态,选手的输入采用了扫描式的输入,之后把相应的信息送往单片机,再由单片机输出到显示输出电路中.此时有人第一按下相应的抢答按钮,经过单片机的控制选择,在八段显示器上显示相应的号码,并锁存,同时禁止其他按钮的输入.
（图2）
方案三〈采用PLC〉
1、原理方框图
此电路的功能如图3所示,当主持人打开启动开关后,在设定时间TO 内,如果某组抢先按下抢答按钮,则驱动音效电路①发出声响,指示灯LI亮,并且在8段数码管显示器上显示出抢答成功的组号,此时电路实现互锁,其他组再按下抢答按钮为无效;
如果在时间TO内,无人应答,则驱动音效电路②发出声响,指示灯L2亮,表示抢答者均放弃该题;
在抢答成功后,主持人打开限时开关SW2,启动计时器,在设定的时间TI 内回答有效,当到达设定时间TI时,驱动音效电路③,指示灯L3亮,表示答题时间到.

（图3）
三、 方案选择
方案比较
数字电路
单片机
PLC

制作难度
低
一般
一般

实现难度
一般
低
低

价格
低
一般
高

电路原理
简单
一般
一般

设计难度
简单
高
一般

通过上面的方案比较,数字电路的制作方案比较容易实现,并且在原理方面也是比较简单,所以我选择采用第一种方案来完成抢答器电路.


四、 设计系统功能

1.基本功能：
（1） 同时供8名选手比赛,分别用8个按钮S0 ~ S7表示.
（2）设置一个系统清除和抢答控制开关S,该开关由主持人控制.
（3）抢答器具有锁存与显示功能.即选手按动按钮,锁存相应的编号,扬声器发出声响提示,并在七段数码管上显示选手号码.选手抢答实行优先锁存,优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止.

2.扩展功能：
（1）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秒）.当主持人启动"开始"键后,定时器进行减计时.
（2）参赛选手在设定的时间内进行抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢答的时间,并保持到主持人将系统清除为止.在这段（3）如果定时时间已到,无人抢答,本次抢答无效,系统报警并禁止抢答,定时显示器上显示00.
五、 各部分单元电路的设计
（1）抢答器的主体电路设计
抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的先后,并锁存优先抢答者的编号,供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效.选用优先编码器74148和DFF锁存器可以完成上述功能,其电路组成如图4所示.其工作原理是：当主持人控制开关处于“清除”位置时,RS触发器的端为低电平,输出端（4Q~1Q）全部为低电平.于是74LS48的 =0,显示器灭灯；74148的选通输入端 =0,74LS148处于工作状态,此时锁存电路不工作.当主持人开关拨到“开始”位置时,优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态,即抢答器处于等待工作状态,等待输入端 7... 0输入信号,当有选手将键按下时(如按下S5),74LSl48的输出=010, =0,经RS锁存器后,CTR=l, =1,74LS279处于工作状态,4Q3Q2Q=101,经74LS48译码后,显示器显示出“5”.此外,CTR=1,使74l48的端为高电平,74LSl48处于禁止工作状态,封锁了其它按键的输入.当按下的键松开后,74LSl48的为高电平,但由于CTR维持高电平不变,所以74LSl48仍处于禁止工作状态,其它按键的输入信号不会被接收.这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性.当优先抢答者回答完问题后,由主持人操作控制开关S,使抢答电路复位,以便进行下一轮抢答.
（图4）
74LS148为8线－3线优先编码器,表1为其功能表.

表1 74LS148的功能真值表

（2）定时电路设计
原理及设计：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成.具体电路如图5所示.两块74LS192实现减法计数,通过译码电路74LS48显示到数码管上,其时钟信号由时钟产生电路提供.74192的预置数控制端实现预置数,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,如果要设置为30S,就可以在计数器的预置数控制端输入00110000.时钟脉冲由秒脉冲电路提供.按键弹起后,计数器开始减法计数工作,并将时间显示在共阴极七段数码显示管上,当有人抢答时,停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答,且倒计时时间到时,输出低电平到时序控制电路,控制报警电路报警,同时以后选手抢答无效.具体电路如图5所示.
（图5）
秒脉冲产生电路：秒脉冲由NE555提供,它的的3端输出的脉冲的频率为
,结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本,我们选择的电阻值为R1=15K,R2=68K,C=10uF,代入到上式中即得,即秒脉冲.

（3）报警电路的设计
采用555定时器和三极管构成的报警电路如图6所示.其中555构成多谐振荡器,振荡频率

其输出信号经三极管推动扬声器.PR为控制信号,当PR为高电平时,多谐振荡器工作,当PR为低电平的时候,电路停振.


（图6）
（4）时序控制电路设计
与门G1 的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止,门G2的作用是控制74LS148的输入使能端（即图二中的5端）.图7的工作原理是：主持人控制开关从"清除"位置拨到"开始"位置时,来自于图2中的74LS279的输出 1Q,即CTR=0,经G3反相,输出为1,则NE555产生的时钟信号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"定时到信号"为 1,门G2的输出 =0,使 74LS148处于正常工作状态.当选手在定时时间内按动抢答按键时,CTR＝1,经G3反相,输出为0,封锁 CP信号,定时器处于保持工作状态；同时,门G2的输出 =1,74LS148处于禁止工作状态.当定时时间到时,则"定时到信号"为0,/ST=1,74LS148处于禁止工作状态,禁止选手进行抢答.同时,门G1处于关门状态,封锁时钟CP信号,使定时电路保持00状态不变,此次抢答结束.

（图7）
集成单稳态触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间（其功能表见表2）,具体原理如下：主要由555时钟电路（用于控制报警声音频率）、蜂鸣器即相关的延时电路和控制电路组成.单稳态触发器74121通过信号/Ys、BO2、S控制报警与否和报警时间,555时钟电路产生脉冲时钟.在规定的时间有人抢答时,/Ys由1跳变到0,74121有状态2,即Q输出暂态高电平,蜂鸣器连续发声报警,持续时间为 =2.15秒；如果在规定时间内无人抢答,BO2由1跳变到0,74121有状态1,Q输出暂态高电平,蜂鸣器连续发声报警持续时间为
结合图6所示报警电路,分析 计算如下： .取C＝100uF, R=25K,.有＝2.15秒.（原理图见图8）
（图8）

表2 74121功能表
(6) 电源电路
电源电路采用三端集成线性稳压集成块,L7805CV,因为它的外围电路比较简单,并且工作比较稳定,很适合74系列的集成块.它的稳压精度为2%,工作电流1.5A,封装为TO-220(A),工作温度也很不错,并且具有过温保护和短路保护,最大输入电压为35V,能对电路的长时间工作有很大的保障.（具体电路见图9）

（图9）












六、 总结
毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验,而且也是对自己能力的一种提高.下面我对整个毕业设计的过程做一下简单的总结.
第一,接到任务以后进行选题.选题是毕业设计的开端,选择恰当的、感兴趣的题目,这对于整个毕业设计是否能够顺利进行关系极大.好比走路,这开始的第一步是具有决定意义的,第一步迈向何方,需要慎重考虑.否则,就可能走许多弯路、费许多周折,甚至南辕北辙,难以到达目的地.因此,选；题时一定要考虑好了.
第二,题目确定后就是找资料了.查资料是做毕业设计的前期准备工作,好的开端就相当于成功了一半,到图书馆、书店、资料室去虽说是比较原始的方式,但也有可取之处的.总之,不管通过哪种方式查的资料都是有利用价值的,要一一记录下来以备后用.
第三,通过上面的过程,已经积累了不少资料,对所选的题目也大概有了一些了解,这一步就是在这样一个基础上,综合已有的资料来更透彻的分析题目.
第四,有了研究方向,就应该动手实现了.其实以前的三步都是为这一步作的铺垫.
通过这次设计,我对数字电路设计中的逻辑关系等有了一定的认识,对以前学的数字电路又有了一定的新认识,温习了以前学的知识,就像人们常说的温故而知新嘛,但在设计的过程中,遇到了很多的问题,有一些知识都已经不太清楚了,但是通过一些资料又重新的温习了一下数字电路部分的内容.在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了,同学之间互相帮助,有什么不懂的大家在一起商量,听听不同的看法对我们更好的理解知识,所以在这里非常感谢帮助我的同学.
在此要感谢我的指导老师,感谢老师给我这样的机会锻炼.在整个毕业设计过程中我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心,相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响.而且大大提高了动手的能力,使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦.虽然这个项目还不是很完善,但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富,使我终身受益.