1、第 1 页 共 11 页八 路 抢 答 器设计摘 要介绍了数码显示八路抢答器电路的组成、设计及功能，电路采用74 系列常用集成电路进行设计。该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有定时、计时和报警功能。主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间，系统将完成自动倒计时。若在规定的时间内有人抢答，则计时将自动停止；若在规定的时间内无人抢答则抢答无效。该抢答器主要运用到了编码器，译码器和锁存器：它采用74LS148 来实现抢答器的选号，采用 74LS279 芯片实现对号码的锁存，采用 74LS160 实现十进制的计数，采用 555 芯片产生秒脉冲信号来共同实现计时功能。通过课程设计提高和巩固了所学的专业知
2、识，以及知识的综合应用和焊接技术。关键词: 抢答器 编码 译码 定时 前 言进入 21 世纪越来越来多的电子产品出现在人们的日常生活中，例如企业、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛, 抢答记分器是必要设备。过去在举行的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。人们于是开始寻求一种能不依人的主观意愿来判断的设备来规范比赛。因此，为了克服这种现象的惯性发生人们利用各种资源和条件设计出很多的抢答器，从最初的简单抢答按钮，到后来的显示选手号的抢答器，再到现在的数显抢答器，其功能在一天的趋于完善不
3、但可以用来倒计时抢答，还兼具报警，计分显示等等功能，有了这些更准确地仪器使得我们的竞第 2 页 共 11 页赛变得更加精彩纷呈，也使比赛更突显其公平公正的原则。今天随着科技的不断进步抢答器的制作也更加追求精益求精，人们摆脱了耗费很多元件仅来实现用指示灯和一些电路来实现简单的抢答功能，使第一个抢答的参赛者的编号能通过指示灯显示出来，避免不合理的现象发生。但这种电路不易于扩展，而且当有更高要求是酒无法实现，例如参赛人数的增加。随着数字电路的发展，数字抢答器诞生了，它易于扩展，可靠性好，集成度高，而且费用低，功能更加多样话，是一种高效能的产品。而如今在市场上销售的抢答器大多采用可编程逻辑元器件，或利
4、用单片机技术进行设计，本次设计主要利用常见的 74LS 系列集成电路芯片和 555 芯片，并通过划分功能模块进行各个部分的设计，最后完成了八路智力竞赛抢答器的设计。一、设计要求1.1 基本要求（1） 抢答器同时供 8 名选手或 8 个代表队比赛，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。 1.2 提高要求（1） 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主
5、持人设定30 秒。当主持人启动“开始“键后，定时器进行计数。（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。（3）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效。第 3 页 共 11 页二、系统的组成及工作原理2.2 系统的工作原理：定时抢答器的总体框图如下图 2.2：图 2.2 抢答器工作框图如图所示电路包括主体电路和扩展电路两部分。其中主体电路完成基本的抢答功能，即主持人按下控制开关后，当选手按动抢答键时，数码管显示选手编号，同时封锁输入电路，其他选手抢答无效。扩展电路完成定时抢答的功能。图 2.2 所示电路的工
6、作过程是：接通电源后，主持人将控制开关置于“清除”处，此时抢答器处于禁止状态，选手不能进行抢答，定时显示器显示设定的时间（30s） ，当主持人将控制开关置于 “开始” 时，抢答器处于工作状态，同时定时器开始计时。当选手在定时时间内按动抢答键时，电路要完成以下功能： （1）优先编码电路判断抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后通过译码显示电路在数码管上显示抢答者的编号；（2）扬声器发出短暂声响；（待定）（3）控制电路对其余输入编码进行封锁，禁止其他选手进行抢答；第 4 页 共 11 页（4）控制电路要使定时器停止工作，数码管上显示剩余的抢答时间，当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关进行系统清
7、零，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统将报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。三、电路设计各模块设计方案及原理说明抢答电路此部分电路主要完成的功能是实现 8 路选手抢答并进行锁存，同时有相应发光二极管点亮和数码显示。使用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 来完成。该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管） ；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关 S 置于“清除“端时，RS 触发器的 R、S 端均为 0， 4 个触发器输出
8、置0，使 74LS148 的优先编码工作标志端 0，使之处于工作状态。当开关 S 置于“开始“时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下 S5） ，74LS148 的输出经 RS 锁存后，CTR=1,RBO =1, 七段显示电路 74LS48 处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5” 。此外，CTR 1，使 74LS148 优先编码工作标志端，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148 的 此时由于仍为 CTR1，使优先编码工作标志端1， 5 所以74LS148 仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。只要有
9、一组选手先按下抢答器，就会将编码器锁死，不再对其他组进行编码。通过 74LS48 译码器使抢答组别数字显示 0-7。如有再次抢答需由主持人将 S 开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。第 5 页 共 11 页图 3.2.1 抢答电路原理图其工作原理是：当主持人控制开关处于“清零”位置时，RS 触发器的 R 端为低电平，输出端（4Q1Q）全部为低电平。于是74LS48 的 BI=0，显示器灭灯；74LS148 的选通输入端 ST=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人将开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，既抢答器处于等待工作状态，等待输入端 I
10、7、I 6、I 5、I 4、I 3、I 2、I 1、I 0 输入信号，当有选手将键按下时（如按下 S5） ，74LS148 的输出第 6 页 共 11 页Y2Y1Y0=010，Y EX=0，经 RS 锁存器后，CTR=1，BI=1，此时 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 74LS148 的 ST 端为高电平，74LS148 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，74LS148 的 YEX高电平，但由于 CTR 维持高电平不变，所以 74LS148 仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号仍
11、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。当优先抢答者回答完问题后，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。3.2.2 定时电路的设计74LS47 的 1，2，6，7 引脚接受来自 74LS160 的输出信号并把它译码 显示在数码管上。74LS160 的 11，12，13，14 引脚完成时间设定功能，本设计要求定时 30 秒，所以把左边的芯片的 9 引脚接高电位，3，4，5，6 接低位，使的初始时间设定为 00 秒。555 芯片完成产生秒脉冲的功能。工作过程为：抢答开始前，74LS1160 的置数端为低电位，处于初始状态，数码管显示为 00。抢答开始后，秒脉
12、冲冲推动右边的芯片开始记时，同时右边芯片产生的信号做为左边芯片的CP 信号推动左边的芯片进位，完成十进制的时功能。当有人抢答后1Q 的输出为 1，经过非门后变为 0，通过与门屏蔽了秒信号，停止记时，完成显示抢答时间的功能。当记到了 30 秒时，左边的芯片产生的定时到信号输出为低电位，也屏蔽了秒信号，使得数码管显示为00。第 7 页 共 11 页第 8 页 共 11 页四、 电路调试结果焊接通过实验原理图进行实物焊接，焊接时能深刻体会到焊接工艺的重要性：各个芯片的引脚功能不能混淆，必须了解各个芯片的使用方法，内部结构以及使用时的注意事项，该接电源的一定要接电源，该接地的一定要接地，且不能有悬空。
13、同时在电路板上要预先确定电源的正负端，便于区分及焊接。正确焊接各芯片个管脚连接必须查阅各种资料并记录，以确保在焊接过程和调试过程中芯片不被烧坏，同时确保整个电路的正确性。在焊接完后每块芯片都用万用表检测，看是否有短接等，还有焊接时要尽量使布线规范清晰明了，这样才有利于在调试过程中检查电路。调试中出现的问题及解决方法（1）数码管显示不正常经过仔细排查发现数码管引脚均未出现问题，最后在数码管阳极处接一个 220 欧的电阻，数码管显示正常。（2） 电路不稳定问题在完成电路的焊接进入调试阶段时发现抢答器数码管显示选手编号不稳定。主要表现在单选手按下抢答键后数码管显示的不是选手当前号码。因此着手对电路进
14、食检查，首先检查数码管看是否是关节焊接错误，后又检查电路各个芯片管脚接错均未发现问题，最后发现当触动某按键连线时显示正常由此判断可能是因为出现了虚焊，遂将电路各焊点又仔细焊接了一遍，此时电路显示正常。（3） 控制开关无法控制电路在调试时发现当按下主持人开关时电路断电，当松开后数码管显示始终为 7，经过一个多小时对电路用万用表逐个检查，发现是开关触焊接错误，通过改正焊接后电路能正常工作。（4）数码管不能正常倒计时在进入定时电路调试时，发现数码管不能正常倒计时，出现乱码。对第 9 页 共 11 页这问题我们检查了芯片是否完好，电路界限是否正确均未发现问题，后发现是由于在焊接时焊线有些地方出现部分短
15、接，于是就将焊线重新理清，数码管也能正常工作了五、设计体会我们学电子信息工程专业快乐在哪里？我们学了模电，数电，电路和protel，单纯学习肯定没有什么乐趣，乐趣在于用我们学习的知识做出东西来。东西做出来了，我们也就获得了快乐。做得越多，自己能做出来的东西越多，当然我们就越快乐。这次数电设计，从我们接到老师给我们的任务后，我们就认真找资料，资料很多，网上更是繁杂。很快我们就找到了自己要做的东西，于是马上 proteus 仿真，这一步就是关键了，经过一个星期的反复修改，才终于弄好。然后是画 protel 图，这个我花了两天，硬是有几根飞线，算了，飞就飞吧。要做到十全十美不是不可能，只要花更多时间
16、去画，一定行的。由于时间问题，所以我就容许有几根飞线了。焊接就容易多了，我花了一下午的时间就焊好了，焊好了就检查电路，没有问题。我马上去测试，竟然一试就行，高兴得跳起来。或许太激动了，把板子折了下，第二次测试时，就不亮灯了。这可急坏我了，与是我就仔细检查电路，检查了好几遍，终于发现是线被我折得短路了，排除了故障，抢答器又正常工作了。在这次实验制作中，我体会到制作的过程是先苦后甜的，只有潜下心来用心去做，才做得又快有对。当你早其他同学做完时，那是很愉悦的。体会到了乐趣，我们就更愿意自己动手去做东西，这应该就是这门专业的乐趣吧！第 10 页 共 11 页元器件列表名称 规格型号 数量焊接板 12X18 1焊锡 Fai=0.8 1与非门 74ls00 1四输入与非门 74ls20 18/3 线编码器 74ls148 1RS 触发器 74ls279 1共阳译码器 74ls47 3共阳数码管 3秒信号电路 555 定时器 1发光二极管 红 1电阻 10K 220 欧 47K 若干第 11 页 共 11 页电位器 2K 1普通电容 0.01UF 10UF 开关 10底座 16 脚 7底座 14 脚 4
