信息工程专业毕业论文16399.doc

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1、I 课题：数字四人抢答器课题：数字四人抢答器 【摘要摘要】抢答器很广泛的用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺激性、 娱乐性，在一定程上丰富了人们的业余生活。本文介绍一种数字式抢答器，能 使四个队同时参加抢答,赛场中设有 1 个裁判台，4 个参赛台，分别为 A 号、 B 号、C 号、D 号参赛台.抢答操作方便，在很多的场所都可以使用，并且给人 的视觉效果非常好。 数字抢答器由抢答电路,定时电路,报警电路,时序电路组成。优先编码电 路,锁存器,译码电路将参赛选手的输入信号在显示器上输，通过定时电路和译 码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能,用控制电路和报警 电路实现报警功能。以

2、上几部分组成主体电路，从而构成数字抢答器。 【关键字关键字】抢答电路 定时电路 报警电路 II 【Abstract】Answer a wide range of devices for television stations, businesses and schooLS, for the contest added a provocative, entertaining, to some extent, the rich peoples spare time. This paper presents a digital Answer, and can participate Answer f

3、our teams at the same time, in court with a magistrate of Taiwan, Taiwans four entries, namely, A, B number, C No., D No. entries Taiwan. Answer operation convenient, in many places are available, and it gives very good visual effects. Answer by Answer browser digital circuits, timing circuits, alar

4、m circuits, timing circuit. Priority encoder circuit, latch, decoder circuit will be participants in the display of the input signal is lost, through the timing circuit and decoding circuit to generate puLSe signaLS in the display output timing function, with control circuitry and alarm circuit alar

5、m function. Above the main circuit composed of several parts, which pose a number of Answer devices. 【Keyword】Answer circuits timing circuits alarm circuits 目 录 引引 言言.1 第一章第一章 概述概述 2 第二章第二章 抢答器设计原理抢答器设计原理 3 第一节 方案论证 3 第二节 抢答器的设计任务与要求 4 第三节 抢答器的组成 4 第四节 抢答器的设计原理分析 5 一、数字抢答器设计整体电路图 .5 二、数字抢答器设计原理 .7 第

6、三章第三章 单元设计电路单元设计电路 8 第一节 抢答器电路 8 第二节 计时电路 .10 第三节 报警电路 .11 一、电路实现功能 12 二、原理分析 12 结结 语语 13 参考文献参考文献 14 致致 谢谢 15 1 引 言 当今的社会竞争日益激烈，选拔人才，评选优胜，知识竞赛之类的活动愈 加频繁，智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，通过抢答和必答两种答题方式 能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短的时间内，使人们迅速增加一 些科学知识和生活常识。那么也就必然离不开抢答器，而现在的抢答器朝着数 字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。鉴于现在小规模的 知识竞赛越来越多，操

7、作简单，经济实用的小型抢答器必将大有市场本文设计 的抢答器，电路简单，成本较低，操作方便，灵敏可靠，具有较高的推广价值。 而在竞赛中往往分为几组参加，这时针对主持人提出的问题，各组一般要 进行必答和抢答，对必答一般有时间限制，到时有声响提示；对于抢答，要判 定哪组先按键，为了公正，这就要有一种逻辑电路抢答器作为裁判员。抢答器 在竞赛中有很大用处,它能准确、公正、直观地判断出第 1 抢答者。通过抢答器 的指示灯显示、数码显示和警示蜂鸣等手段指示出第 1 抢答者。 本文详细介绍了抢答器的设计方案及功能。本文共分为三章，第一章是对 抢答器的概述；第二章介绍了抢答器的设计原理；第三章则是对各单元电路的

8、 介绍。 2 第一章 概述 用户单位举办知识竞赛的需求一般会通过小组必答题、个人必答题、抢答 题、风险题、限时快速答题、现场观众题、附加题等多种题型来举办知识竞赛， 其中抢答题是各企事业单位举行知识竞赛的必备题型，也是最重要的题型，其 抢答过程也是竞赛的最重要过程。为了体现竞赛的公平公正，市场上出现了通 过仪器来辅助监控、协助完成知识竞赛的抢答题环节，后来人们就习惯称这种 设备为抢答器。 它广泛用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在 一定程度上丰富了人们的业余生活。但市面上所售抢答器价格一般较贵且多为 小规模集成电路构成,其性能单一，工作起来不够理想。因此，提高抢答器的性

9、能，使其具有更强的功能,使用可靠方便已为抢答器发展的一个方向。随着集成 技术和计算机技术的发展，单片机作为其中一个分支亦于 20 世纪 80 年代以来 获得了飞速发展，各种新品不断涌现，使单片机的应用更加深入，灵活性也大 大增强。使得抢答器具有结构简单、功能强大、可靠性好、实用性强的特点。 实现抢答器功能的方式有多种，传统的抢答器一般采用早期的模拟电路、 数字电路或模数混合电路，功能单一。近年来随着科技的飞速发展，单片机、 CPLD、PLC 的应用不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更 新。于是出现了电子抢答器和电脑抢答器之分。 电子抢答器是一个硬件设备，也就是采用早期的模拟电路、

10、数字电路或模 数混合电路实现的。这种传统的仪器设备，主要包括抢答器、抢答按扭、组别 显示屏、计时显示屏、记分控制仪、记分显示屏等设备。其一般具有抢答、试 题计时（含必答题、见风险题等其他非抢答题型） 、各组各选手记分等功能。 功能实现比较单一，而且使用电子抢答器进行抢答的违例判断，还是靠主持人 进行操作，有很大的人为因素。 电脑抢答器是是由抢答主机、抢答按钮和一套知识竞赛软件组成的且需要借助 电脑、投影机等多媒体设备辅助完成的更先进的知识竞赛成套设备。它的核心 是软件程序，这个程序可以有无限的变化，实现用户的各种竞赛要求，硬件设 备对它来说只是一个附属。其功能包括抢答功能、试题计时功能（包含必

11、答题、 风险题等其他非抢答题型） 、各组各选手记分功能外，还增加如自动出题系统、 自动记分排名系统、现场企业宣传、领导讲话等多个环节。它有比较完善的知 识竞赛计分计时抢答系统，运用互动式多媒体技术，通过投影仪大屏幕或电视 在现场播放，给观众强烈的视听感受，凝聚竞赛现场气氛。可以显示参赛队、 显示题目、显示排行榜、显示竞赛单位的各种图文资料，尤其如果用户有图片 题和视频音频题。电脑抢答器提供了三种抢答方式判断，利用电脑控制，进行 违例判别。杜绝了人为因素的干扰，消除了抢答争议，充分体现了公正公平原 则。 运用计算机，实现知识竞赛多媒体演示，具有结构简单、功能强大、可靠 性好、实用性强的特点是今后

12、抢答器发展的一个大方向。 3 第二章 抢答器设计原理 第一节 方案论证 方案一： 本方案由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将 参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和报警电路实现报警功能，通 过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构 成计时电路。可以实现电路的优先级别和自动记时和报警功能。且电路简单成 本低，性能可靠，能方便地完成选手抢答的基本功能，稍加扩展就能达到实用 化。 方案二： 本方案由普通的编码和译码电路组成,可以实现多路抢答时.实现某一路的 是最先优先级。采用高亮发光二极管来实现指示功能.不具备数码显示功能。 方案三： 该系统采

13、用 MCS-51 系列单片机 AT89S51 作为控制核心，该系统可以完成 运算控制、信号识别以及显示功能的实现。 方案论证： 方案一有一下几点优势：1、具有清零装置和抢答控制，可由主持人操纵避 免有人在主持人说“开始”前提前抢答违反规则。2、具有定时功能，在 60 秒 内无人抢答表示所有参赛选手参赛队对本题弃权。3、60 秒时仍无人抢答其报 警电路工作表示抢答时间耗尽禁止抢答。且中小规模集成电路应用技术成熟， 性能可靠，能方便地完成选手抢答的基本功能。 方案二不具备方案一上面所阐述的各种优势.而且采用的是比较原始的电路 和实施方法,不能突出电子专业的特色。 方案三中由于用了单片机，使其技术比

14、较成熟，应用起来方便、简单并且 单片机周围的辅助电路也比较少，便于控制和实现。整个系统具有极其灵活的 可编程性，能方便地对系统进行功能的扩张和更改性。但是用单片机控制的抢 答器性能不稳定。 综合以上分析，故采用方案一来进行电路设计。 4 第二节 抢答器的设计任务与要求 1抢答器同时供 4 名选手或 4 个代表队比赛，分别用 4 个按钮 A、B、C、D 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。即当选手按动按钮，锁存相应的编号，并在 LED 数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存， 优先抢答选手的编号一直保持到

15、主持人将系统清除为止。 4. 抢答器具有定时抢答功能。当主持人启动“开始”键后，定时器进行计时. 5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，显示器上显示选手的编号， 并保持到主持人将系统清除为止。 6. 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 抢答器上显示 00。 第三节 抢答器的组成 抢答器主要由抢答开关、优先编码电路、锁存电路、抢答号码显示译码电 路、控制开关、时序控制电路、警报电路、定时电路、时间显示译码电路组成。 其构成框图如图（1）： 抢答按钮触发器锁存电路译码电路 主持人控 制开关 控制电路报警电路 秒脉冲产 生电路 定时电路译码电路显示电路 显示

16、电路 图（）抢答器组成框图 5 （1）抢答开关由四个开关组成，四名参赛选手各控制一个，拨动开关 使相应的控制端的信号为高电平或低电平。 （2）优先编码电路立即分辨出抢答选手的编号，并进行编码。 （3）锁存电路锁存抢答选手的编号，并封锁其他开关的信号，保证抢 答有效。 （4）抢答号码显示译码电路将抢答者的编号用数码管给显示出来，以 便更直观看到结果。 （5）控制开关比赛开始之前供主持人使用，它能保证比赛前触发器统 一清零，避免电路的误操作和抢答过程的不公平。 （6）时序控制电路是抢答器的核心，当有选手抢答时，时序控制电路 将抢答信号传递给优先编码电路和锁存电路。 （7）警报电路如果定时时间已到，

17、无人抢答，本次抢答无效，系统报 警并禁止抢答。 （8）定时电路对抢答者回答问题时间进行控制的电路，规定 60 秒， 超过 60 秒则抢答无效。 （9）时间显示译码电路将定时时间用数码管给显示出来，如 60 秒则 显示装置是一个二位数字显示的计数系统。 第四节第四节 抢答器的设计原理分析抢答器的设计原理分析 一、数字抢答器设计整体电路图一、数字抢答器设计整体电路图 6 图（）数字抢答器设计整体电路图 7 二、数字抢答器设计原理二、数字抢答器设计原理 由图（）原理图可知其工作原理为：接通电源后，主持人宣布“开始“同 时按下按键开关 S 抢答器工作。74LS175 的、输出高电平,可1QQ2Q3Q4

18、 逆加减计数器 74LS192 的 CLR 端输入为低电平，因此计数器开始从 00 做加法 计数,记时器计时、指示灯不亮。选手在 60 秒内抢答，当有人抢答时， 74LS192 的非输出端为低电平，这个低电平与时钟脉冲经过与非门 U2A 形成一 个上升沿脉冲作为 74LS175 CLK 的输入脉冲。因为 74LS175 是下降沿触发的， 当 CLK 输入为上升沿的脉冲时输入被锁定，故按下复位之外的任何的按键都将 不会发生电路状态的变化，达到了锁定选手编号的功能目标，同时指示灯 X1 亮，指示灯亮禁止二次抢答。如果在 60 秒内无人抢答，计数器 74LS192 的 OB、OC 端都为高电平，经过

19、与非门 U9A 输出为低电平，这个低电平与时钟脉 冲经过与门 U11A 输出为低电平使计时器停止工作，此次抢答无效，指示灯 X1 亮。 当主持人再次按下 S 后 74LS175 CLK 端输入为低电平，由于 CLR 是清零 端，且是低电平有效 ，实现清零功能；经过一个非门 U8A，可逆加减计数器 74LS192 的 CLR 端输入高电平，由于 74LS192 的 CLR 为清零端，且高电平有 效，使计数器 74LS192 处于清零状态，此时数码管的显示为 0。 40 秒提示：计时器到 40 时，发光指示灯会闪烁一下，扬声器会发出一次 声音，这是因为信号延迟造成的：计时器到 40 前，计数器的十

20、位显示 3，此时 输入与非门 U9A 的信号为 01，当计数器到 40 时，输入与非门 U9A 的信号为 10，因为信号的延迟使输入与非门 U9A 的信号为 11，与非门 U9A 的输出信号 为低电平 0，这个低电平 0 与 U1A 输出的低电平 0 经过与非门 U6A，与非门 U6A 输出就为高电平 1，从而使指示灯 X1 发光，扬声器发出声音。 8 第三章 单元设计电路 第一节 抢答器电路 该电路完成两个功能：一是分辨出各选手按键的先后，并锁存优先抢答者 的编号，同时译码显示电路显示编号；同时禁止其他选手抢答，抢答无效。其 电路图如图（3）。 图（）抢答器电路图 9 其工作原理如下： 电路

21、接通后，按下清零键 S 后 74LS175 CLK 端输入为低电平，由于 CLR 是清零端，且是低电平有效 ，实现清零功能，数码管上显示为 0。 再次按下复位按键 S，、输出高电平。电路进入准备状1QQ2Q3Q4 态。这时，假设有按键 A 被按下，4D 的输出 4Q 将由低变成高电平，使 4Q 输 输出为高电平经过或门 U3A 驱动数码管使数码管上显示为 1（选手 A 的编号）， 同时使(4Q 非)输出为低电平经过与门 U4A 输出为低电平，这个低电平与时Q4 钟脉冲经过与非门 U2A 形成一个上升沿脉冲作为 74LS175 CLK 的输入脉冲。 因为 74LS175 是下降沿触发的，当 CL

22、K 输入为上升沿的脉冲时输入被锁定， 故按下除了复位之外的任何的按键都将不会发生电路状态的变化，达到了既定 的功能目标。假设有按键 B 被按下，3D 的输出 3Q 将由低变成高电平，使 3Q 输输出为高电平经过或门 U1A 驱动数码管使数码管上显示为 2（选手 B 的编号） ，同时使(3Q 非)输出为低电平经过与门 U4A 输出为低电平，这个低电平与Q3 时钟脉冲经过与非门 U2A 形成一个上升沿脉冲作为 74LS175 CLK 的输入脉冲。 达到锁存编号 2 的目的。假设有按键 C 被按下，2D 的输出 2Q 将由低变成高电 平，使 2Q 输输出为高电平经过或门 U1A 驱动数码管使数码管上

23、显示 3（选手 C 的编号），同时使(2Q 非)输出为低电平经过与门 U4A 输出为低电平，这Q2 个低电平与时钟脉冲经过与非门 U2A 形成一个上升沿脉冲作为 74LS175 CLK 的输入脉冲。达到锁存编号 3 的目的。假设有按键 D 被按下，1D 的输出 1Q 将 由低变成高电平，使 1Q 输输出为高电平驱动数码管使数码管上显示 4（选手 D 的编号），同时使(1Q 非)输出为低电平经过与门 U4A 输出为低电平，这个Q1 低电平与时钟脉冲经过与非门 U2A 形成一个上升沿脉冲作为 74LS175 CLK 的 输入脉冲。达到锁存编号 4 的目的。 10 第二节第二节 计时电路计时电路 该

24、电路完成两个功能：一是进行计时，二是设定计时时间为 60 秒（脉冲 信号的频率为 1Hz）。 其电路图如图（4）： 图（4）计时电路图 其工作原理如下： 当主持人按下清零按钮 S 时，经过一个非门 U8A，可逆加减计数器 11 74LS192 的 CLR 端输入高电平，由于 74LS192 的 CLR 为清零端，且高电平有 效，使计数器 74LS192 处于清零状态，此时数码管上显示为 0。 当 LOAD 置 1 时，时钟脉冲由 UP 端接入，且 DOWN 输入高电平时 74LS192 处于加法计数状态。再次按下复位开关 S 是，经过一个非门 U8A，可 逆加减计数器 74LS192 的 CL

25、R 端输入为低电平，因此计数器开始从 00 做加法 计数，频率为 1 秒。CO 是进位端与另一个 74LS192 的时钟脉冲 UP 端相连，当 计数到十时给另一个 74LS192 的时钟脉冲 UP 端一个进位脉冲，进行十位上的 计数。当十位上的计数达到 6 即输出端为 0110 时（规定时间内无人抢答）， OB、OC 端都为高电平，经过与非门 U9A 输出为低电平，这个低电平与时钟脉 冲经过与门 U11A 输出为低电平使计时器停止工作，此次抢答无效。当有人抢 答时 第三节第三节 报警电路报警电路 由 555 定时器和三极管构成的报警电路如图 4 所示。其中 555 构成多谐振 荡器，振荡频率

26、fo143（RI2R2）C，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，反之，电路停振。 报警电路图如图（）： 图（5）报警电路图 12 一、电路实现功能一、电路实现功能 此抢答电路模块是由单稳态触发电路来实现报警电路的控制信号,用 555 定 时器构成多谐振荡器,再用一个三极管(3DG12)组成一个放大电路，以此来驱动 喇叭工作。先做整点报时电路,只要定时信号到来, 555 单稳态电路触发,555 多 谐振荡电路产生振荡信号输入 3DG12 基极,在发射极得到的放大信号推动喇叭 工作；其他的时间控制报警电路处于稳态,不会报警。 二、原理分析二、原理

27、分析 接通电源 Vcc 后，电容 C2 通过 R1,R2 进行充电，当电容电压大于等于 的电源电压时，555 定时器组成的多谐振荡器电路进入一个暂稳态。随着电 3 2 容 C2 的放电，电容两端的电压随之下降。当电容电压下降到小于等于的时 3 1 候电路又返回到前一个暂稳态。因此，电容 C2 上的电压将在和的电源电 3 2 3 1 压之间来回充电和放电，从而时电路产生了震荡，输出矩形脉冲信号。该脉冲 信号经过 1 千欧的限流电阻（防止电流过大损坏喇叭）通过三极管放大推动扬 声器发出声响。 R5 为发射极电阻，C1 是发射极电阻旁路电容器，提供交流信号的通道， 减小信号放大过程中的损耗，使交流信

28、号不因 R4 存在而降低放大功能。 13 结 语 本文主要论述了应用数字电子逻辑原理等来实现优先抢答锁存，显示抢答 选手号码，抢答计时，抢答报警，计时器到 40 时会有提示等功能的。 由于各方面条件的限制，只能通过翻阅大量图书和资料来完成论文和充实 自己的知识面，所以本文的设计不是很成熟，还有很多的不足之处。本文对数 字电子逻辑原理之做了简单的论述，对其原理其技术应用上远远不够。然而数 字逻辑原理在数字技术领域上是非常重要的，所以对此技术还需深入研究。 数字技术是当前发展最快的学科之一，相应地，数字逻辑电路的设计方法 在不断地演变和发展。所以，还需要我们不断的学习和探索。 由于自己水平有限，本

29、文的论述不够全面，存在着很多的问题，但时间有 限不能逐一探讨。在今后的学习中，我会抓住每一个与这些问题有关的学习机 会，继续深入的研究探讨，拓展自己的视野。 14 参考文献 1 邓木生，电子技能训练M，机械工业出版社，2006 年版； 2 任为民，电子技术基础课程设计M，中央广播电视大学出版社，2006 年版； 3 任为民，数字电子电路学习和实验指导M，机械工业出版社，2006 年版； 4 杨志中，数字电子技术M，高等教育出版社，2003 年版； 5 王有春，电脑电子报抢答器专刊J，四川: 科学技术出版社，2002 年版； 6 张志锐，数字电路设计与实用电路M，广州：华南理工大学出版社，198

30、9 年版； 7 朱承高，数字电子技术手册M，北京：高等教育出版社，1990 年版； 8 王新贤，集成电路速查手册M， 湖南，国防科技大学出版社，1999 年版； 9 谢自美，电子线路设计、实验、测试 M，华中理工出版社，2000 年版； 10 刘征宇，韦立华，最新 74 系列 IC 特性手册 M，福建科学技术出版，2002 年版； 15 致 谢 经过近半年的努力,在老师和同学的帮助下,我基本上完成了设计任务。通 过这次课程设计, 使我认识到了自学的重要性、以及学以致用的道理，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

31、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。 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。 另外，我更明白了无论做什么事都应该脚踏实地、一步一个脚印地去做。 不要一味地去追求结果，应该注重在整个过程中的学习。由于能力和时间上的 问题，我的论文存在着很多的不足之处，在以后的时间里我会更深入的去学习 和探索。 本次论文的顺利完成，我最要感谢的是我的指导老师艾老师，从刚开 始的选题到论文的完成，他给了我很大的帮助，在此我要向艾老师诚恳的说一 声谢谢您！