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1、1四人智力竞赛抢答器一、设计题目四人智力竞赛抢答器二、设计目的1.掌握四人智力竞赛抢答器电路的设计、组装与调试方法。2.熟悉数字集成电路的设计和使用方法。三、设计任务与要求1）设计任务设计一台可供 4 名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。 用数字显示抢答倒计时间，由“9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器连续响 1 秒。选手抢答时，数码显示选手组号，同时蜂鸣器响 1 秒，倒计时停止。2）设计要求(1)4 名选手编号为：1，2，3，4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为 1，2，3，4。(2)给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和抢答的开始。(3)抢答器
2、具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。(4)抢答器具有定时（9 秒）抢答的功能。当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响，音响持续 1 秒。参赛选手在设定时间（9 秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，音响持续 1 秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。(5)如果抢答定时已到，却没有选手抢
3、答时，本次抢答无效。系统扬声器报警（音响持续 1 秒） ，并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示 0。(6)可用石英晶体振荡器或者 555 定时器产生频率为 1Hz的脉冲信号，作为定时计数器的 CP 信号。四、原理电路和程序设计：（1）方案比较；电路主要由脉冲产生电路、锁存电路、编码及译码显示电路、倒计时电路和音响产生电路组成。当有选手抢答时，首先锁存，阻止其他选手抢答，然后编码，再经 4 线 7 段译码器将数字显示在显示器上同时产生音响。主持人宣布开始抢答时，倒计时电路启动由 9 计到 0，如有选手抢答，倒计时停止。电路系统结构如图 13：2图 13 四人智能抢答器原理图（2
4、）整体电路；（3）单元电路设计；扬声器数码显示脉冲电路倒计时器 译码器 数码显示扬声器锁存器 编码转换电路 译码器主持人选手31）以锁存器为中心的编码显示电路抢答信号的判断和锁存可采用触发器或锁存器。若以四 D 触发器74LS175 为中心构成编码锁存系统，编码的作用是把锁存器的输出转化成8421BCD 码，进而送给 7 段显示译码器。其真值表 3：表 3 锁存编码真值表锁存器输出 编码器输出Q4 Q3 Q2 Q1 D C B A0 0 0 1 0 0 0 10 0 1 0 0 0 1 00 1 0 0 0 0 1 11 0 0 0 0 1 0 0工作原理：四 D 触发器 74LS175 的输
5、出 Q 非控制显示模块显示组号。当无人抢答时，4 个 D 触发器的输出 Q 非相与，为“1”时，脉冲能够进入触发器，有一人抢答时，与门中有一个变为“0” ，使脉冲不能进入触发器，从而防止其他人抢答。并停止计时。将与非后的信号用于控制声音模块报警。2）脉冲产生电路：4工作原理：该模块为由 555 定时器构成的多谐振荡器。并以 74LS160做 10 分频,产生 10Hz 和 1Hz 的脉冲信号。3）倒计时显示电路：该电路可采用十进制同步减计数器 74LS190，主持人宣布开始时，按下按钮，同时使计数器置数为“9” ，并在脉冲作用下开始倒计时并在显示器上显示，到零时停止。 工作原理：由 74LS1
6、90 十进制计数器计数，其输出端驱动 BCD 数码器。160 的进位输出反相信号进位信号和抢答信号控制 1HzCP 信号的输入，即计数到 0 时不会倒回 9再计时，也控制计数到时抢答模块不许再抢答同时声音模块块报警。190 的MR 接收抢答模块的信号，当抢答模块复位时 190 也复位。54）音响电路：由主持人、选手、倒计时共同控制它的输入，使其在主持人开始、选手抢答、倒计时到零时都能鸣叫。（5）元件选择。元件电阻 电容芯片 开关 其他型号1k1.49k10u 74LS175、 74LS148、 74LS190、74LS04、555、74LS20、74LS04、74LS11、74LS02蜂鸣器、
7、共阴数码管、数量各 1 2 各 1 5 各 1五、电路和程序调试过程与结果：1 先将抢答模块接好先，这时的脉冲信号可以先接到实验装置上的 10Hz信号，接好线，测试可否正常抢答，14 抢答开关断开时对应的 LED 是否显示正常，抢答后其他人能否抢答和复位是否正常。2 接上显示模块，测试可否显示对应组号，未抢答时和复位有无显示。3 接好脉冲信号模块，代替接到实验装置上的信号，测试是否有产生脉冲信号，是否可以使抢答模块正常工作。64 接上倒计时模块，将控制信号线连接好，测试能否计时，计时到时是否不会继续计时。5 抢答模块是否还能抢答，抢答后是否还计时及复位后计时是否重新计时。6 接上声音模块，测试
8、抢答后及计时到时后是否有报警声。7 对整个电路的功能测试一遍。六、总结通过本设计，复习了数字电子的知识，更深入的了解了各元件的使用方法和功能。体会了设计电路的方法和流程，排除各种故障。最终使电路工作正常。并达到各种设计要求。各部分功能正常，达到老师的要求。四人智力竞赛抢答器单片机技术文章 2009-12-25 17:21:08 阅读 727 评论 0 字号：大中小 订阅 1、设计目的1）掌握四人智力竞赛抢答器电路的设计、组装与调试方法。2）熟悉数字集成电路的设计和使用方法(或单片机系统的设计与应用 )。2、设计任务与要求1）设计任务设计一台可供 4 名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。用数字显示抢
9、答倒计时间，由“9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器连续响 1 秒。选手抢答时，数码显示选手组号，同时蜂鸣器响 1 秒，倒计时停止。2）设计要求(1)4 名选手编号为：1 ，2，3，4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2 ，3，4。(2)给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和抢答的开始。(3)抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。(4)抢答器具有定时（9 秒）抢
10、答的功能。当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响，音响持续 1 秒。参赛选手在设定时间（9 秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，音响持续 1 秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。(5)如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器报警（音响持续 1 秒），并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示 0。3、方案比较与选择73.1 使用数字逻辑电路设计电路主要由脉冲产生电路、锁存电路、编码及译码显示电路、倒计时电路和音响产生电路组成
11、。当有选手抢答时，首先锁存，阻止其他选手抢答，然后编码，再经 4 线 7 段译码器将数字显示在显示器上同时产生音响。主持人宣布开始抢答时，倒计时电路启动由 9 计到 0，如有选手抢答，倒计时停止。电路系统结构如图 13：1）以锁存器为中心的编码显示电路抢答信号的判断和锁存采用触发器或锁存器。2）脉冲产生电路：采用石英晶体振荡器产生高精度的秒脉冲。3）倒计时显示电路：该电路采用十进制同步减计数器 74LS190，主持人宣布开始时，按下按钮，同时使计数器置数为“9”，并在脉冲作用下开始倒计时并在显示器上显示，到零时停止。 4）音响电路：利用单稳态触发器 74LS121 产生定宽的抢答输出脉冲，接入
12、蜂鸣器，根据脉冲宽度可计算得蜂鸣器鸣叫时间。再由主持人、选手、倒计时共同控制它的输入，使其在主持人开始、选手抢答、倒计时到零时都能鸣叫。3.2 使用单片机系统设计控制系统主要由单片机应用电路、存储器接口电路、显示接口电路组成。其中单片机是系统工作的核心，它主要负责控制各个部分协调工作，在其外围接上复位电路，数码管，按钮及蜂鸣器。P1 口与P3 口驱动数码管， P2.0-P2.3 为 4 组抢答输入 P3.6 为蜂鸣器的控制口。使用汇编语言编写程序，该程序主要包括主程序，倒计时子程序，键盘扫描子程序，显示子程序，响铃子程序，延时子程序等组成。本次课程设计选用单片机系统设计，虽然使用数字逻辑电路设
13、计可以对各功能模块有充分的认识，但再实物制作的时候很有难度，因此没有选用数字电路设计设计。4、系统总体方案与硬件设计4.1 控制系统总体方案及所需元件该四路抢答器控制系统主要由单片机应用电路、显示接口电路、键盘接口电路，其中单片机STC89C52RD 是系统工作的核心，它主要负责控制各部分协调工作。外围电路接上复位电路、数码管、上拉电阻、按钮及蜂鸣器，元件为：晶振 X1、电容 C1、C2、C3 ，电阻。P2.4 由裁判控制，为抢答开始键。P2.0P2.3 是 4 组抢答的输入口，P1.0 P1.7 和 P3.0P3.7 接两个数码管，P2.7 为蜂鸣器的控制口。控制系统仿真用到了伟福软件，集成
14、调试环境，集成了编辑器，编译器，调试器，支持软件模拟，支持项目管理功能强大的观察窗口，支持所有的数据类型。树状结构显示，支持 ASM(汇编)，C 语言等，在线直接修改、编译、调试源程序，错误指令定位。系统仿真还用到了 PROTUCE 软件，可通过仿真可以完全显示所设计系统的功能，对于程序的调试等有很大的帮助。4.2 硬件设计1）单片机 STC89C52RC 芯片的基本特点：8此单片机具有强抗干扰、高速、低功耗的特点，指令完全兼容传统 8051 单片机，12 时钟/机器周期和 6 时钟/机器周期可任意选择，用户应用程序空间为 8K 字节，片上集成 512 字节 RAM，通用I/O（32 个），复
15、位后为：P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉，P0 是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 用时，需加上拉电阻。有 EEPROM 功能，看门狗硬件电路。其引脚如下图 2：2)各模块具体设计：A：外部振荡电路必须在单片机的驱动下才能工作，在单片机内部有一时钟振荡电路，只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，采用常用的晶振电路，如图 3 示：B：复位电路：单片机内外部中断和内部中断并存，有硬件复位端，只要输入持续 4 个机器周期的高电平即可实现复位。硬件复位后的各状态都恢复到初始值。电路如 4 图所示：C：键盘电路：四个按钮（P2.0-P2.3）作为
16、抢答选择键，还有一个按钮作为抢答开始键（P2.4），如图 5 所示：D：显示电路：利用共阳数码管作为显示器件，如图 6 示：E：蜂鸣器电路：采用三极管 9015 驱动蜂鸣器，低电平响，且为使蜂鸣器响时，驱动管处于饱和状态，蜂鸣器接在三极管的集电极上，电路如图 7：5.软件系统设计1）明确系统的功能主要功能：当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，由“9”倒计到“0”时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，蜂鸣器响，持续 1 秒。参赛选手在设定时间（9 秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，音响持续 1 秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统蜂鸣器报警（音响持续 1 秒）；抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，禁止其他选手抢答。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。2）分析功能，理清程序结构系
