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1、智能抢答器的设计智能抢答器的设计摘摘 要要随着电子技术的发展，它在各个领域的应用也越来越广泛。人们对它的认识也逐步加深。人们也利用了电子技术以及相关的知识解决了一些实际问题。如：智能抢答器的设计与制作。抢答器是竞赛问题中一种常用的必备装置，从原理上讲，它是一种典型的数字电路。数字抢答器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；主持人按开始按钮示意开始，以上两部分组成主体电路。通过定时电路实现计时功能，构成扩展电路。经过布线、焊接、调试等工作后数字抢答器成形。在抢答电路中利用一个优先编码器译出最先抢到答题权的选手的编号并经 LED 显示器显示出来，
2、同时还要封锁电路以防其他选手再抢答。当选手答题完成后，主持人将系统恢复至零。关键词：抢答,计时,锁存目 录设计任务书 .I摘 要 .II目 录 .III1 智能仪器的发展及应用 .11.1 智能抢答器的发展.11.2 智能抢答器的应用.12 方案的确定 .22.1 单片机抢答器.22.2 PLC 抢答器 .22.3 电子抢答器.23 总体方案设计 .34 单元模块设计 .44.1 编码、锁存电路模块.44.2 定时电路模块.94.3 报警电路.145 组装与调试 .16致 谢 .18参考文献 .19附 录 .201 智能仪器的发展及应用1.11.1 智能抢答器的发展智能抢答器的发展当今的社会竞
3、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，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，如果要是让抢答者用举手等方法，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。比赛中为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，这就要有一种抢答设备作为裁判员，这就必然离不开抢答器。抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机或集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能
4、。随着科技的发展，现在的抢答器正朝着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。目前所使用的抢答器有的电路较复杂不便于制作，可靠性低，实现起来很困难，有的则用一些专用的集成块，而专用集成块的购买又很困难。简易逻辑数字抢答器具有电路简单、元件普通、易于购买等特点，很好地解决了制作困难和难于购买问题。1.21.2 智能抢答器的应用智能抢答器的应用随着我国抢答器市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点，而抢答器作为一种电子产品，早已广泛应用于各种知识竞赛场合。抢答器一般分为电子抢答器和电脑抢答器。电子抢答器多适用于学校和企事业单位举行的简单的抢答活动。电脑
5、抢答器多用于大型的电台活动。2 方案的确定2.12.1 单片机抢答器单片机抢答器所谓单片机系统就是采用目前市场上的单片机 CPU 及其它外围芯片，根据不同系统设计电路板，最终设计成一台简易的计算机系统，并在此基础上设计程序以达到所要求的控制功能。这种形式在 80 年代国内很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面的限制，目前除了仪表上仍然采用外，在工业现场的应用已逐步被代替。2.22.2 PLCPLC 抢答器抢答器PLC 是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置,是带有存储器,可以编制程序的控制器。它能够存储和执行指令,进行逻辑运算,顺序控制,定时,计数和算术等操作,并通过数字式和
6、模拟式的输入输出,控制各种类型的机械和生产过程。2.32.3 电子抢答器电子抢答器简易逻辑数字抢答器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；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，构成扩展电路。在知识竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，只靠人的视觉是很难判断出哪组先答题材。这次设计就是电子技术以及三极管巧妙的设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题，这是本设计的一大优点。通过研究发现，采用数
7、字电路技术设计的抢答器与目前常用的抢答器相比，首先，电路连接简单，因为大多数功能单元都能通过数字电路完成；第二。工作性能可靠，抗干扰能力优于目前抢答器。所以本研究是一个实用的工程设计，具有创新性。鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答器必将大有市场。因此，我选择简易逻辑数字抢答器这一课题。33 3 总体方案设计总体方案设计如图 3.1 所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清零”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”状态，宣布“开始”，抢答器工作。定时器倒计时，选手在定时时间内抢答时，抢答器完成优先判
8、断、编号锁存、编号显示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。图 3.1 总体方框图抢答 按 钮优先编码 电路锁存 器译码 电 路显 示 电 路主持人控制 开关控制 电 路秒脉冲产生 电路定时 电 路译码 电 路显示 电 路44 单元模块设计4.14.1 编码、锁存电路模块编码、锁存电路模块该电路主要完成两个功能：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）；禁止其他选手按键，其按键操作无效。其参考电路如图 4.1.1 所示，其工作过程：开关 S 置于
9、“清除”端时，RS 触发器的 R 端均为 0，4 个触发器输出置 0，使 74LS1480，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，当有选手将键按下时（如按下S3） ，74LS148 的输出 经 RS 锁存后，1Q=1,74LS48 处于工作状态，4Q3Q2Q=100,经译码显示为“4” 。此外，1Q1，使 74LS1481，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Q1，74LS1481，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。如有再次抢答需由主持人将 S 开关重新置“清除
10、”然后再进行下一轮抢答。 图 4.1.1 编码、锁存电路5编码、锁存电路由优先编码器 74LS148 和 RS 锁存器 74LS279 组成。优先编码器74LS148 是 8 线输入 3 线输出的二进制编码器（简称 8-3 线二进制编码器） ，其作用是将输入 I0I7 这 8 个状态分别编成 8 个二进制码输出。优先编码器允许同时输入两个以上的编码信号，不过在优先编码器将所有的输入信号按优先顺序排了队，当几个输入信号同时出现时，只对其中优先权最高的一个进行编码。其功能表如表4.1 所示。由表看出 74LS148 的输入为低电平有效。优先级别从 I7 至 I0 递降。另外，它有输入使能ST ，输
11、出使能2Y和1Y。4.1.14.1.1 优先编码器优先编码器 74LS14874LS14874LS148 为 8 线3 线优先编码器，表 4.1 为其真值表，图 4.1.2 为其管脚图。I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 SY0 Y1 Y2YEXYsY09 7 6141510 11 12 13 1 2 3 4 574LS148Y01 2 3 4 5 6 7 874LS14816 15 14 13 12 11 10 9I4 I5 I6 I7 S(E) Y2 Y1 GNDVCC YS YEX I3 I2 I1 I0 Y0(a)(b) 图 4.1.2 管脚图6表 4.1 74LS148
12、8 线3 线二进制编码器真值表74LS148 工作原理如下： 该编码器有 8 个信号输入端，3 个二进制码输出端。此外，电路还设置了输入使能端 ST，输出使能端 EO 和优先编码工作状态标志 GS。 当 ST=0 时，编码器工作；而当 ST=1 时，则不论 8 个输入端为何种状态，3 个输出端均为高电平，且优先标志端和输出使能端均为高电平，编码器处于非工作状态。这种情况被称为输入低电平有效，输出也为低电来有效的情况。当 ST=0，且至少有一个输入端有编码请求信号（逻辑 0）时，优先编码工作状态标志 GS 为 0。表明编码器处于工作状态，否则为 1。由表 4.1 可知，在 8 个输入端均无低电平输入信号和只有输入 0 端（优先级别最低位）有低电平输入时，Y2Y1Y0 均为 111，出现了输入条件不同而输出代码相同的情况，这可由 GS 的状态加以区别，当 GS1 时，表示 8 个输入端均无低电平输入，此时 Y2Y1Y0=111 为非编码输出；GS0 时，Y2Y1Y0=111 表示响应输入 0 端为低电平时的输出代码（编码输出）。Ys 只有在 ST 为 0，且所有输入端都为 1 时，输出为0，它可与另一片同样
