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1、带有语音播报的多路数字显示竞争电路设计摘 要随着各种益智类节目的不断发展，越来越多的竞赛抢答器被用在了其中，多路数字显示竞争电路即抢答器是一种典型的数字电路，它包括了组合逻辑电路和时序逻辑电路。电路结构形式多种多样，可以利用简单的与非门构成，也可以利用触发器构成，也可以利用单片机来完成。本文介绍了一种用74系列集成电路设计的数码显示抢答器的电路组成、设计思路及功能。该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有定时、计时、报警功能。综合运用定时器，计数器，编码器，译码器，锁存器等元器件组合而成。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
2、在规定的时间内无人抢答，则在系统中的蜂鸣器将发出声响，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能。关键词：抢答器，定时，计时，报警The many road digital display circuit design competitionAuthor: Shi XiaoyunTutor: YueLiqinAbstractWith the continuous development of a variety of educational programs， contest Responder is increasingly being used in it .The responder is a
3、 typical digital circuit， including a combination of logic circuits and sequential logic circuit. Circuit structure of a variety of forms， can make use of simple and non-gate structure can also be used to trigger composition.In this paper， the electric circuit and designing thought of an answering r
4、acer based on the common-used series of 74 IC with 8-wire is introduced， and its function is also described. The answering races function includes timing， counting， and alarming， besides the basic function of an answering racer.The integrateduse of timer， counter， encoder， decoder. The host sets the
5、 provided time for the answering race through the time-setting switch， after this the system will count down the time automatically .If anybody answer the question on time， the counting of time will stop;If nobody answer the question on time ，the alarm will give out some sound， helping the host know
6、 the race in this turn is of no use ，so the function of alarming is achieved.Keywords：Responder，timing，counting，alarm目录1绪论11.1 课题背景及目的11.2 国内外研究状况11.3 课题研究方法21.4 论文构成及研究内容32 模块电路设计42.1 抢答电路42.2 显示电路52.3 计时电路72.4 报警电路92.4.1 声音报警电路92.4.2 光报警电路93 总体电路设计114 主要芯片介绍134.1 74LS175寄存器134.2 74LS192计数器144.3 55
7、5定时器154.4 74LS148164.5 7448译码器175 仿真过程及结果195.1仿真结果195.2设计和使用说明21总结22致谢23参考文献241 绪论1.1课题背景及目的工厂、学校和电视台等很多单位常举办各种智力竞赛，在抢答的环节中，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的抢答权，这在某种程度上会因为主持人的主观判断造成比赛的不公平，而抢答器能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。因此数显抢答器就显得很必要了。它通过数码显示管、灯光及音响等多种方式指示出第一抢答者。随着电子技术的进步，抢答器也由早期的简易抢答器发展成现在具有锁存、显示、计时、报警功能的多功能抢答器。能够
8、实现抢答器功能的方式有多种，可以采用单片机、PLC、EDA，也可以采用模拟电路、数字电路和模拟与数字电路相结合的方式。本文采用数字电路的方式设计出多功能数字显示抢答器。本文主要是配合模拟电子技术和数字电子技术理论课程而设置的一门实践性课程，旨在巩固所学知识，加强综合能力，培养电路设计能力，提高实验技术，启发创新思想的效果。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；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。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。经过布线、焊接、调试等工作使数字抢
9、答器成形1。1.2国内外研究状况随着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。了解国内外抢答器生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。电子抢答器的中心构造一般都是由抢答器由单片机以及外围电路组成，其搭配的配件不同又分为，非语音非记分抢答器和语音记分抢答器。非语音记分抢答器构造很简单，就是一个抢答器的主机和一个抢答按钮组成，在抢答过程中选手是没有记分的显示屏。语音记分抢答器是有一个抢答器的主机和主机的显示屏和选手的记分显示屏。电脑抢答器又分为无线电脑抢答器和有线电脑抢答器。无线电脑抢答器是由主机和抢答器
10、专用的软件和无线按钮构成。无线电脑抢答器利用电脑和投影仪，可以把抢答气氛活跃起来，一般多使用于电台等大型的活动。有线电脑抢答器也是由主机和电脑配合起来，电脑再和投影仪配合起来，利用专门研发的配套的抢答器软件，可以十分完美的表现抢答的气氛。虽然抢答器技术在近年来有很大改进，但依然有着很多不足。例如性价比不高，安装困难，电路复杂等。1.3课题研究方法设计的多路智力抢答器能同时供4个选手参赛，编号分别为0到4，每个人用1个抢答按键；J1、J2、J3、J4分别为抢答开关，J5为裁判开关，当裁判开关闭合时可以进行抢答，最先按下开关的选手对应的号码将在数码管上显示同时计时电路还记下选手抢答时的时间。计时器
11、的倒计时的时间可由裁判设定。给节目主持人一个控制开关，实现系统清零和抢答的开始；具有数据锁存和显示功能；抢答开始后，如果有选手按下抢答按键，其编号立即锁存并显示在LED上；此外禁止其他选手再次抢答，选手编号一直保存到主持人清0为止3。扩展功能是：具有定时抢答功能，可由主持人设定抢答时间，当抢答开始后定时器开始倒计时，并显示在LED上，；选手在规定时间内抢答有效，停止倒计时，并将倒计时时间显示在LED上，同时报警。当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成三项工作。1、优先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、控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他
12、选手再次进行抢答。3、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；在规定时间内，无人抢答时，电路报警提醒主持人，次后的抢答按键无效。1.4 论文构成及研究内容定时抢答器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。根据设计的要求分块设计抢答、锁存、计时、显示、和报警功能。1、抢答和锁存电路要求能够对信号进行存储和锁定，可用触发器组成。2、对于显示部分就直接用编码器、七段
13、数码管驱动译码器和七段数码管组成。3、计时电路是按秒进行倒计时，所以计时电路可有减法计数器、秒脉冲生成电路、和显示电路。由于电路对秒脉冲信号的占空比要求的不高所以可以用555定时器构成多谐振荡电路来实现。4、报警电路，按题目要求可采用声、光报警，光报警用发光二极管电路实现，声报警用蜂鸣器来实现。2 模块电路设计2.1 抢答电路四路智力抢答器的电路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4。图2.1触发锁存电路电路选用锁存器74LS175来完成。该电路主要完成两
14、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，不会对抢答产生影响。工作过程：开关分别是J1，J2，J3，J4，J5，J5是控制清零端，当其闭合（清零）时，抢答模块74LS175的CLR端都置1；当J5断开时，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J1），输出经74LS175锁存器接到七段显示电路。此外，CLK=1，使74LS175锁存器处于禁止状态，封锁其他按键的输入，确保不会出现二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先权。如果再次抢答需由主持人将J5开关重新置“清零”
15、然后才能进行。触发锁存电路如图2.1所示。触发锁存电路主要是由集成寄存器74LS175、四输入与非门74LS20和二输入与非门74LS00构成一个4位的集成寄存器，74LS175的管脚图中CLR是异步清零控制端。在往寄存器中寄存数据或代码之前，必须先将寄存器清零，否则有可能出错。1D4D是数据输入端，在CP脉冲上升沿作用下，1D4D端的数据被并行地存入寄存器。输出数据可以并行从1Q4Q端引出，也可以并行从端反码引出。开关J5是裁判开关，开关J1J4是抢答开关。开关闭合输入高电平，断开输入低电平。当J5断开时CLR端输入为低电平对74LS175进行清零，全为高电平，输入CLK的脉冲为有效脉冲。当
16、开关J5闭合后选手可以进行抢答，如果J3闭合3D输入为1相应的3Q输出为1，输出为0，而、输出为1，最后CLK的输入为1，脉冲信号将无效触发器被锁定。2.2 显示电路显示电路由8线3线优先编码器74LS148、与非门、集成七段显示译码器7448和七段共阴数码管组成。由于74LS148输出的是反码所以74LS148输出的信号首先用反码器反相后再由译码器译码并最终在七段数码管上显示出结果，显示电路如图2.2所示。显示译码器常见的是数字显示电路，它通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成。数码显示器按显示方式有分段式、字形重叠式、点阵式。其中，七段显示器应用最普遍。半导体发光二极管显示器是数字电路中使用最多的显示器。它有共阴极和共阳极两种解
