1、具有定時功能的八路數顯搶答器的設計 摘要: 本文介紹了一種用 74系列常用集成電路設計的數碼顯示八路搶答器的電路組 成、設計思路及功能。該搶答器除具有基本的搶答功能外，還具有定時、計時和 報警功能。主持人通過時間預設開關預設供搶答的時間， 系統將完成自動倒計時。 若在規定的時間內有人搶答，則計時將自動停止；若在規定的時間內無人搶答， 則系統中的蜂鳴器將發響，提示主持人本輪搶答無效，實現報警功能。 關鍵詞: 八路, 搶答器, 設計, 定時，計時，報警 Abstract： In this paper, the electric circuit and designing thought of an

2、 answering racer 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 host sets the provided time for the answering race thro

3、ugh 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 the race in this turn is of no use, so t

4、he function of alarming is achieved. Keywords: 8-wire, answering racer, design, timing, counting, alarming 一、引言 工廠、學校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽 , 搶答器是必要設備。 在我 校舉行的各種競賽中我們經常看到有搶答的環節， 舉辦方多數采用讓選手通過舉 答題板的方法判斷選手的答題權， 這在某種程度上會因為主持人的主觀誤斷造成 比賽的不公平性。 為解決這個問題， 我們小組準備就本次課設的機會制作一個低 成本但又能滿足學校需要的八路數顯搶答器。 、設計任務及系統功能簡介 1. 基本

5、功能： （1）搶答器同時供 8名選手或 8個代表隊比賽，分別用 8個按鈕 S0 S7 表示。 （2）設置一個系統清除和搶答控制開關 S,該開關由主持人控制。 （ 3） 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，揚 聲器發出聲響提示，并在DPY_7-SEGb段數碼管上顯示選手號碼。選手搶答實 行優先鎖存,優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除為止。 2. 擴展功能： （ 1） 搶答器具有定時搶答功能,且一次搶答的時間由主持人設定（如 30 秒）。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時。 （2）參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示 器上顯示選手的編號

6、和搶答的時間，并保持到主持人將系統清除為止。 （3）如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統報警并禁止搶答， 定時顯示器上顯示00。 三、實現的原理與電路 1 數字搶答器總體方框圖 如圖1所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關撥到 清零狀態，搶答器處于禁止狀態，編號顯示器滅燈，定時器顯示設定時間；主 持人將開關置；開始狀態，宣布開始搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出 聲響提示。選手在定時時間內搶答時，搶答器完成：優先判斷、編號鎖存、編號 顯示、揚聲器提示。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示 剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作 清除和開始狀態開

7、關。 圖1 設計框圖 2 單元電路設計 （1）搶答器電路 設計電路如圖2所示。電路選用優先編碼器74LS148和鎖存器74LS297來 完成。該電路主要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優先搶答 者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數字數碼顯示管）； 二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：開關S置于清除端時， RS觸發器的R、S端均為0, 4個觸發器輸出置0,使74LS148的優先編碼工作 標志端（圖中5號端）二0,使之處于工作狀態。當開關 S置于開始時，搶答 器處于等待工作狀態，當有選手將搶答按鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸 出經RS鎖存后，

8、CTR=1,RBO圖中4端）=1,七段顯示電路74LS48處于工作狀態， 4Q3Q2Q=10經譯碼顯示為“ 5”。此外，CTR=1，使74LS148優先編碼工作標 志端（圖中5號端）=1，處于禁止狀態，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即 按下時，74LS148的 此時由于仍為CTF= 1,使優先編碼工作標志端（圖中 5 號端）=1，所以74LS148仍處于禁止狀態，確保不會出二次按鍵時輸入信號， 保證了搶答者的優先性。如有再次搶答需由主持人將 S開關重新置“清除”然后 再進行下一輪搶答。74LS148為8線3線優先編碼器，表1為其功能表。 ii I SW-DFZ 汕 仔2 =料和怖忌需 啟氏 歲

9、4R ?543 圖2數字搶答器電路 表1 74LS148的功能真值表 輸 入 輸 出 麗 瓦 %丫已 1 Vs- X X X X X X X 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 X X X X K X X 0 0 0 0 0 1 0 X H X X X 0 1 0 0 1 0 1 0 霰 X X X X 0 1 1 0 1 0 0 1 0 X X X 0 1 1 1 0 1 1 1 0 X X 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 X 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1

10、 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 (2)定時電路 圖3可預置時間的定時電路 原理及設計：該部分主要由555定時器秒脈沖產生電路、十進制同步加減計 數器74LS192減法計數電路、74LS48譯碼電路和2個7段數碼管即相關電路組 成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實現減法計數，通過譯碼電路 74LS48 顯示到數碼管上，其時鐘信號由時鐘產生電路提供。74192的預置數控制端實現 預置數，由節目主持人根據搶答題的難易程度，設定一次搶答的時間，通過預置 時間電路對計數器進行預置，計數器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后， 計數器開始減法計數工作，并將時間顯示在共陰極七段數碼顯示管

11、DPY_7-SEG 上，當有人搶答時，停止計數并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒 計時時間到時，BO?輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后 選手搶答無效。下面結合圖4具體講一下標準秒脈沖產生電路的原理。 結合圖4， 圖中電容C的放電時間和充電時間分別為 鮎=R2 C In2 ： 0.7R2 C，t2 = (RR2) C In2 0.7(R, R2) C 于是從NE555的3端輸出的脈沖的頻率為 11.43 t, t2 (R, 2R2) C 結合我們的實際經驗及考慮到元器件的成本, 我們選擇的電阻值為R仁15K R2=68K C=10uF代入到上式中即得f壯1HZ，即

12、秒脈沖。 Ui1 Ui2 Uo T的工作狀 態 0 X X 0 導通 1 N TABLE T2 decimal OR FUWCTIQN INPUTS OUTPUTS NOTE LT RBi D c A b e d t o 0 H 制 L L L L M H H H H H H L 1 1 H X L L L H H L H H L L L L 2 H 1 X L L L H H H L H H L H 3 H X L L H H H H H H H L L Hi 4 H X L H L L H L H H L L H H E H X L L H H H L H H L H H 6 H X L

13、H M L H L L H H H H H 7 H X L H H H H H H H L L L L 1 8 H X H L L L H K H H 制 H H H 3 H X H L L H H H H M L L H H w H X H L H L H L L L H H L H 11 H X H L n H.J H L u H L L H 12 H X H H L L H L h L L L H H 13 H 其 H L H H H L L Hi L H H 14 H X H H H L M L L L H H H H 15 H X H H H H H L L L L L L L ei

14、 X J X X X X L L L L L L L L 2 RBI H L L L L L L L L L u L L L 3 LT X X X X X H H H H H H H H 4 六、組裝與調試 1. 使用的主要儀器、儀表 多路直流穩壓電源YB1719 數字萬用表MY61 數字示波器TDS1012 函數發生器EE1411; 2. 電路調試 單元電路檢測 搶答電路 把主持人的控制開關設置為“清除”位置，用萬用表檢查RS觸發器的R端為低 電平，輸出端（4Q1Q全部為低電平。于是74LS48的4端/BI/RBO=0,顯示器 滅燈；74LS148的選通輸入端，即5端/ST=0, 74LS1

15、48處于工作狀態，此時鎖存 電路不工作。然后把主持人的控制開關撥到“開始”位置，優先編碼電路和鎖存 電路同時處于工作狀態，即搶答器處于等待工作狀態，給8路搶答端口即輸入端 I7, I 0給上低電平的輸入信號，如當有選手將搶答按鍵按下時（如按下Ss）， 74LS148的輸出 Y Yi Y=010, Yex =0,經 RS鎖存器后，74279的輸出 1Q,即 CTR=1 /BI/RBO =1，74LS279處于工作狀態，輸出端 4Q3Q2Q=1Q1 YEX =0,經RS鎖存 器后，出“ 5”。此外，CTR=1使74LS148仍處于禁止工作狀態，其它按鍵的輸 入信號不會被接收。 定時電路 用示波器檢

16、查555的輸出波形是否為1Hz的方波信號，如不是對555的外圍 電路進行調整達到要求為止。給74LS192的數據輸入端設定一次搶答的時間， 如 35秒（00110101）的八位數據。觀察顯示器的顯示時間是否進行減計數。有問 題按原理進行修改。 時序控制及報警電路 主持人將控制開關撥到“開始”位置時，搶答電路和定時電路進入正常搶答 工作狀態。 當參賽選手按動搶答按鍵時，揚聲器發聲，搶答電路和定時電路停止工作。 當設定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發聲，同時搶答電路和定時電路 停止工作。 (2)整機電路調試 開始時，主持人將控制開關接地，搶答電路部分鎖存器74LS279的狀態輸出全 為0，74L

17、S48的滅燈輸入與鎖存器74LS279的Q1相接，故搶答電路無顯示(清 除)；與此同時，在計時電路部分，減法計數器74LS192的預置數端為0,將事 先的預置數送入減法計數器中。當主持人按鍵彈起時，計數器開始計數工作，搶 答開始。 在沒有人按鍵且搶答時間沒到時， 優先編碼器/Yex輸出為1,計數器BO2輸出 為 1，74148 的 5 端，即卩 ST =BO2*CTR = 0,而 CLCK 二 CTR* BO2*CP 優先編碼器 和計數器都正常工作； 當在規定時間有人按下搶答按鍵時，/YEX輸出為“ 0”，CTR=1, /ST=1，優先 編碼器停止工作，此后選手的搶答無效，電路將按鍵者的編號顯

18、示在LED上； 同時，CTR=1計數部分的計數脈沖CLCK =CTR* BO2*CP=0，計數器停止工作， 此時的倒計時時間記錄并顯示在 LED上; 74148的/Ys端由1跳變到0，74121 有狀態2,即Q輸出暫態高電平，蜂鳴器連續發聲報警，持續時間為tw=4.3秒。 如果在規定時間內無人搶答，BO2由1跳變到0, 74121有狀態2，Q輸出暫 態高電平，蜂鳴器連續發聲報警持續時間為 tw=4.3秒；ST=1,搶答電路停止工 作，此后的搶答按鍵無效。 七、所用元器件列表 序 號 編號 名稱 數量 說明 1 74LS192 十進制可逆計數器 2片 工作電壓5V 2 NE555 單穩態觸發器

19、2片 工作電壓5V 3 74LS48 七路顯示譯碼器 3片 工作電壓5V 4 74LS148 優先編碼器 1片 工作電壓5V 5 74LS279 觸發器 1片 工作電壓5V 6 74LS121 非重觸發單穩態觸發器 1片 工作電壓5V 7 7400 與非門 1片 工作電壓5V 8 7408 與門 1片 工作電壓5V 9 7404 反向器 1片 工作電壓5V 10 9013 三極管 1個 11 R3 R4 510。電阻 3只 12 R2 68k Q電阻 2只 13 R1 15kQ電阻 2只 14 R6 100kQ電阻 1只 15 R5 1kQ電阻 2只 16 R7 10kQ電阻 10只 17 C1 0.1uF 2只 18 C 10uF 1只 19 C2 100uF 1只 20 Speaker 蜂鳴器 1只 8Q，6V 21 SW 彈片開關 9只 22 單刀雙置開關 9只 23 LED 發光二極管 2只 24 DPY_7-SEG 共陰極七段數碼顯示管 3片 八、改進設想及建議 (1) 我們設計的作品主要是