智能抢答器的设计 仪表专业毕业论文.doc
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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
2、 显示器显示出来,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 III 1 智能仪器的发展及应用 1 1.1 智能抢答器的发展.1 1.2 智能抢答器的应用.1 2 方案的确定 2 2.1 单片机抢答器.2 2.2 PLC 抢答器 .2 2.3 电子抢答器.2 3 总体方案设计 3 4 单元模块设计 4 4.1 编码、锁存电路模块.4 4.2 定时电路模块.9 4.3 报警电路14 5 组装与调试 .16 致 谢 .18 参考文献 .19 附 录 .20 1 智能仪器的发展及应用 1.1
3、1.1 智能抢答器的发展智能抢答器的发展 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,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
4、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。 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
5、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
6、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
7、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。 3 3 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
8、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 4 4 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
9、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“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
10、。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”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
11、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,输出使能和。ST 2 Y 1 Y 4.1.14.1.1 优先编码器优先编码器 74LS14874LS148 74LS148 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 S Y0 Y1 Y2 YEX Ys Y09 7 6 14 15 10 11 12 13 1 2 3 4 5 74LS148
12、Y0 1 2 3 4 5 6 7 8 74LS148 16 15 14 13 12 11 10 9 I4 I5 I6 I7 S(E) Y2 Y1 GND VCC YS YEX I3 I2 I1 I0 Y0 (a)(b) 图 4.1.2 管脚图 6 表 4.1 74LS148 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
13、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
14、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,它可与另一片同样器件的 ST 连接,以便组成更多输入端的优先编码器。 从表 4.1 不难看出,输入优先级别的次序为 7,6,0。输入有效信号 7 为低电平,当某一输入端有低电平输入,且比它优先级别高的输入端无低电平输入 时,输出端才输出相对应的输入端的代码。例如 5 为 0,且优先级别比它高的输入 6 和输入 7 均为 1 时,输出代码为 010,这就是优先编码器的工作原理。 4.1.24.1.2 锁存器锁存器 74LS27974LS279 在 74LS279 中,由于 4 回路中 2 回路置
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