智力搶答裝置實驗現象

① 設計一個智力競賽搶答器可同時供8人參加比賽，他們的編號分別是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一個搶答按鈕

第一章搶答器設計功能分析
1.1 數字搶答器的概述
對於搶答器我們大家來說都不陌生，它是用於很多競賽場合，真正實現先搶先答，讓最先搶到題的選手來回答問題。搶答器不僅考驗選手的反應速度同時也要求選手具備足夠的知識面和一定的勇氣。選手們都站在同一個起跑線上，體現了公平公正的原則。
1.2 設計任務與要求
基本要求：
1. 給主持人設置一個開關，用來控制系統的清零（編號顯示數碼管滅燈）和搶答器的開始。
2. 搶答器具有數據鎖存和顯示的功能。搶答開始後，若有選手按動搶答器按鈕，編號立即鎖存，並在LED數碼上顯示選手的編號，同時揚聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。
發揮部分：
1. 搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間可以由主持人設定（如30秒）。當節目主持人啟動「開始」鍵後，要求定時器立即減計時，並用顯示器顯示，同時揚聲器發出短暫的聲響，聲響持續時間0.5秒左右。
2. 參加選手在設定的時間內搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答時刻的時間，並保持到主持人將系統清零為止。
3. 如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，系統短暫報警，並封鎖輸入電路，禁止選手超時後搶答，時間顯示器上顯示00。
4. 選手如果在主持人按開始鍵之前違規搶答，系統報警，LED顯示違規選手號碼和FF，直到主持人按下停止鍵。

第二章 搶答器方案論證
搶答器的實現方式有種多樣，通過純電子器件搭建電路實現，如優先編碼器，鎖存器，555定時器解碼器等，純電子器件實現沒有軟體參與，調試簡單，但是它不易於擴展和修改，而且電路結構復雜，調試困難電子，電子器件管腳很多，實際搭建起來費時費力，焊接很容易出錯。於是，我想到了用單片機實現。單片機體積小價格低，應用方便，穩定可靠。單片機將很多任務交給了軟體編程去實現，大大簡化了外圍硬體電路，使外圍電路的實現簡單方便。由於單片機本身不具有軟體編譯測試的功能，我們需要藉助其他軟體編譯，將編譯好的程序「燒」入單片機內。
在實際電路設計中，需要先通過模擬軟體測試電路以及編譯的程序，檢查外圍電路設計是否合理，軟體編譯是否正確，以及軟體和硬體電路能否正常配合工作，能否准確的實現所設計的功能。如果測試通過，電路模擬沒有問題能完全實現功能的話就可以實際的做板子的焊接工作了。在老師的指導下我選擇了常用的單片機模擬軟體proteus6.9以及keil 進行模擬。

第三章 硬體電路設計
3.1總體設計
根據搶答器的基本功能，可以設計出如下的單片機外圍電路：

圖3-1 總體設計
如圖3-1，P3.0為開始搶答，P3.2為停止，P1.0-P1.7為八路搶答輸入，數碼管段選P0口，位選P2口低3位，蜂鳴器（用綠燈代替）輸出為P3.6口。P3.2為時間加1調整，P3.3為時間減1調整。
3.2 外部振盪電路

圖3-2 外部振盪電路
一般選用石英晶體振盪器。此電路在加電大約延遲10ms後振盪器起振,在XTAL2引腳產生幅度為3V左右的正弦波時鍾信號,其振盪頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個電容 C1,C2的作用有兩個:一是幫助振盪器起振;二是對振盪器的頻率進行微調。C1,C2的典型值為30PF。
3.3 復位電路的設計
單片機的第9腳RST為硬體復位端,只要將該端持續4個機器周期的高電平即可實現復位,復位後單片機的各狀態都恢復到初始化狀態，其電路圖如圖4所示:

圖3-3 復位電路
在方案中使用到了硬體復位和軟體復位兩種功能,由上面的硬體復位可使寄存器及存儲器的值都恢復到初始值,而前面的功能提到了倒計時間需要有記憶功能,該功能實現的前提條件就是不能對單片機進行硬體復位,所以設定了軟復位功能。軟復位實際上就是當程序執行完畢之後,將程序指針通過一條跳轉指令讓它跳轉到程序執行的起始地址。
3.1.4 顯示電路的設計
顯示電路使用了七段數碼管7SEG-MPX4-CC，它是共陰極的，由高電平點亮。

圖3-4 陰極七段數碼管
4.1.5 按鈕輸入電路的設計
搶答器的輸入按鈕使用常開開關，

圖3-5 搶答按鍵
這些常開開關組成了搶答按鍵，硬體電路簡單，在程序設計上也不復雜，只要在程序中消除在按鍵過程中產生的「毛刺」現象就可以了。這里採用最常用的方法即延時法，其的原理為：因為「毛刺」脈沖一般持續時間短，約為幾ms，而按鍵的時間一般遠遠大於這個時間,所以當單片機檢測到有按鍵動靜後再延時一段時間(這里取10ms)後再判斷此電平是否保持原狀態,如果是則為有效按鍵，否則無效。
3.1.6 發聲
這里能利用程序來控制單片機P3.6口線反復輸出高電平或低電平，即在該口線上產生一定頻率的矩形波，接上揚聲器就能發出一定頻率的聲音，再利用延時程序控制「高」「低」電平的持續時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調，使揚聲器發出不同的聲音。

第四章 系統軟體設計
4.1 程序系統結構圖
硬體電路確定後，軟體的編程要與硬體相匹配，軟硬體才能結合完成所要實現的功能。由功能分析得到以下的軟體結構圖：

圖4-1 軟體系統結構圖
4.2 程序流程圖
整個程序主要由定時器T0、定時器T1、外部中斷0和主程序構成。
定時器T0用於使揚聲器發聲，當需要響鈴時，把響鈴標志位置一，每次中斷都對P3.7取反，揚聲器發聲，改變定時器初值，可改變揚聲器頻率。定時器程流程圖如下：

圖4-2 響鈴程序流程圖
定時器T1用於倒計時，每次中斷為50ms，當計數標志為20時即為一秒，顯示數字減一。其流程圖如下：

圖4-3 倒計時中斷流程圖
外部中斷0用於調整倒計時時間，流程圖如下：

圖4-4 調整搶答時間流程圖

主程序協調三個中斷一起工作，實現搶答功能,其流程圖如下：

圖4-5 主程序流程圖

附錄：
程序代碼：
P3.0為開始搶答，P3.1為停止，P1.0-P1.7為八路搶答輸入，數碼管段選P0口，位選P2的低三位口，蜂鳴器輸出為P3.6口。
ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG 0003H
AJMP INT0SUB
ORG 000BH
AJMP T0INT
ORG 001BH
AJMP T1INT
OK EQU 20H ; 搶答開始標志位
RING EQU 22H ; 響鈴標志位
ORG 0040H
MAIN: MOV R1,#0FH; 初設搶答時間為15s
MOV R2,#0AH; 初設答題時間為10s
MOV TMOD,#11H; 設置未定時器/模式1
MOV TH0,#0F0H
MOV TL0,#0FFH; 越高發聲頻率越高,越尖
MOV TH1,#3CH
MOV TL1,#0B0H; 50ms為一次溢出中斷
SETB EA
SETB ET0
SETB ET1
SETB EX0
SETB EX1; 允許四個中斷,T0/T1/INT0/INT1
CLR OK
CLR RING
SETB TR1
SETB TR0; 一開始就運行定時器,以開始顯示FFF.如果想重新計數,重置TH1/TL1就可以了
查詢程序:
START: MOV R5,#0BH
MOV R4,#0BH
MOV R3,#0BH
ACALL DISPLAY; 未開始搶答時候顯示FFF
JB P3.0,NEXT
ACALL DELAY
JB P3.0,NEXT;去抖動,如果"開始鍵"按下就向下執行,否者跳到非法搶答查詢
ACALL BARK;按鍵發聲
MOV A,R1
MOV R6,A; 送R1->R6,因為R1中保存了搶答時間
SETB OK; 搶答標志位,用於COUNT只程序中判斷是否查詢搶答
MOV R3,#0AH; 搶答只顯示計時,滅號數
AJMP COUNT;進入倒計時程序,"查詢有效搶答的程序"在COUNT裡面
NEXT: JNB P1.0,FALSE1
JNB P1.1,FALSE2
JNB P1.2,FALSE3
JNB P1.3,FALSE4
JNB P1.4,FALSE5
JNB P1.5,FALSE6
JNB P1.6,FALSE7
JNB P1.7,FALSE8
AJMP START
非法搶答處理程序:
FALSE1: ACALL BARK; 按鍵發聲
MOV R3,#01H
AJMP ERROR
FALSE2: ACALL BARK
MOV R3,#02H
AJMP ERROR
FALSE3: ACALL BARK
MOV R3,#03H
AJMP ERROR
FALSE4: ACALL BARK
MOV R3,#04H
AJMP ERROR
FALSE5: ACALL BARK
MOV R3,#05H
AJMP ERROR
FALSE6: ACALL BARK
MOV R3,#06H
AJMP ERROR
FALSE7: ACALL BARK
MOV R3,#07H
AJMP ERROR
FALSE8: ACALL BARK
MOV R3,#08H
AJMP ERROR
倒計時程序(包括有效搶答程序):
COUNT: MOV R0,#00H; 重置定時器中斷次數
MOV TH1,#3CH
MOV TL1,#0B0H； 重置定時器
RECOUNT: MOV A,R6; R6保存了倒計時的時間
MOV B,#0AH
DIV AB; 除十分出個位/十位
MOV 30H,A; 十位存於(30H)
MOV 31H,B; 個位存於(31H)
MOV R5,30H ; 取十位
MOV R4,31H ; 取個位
MOV A,R6
CLR C
SUBB A,#07H
JNC LARGER ;大於5s跳到LARGER,小於等於5s會提醒
MOV A,R0
CJNE A,#0AH,FULL;1s中0.5s向下運行
CLR RING
AJMP CHECK
FULL: CJNE A,#14H,CHECK ; 1s時,響並顯示號數並清R0,重新計時
SETB RING
MOV A,R6
JZ QUIT ; 計時完畢
MOV R0,#00H
DEC R6 ; 一秒標志減1
AJMP CHECK
LARGER: MOV A,R0
CJNE A,#14H,CHECK ; 如果1s向下運行,否者跳到查"停/顯示"
DEC R6; 計時一秒R6自動減1
MOV R0,#00H
CHECK: JNB P3.1,QUIT; 如按下停止鍵退出
ACALL DISPLAY
JNB P1.0,TRUE1
JNB P1.1,TRUE2
JNB P1.2,TRUE3
JNB P1.3,TRUE4
JNB P1.4,TRUE5
JNB P1.5,TRUE6
JNB P1.6,TRUE7
JNB P1.7,TRUE8
AJMP RECOUNT
QUIT: CLR OK ; 如果按下了"停止鍵"重新回到開始
CLR RING
ACALL BARK
AJMP START
正常搶答處理程序：
TRUE1: ACALL BARK; 按鍵發聲
MOV A,R2
MOV R6,A; 搶答時間R2送R6
MOV R3,#01H
CLR OK;
AJMP LOOP2
TRUE2:ACALL BARK;
MOV A,R2
MOV R6,A
MOV R3,#02H
CLR OK
AJMP LOOP2
TRUE3:ACALL BARK;
MOV A,R2
MOV R6,A
MOV R3,#03H
CLR OK
AJMP LOOP2
TRUE4:ACALL BARK;
MOV A,R2
MOV R6,A
MOV R3,#04H
CLR OK
AJMP LOOP2
TRUE5: ACALL BARK;
MOV A,R2
MOV R6,A
MOV R3,#05H
CLR OK
AJMP LOOP2
TRUE6: ACALL BARK;
MOV A,R2
MOV R6,A
MOV R3,#06H
CLR OK
AJMP LOOP2
TRUE7: ACALL BARK;
MOV A,R2
MOV R6,A
MOV R3,#07H
CLR OK
AJMP LOOP2
TRUE8: ACALL BARK;
MOV A,R2
MOV R6,A
MOV R3,#08H
CLR OK
LOOP2: AJMP DISPLAY ;搶答後停止計時，等待返回
SETB RING
JNB P3.1 QUIT
AJMP LOOP2
犯規搶答程序:
ERROR: SETB RING ;犯規響鈴
MOV R5,#0BH
MOV R4,#0BH; 顯示FF和犯規號數
LOOP3: ACALL DISPLAY
JNB P3.1 QUIT1; 等待「停止」鍵按下
AJMP LOOP3
QUIT1: CLR RING
CLR OK
AJMP START
顯示程序:
DISPLAY:MOV DPTR,#DAT1; 查表顯示程序,利用P0口做段選碼口輸出/P2低三位做位選碼輸出
MOV A,R5
MOVC A,@A+DPTR
MOV P2,#01H
MOV P0,A
ACALL DELAY
MOV DPTR,#DAT2
MOV A,R4
MOVC A,@A+DPTR
MOV P2,#02H
MOV P0,A
ACALL DELAY
MOV A,R3
MOVC A,@A+DPTR
MOV P2,#04H
MOV P0,A
ACALL DELAY
RET
DAT1:DB 00H,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H
;"滅","1","2","3","4","5","6","7","8","9","滅","F"
DAT2:DB 3FH, 06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H
DELAY1: MOV 35H,#08H
LOOP0: ACALL DISPLAY
DJNZ 35H,LOOP0
RET
延時(顯示和去抖動用到):
DELAY: MOV 32H,#12H
LOOP: MOV 33H,#0AFH
LOOP1: DJNZ 33H,LOOP1
DJNZ 32H,LOOP
RET
發聲程序:
BARK: SETB RING
ACALL DELAY1
ACALL DELAY1
CLR RING; 按鍵發聲
RET
INT0(搶答時間R1調整程序):
INT0SUB:MOV A,R1
MOV B,#0AH
DIV AB
MOV R5,A
MOV R4,B
MOV R3,#0AH
ACALL DISPLAY；先在兩個時間LED上顯示R1
JNB P3.2,INC0; P3.2為+1s鍵,如按下跳到INCO
JNB P3.3,DEC0; P3.3為-1s鍵,如按下跳到DECO
JNB P3.4,BACK0; P3.4為確定鍵,如按下跳到BACKO
AJMP INT0SUB
INC0: MOV A,R1
CJNE A,#63H,ADD0; 如果不是99,R2加1,如果加到99了,R1就置0，重新加起
MOV R1,#00H
ACALL DELAY1
AJMP INT0SUB
ADD0: INC R1
ACALL DELAY1
AJMP INT0SUB
DEC0: MOV A,R1
JZ SETR1;如果R1為0, R1就置99，
DEC R1
ACALL DELAY1
AJMP INT0SUB
SETR1: MOV R1,#63H
ACALL DELAY1
AJMP INT0SUB
BACK0: RETI
TO溢出中斷(響鈴程序):
T0INT:MOV TH0,#0ECH
MOV TL0,#0FFH
JNB RING,OUT
CPL P3.6 ; RING標志位為1時候P3.6口不短取反使喇叭發出一定頻率的聲音
OUT: RETI
T1溢出中斷(計時程序):
T1INT: MOV TH1,#3CH
MOV TL1,#0B0H
INC R0
RETI
END

② 智力競賽搶答裝置的原理

畫一張太麻煩，下載一個吧，如果非要自己設計的，等有時間我再給你畫。

這個挺好的，集成電路的外部元件很少。

哦，做三路的再加一個門電路就可以了，照此可以做多路。

③ 描述下本電路是如何實現四路輸入搶答功能的

vvc：設計一個4人參加的智力競賽搶答計時器
1：當有某一個參賽者下按搶答開關時。相應顯示等亮。並伴有聲響；且此時搶答器不再接受其他輸入信號；
2：電路具有回答問題時間控制功能。要求回答問題小於等於100s（顯示0——99s）。時間顯示採用倒計時方式。當達到限定時間時。發出聲響以示警告
3：有清零復位功能
補充：設計5v穩壓電源供給電路
實驗四 多路智力搶答器
實驗目的
1、熟悉智力競賽搶答器的工作原理
2、掌握搶答電路、優先編碼電路、鎖存電路、定時電路、報警電路、時序控制電路、解碼電路、顯示電路及報警電路的設計方法
實驗任務
基本功能
1、設計一個多路智力競賽搶答器，同時供 8 個選手參賽，編號分別為 0 到 7 ，每個用一搶答按鍵。
2、給節目主持人一個控制開關，實現系統清零和搶答的開始。
3、具有數據鎖存和顯示功能。搶答開始後，如果有選手按下搶答按鍵，其編號立即鎖存並顯示在 LED 上，同時揚聲器報警。此外，禁止其他選手再次搶答。選手編號一直保存到主持人清除。
擴展功能
1、具有定時搶答功能，可由主持人設定搶答時間。當搶答開始後，定時器開始倒計時，並顯示在 LED 上，同時揚聲器發聲提醒。
2、選手在規定時間內搶答有效，停止倒計時，並將倒計時時間顯示在 LED 上，同時報警。
在規定時間內，無人搶答時，電路報警提醒主持人，次後的搶答按鍵無效。
實驗四 多路智力搶答器
實驗原理
1、原理框圖：
2、原理簡述
定時搶答器的總體框圖如上圖所示，它由主體電路和擴展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答後，當選手按動搶答鍵時，能顯示選手的編號，同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴展電路完成定時搶答的功能。
定時搶答器的工作過程是：接通電源時，節目主持人將開關置於「清除」位置，搶答器處於禁止工作狀態，編號顯示器滅燈，定時器倒計時。當定時時間到，卻沒有選手搶答時，系統報警，並封鎖輸入電路，禁止選手超時後搶答。當選手在定時時間內按動搶答鍵時，搶答器要完成以下四項工作： ①優先緞電路立即分辨出搶答者的編號，並由鎖存器進行鎖存，然後由解碼顯示電路顯示編號；②揚聲器發出短暫聲響，提醒節目主持人注意；③控制電路要對輸入編碼電路進行封鎖，避免其他選手再次進行搶答；④控制電路要使定時器停止工作，時間顯示器上顯示剩餘的搶答時間，並保持到主持人將系統清零為止。當選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關，使系統回復到禁止工作狀態，以便進行下一輪搶答。
電路設計
1、搶答部分
a） 電路功能 ：一是將搶答選手的編號識別出並鎖存顯示到數碼管上，二是使其他選手按鍵無效；三是有人搶答時輸出時序控制信號，使計數電路停止工作並報警。
b） 原理圖：
c） 與其他電路的介面：
S ： 輸入，與主持人總控相接，此處控制數碼管的清零；
/ST ： 輸入， 74148 的使能控制端（由 7400 輸入）；
/YEX ： 輸出，報警時序控制（與 74121 相連）；
CTR ： 輸出，報警時序控制（與 7400 相連）；
d） 具體原理 ：該部分主要由 74148 優先編碼器、鎖存器 74279 、解碼器 7448 組成和按鍵、
7 段數碼管組成。如圖所示，搶答輸入端為 74148 的 /I7 到 /I0 腳，當有選手按鍵時， 74148 的相應的引腳為低電平，電路完成以下動作：
（ 1 ）、 74148 將編碼輸入到鎖存其中，並通過鎖存器由 7448 解碼後顯示到數碼管上；
（ 2 ）、 74148 解碼輸出端 /YEX ＝ 0 ，通過控制時序電路使 74148 的使能端 /ST 為 1 ， 74148 停在解碼工作，使以後其他選手的按鍵無效；
（ 3 ）、時序信號 /YEX=0 ， CTR=1 ，通過控制時序電路使計時電路停止工作，報警電路報警。
2、定時電路
a） 電路功能 ：主要實現搶答倒計時，同時通過輸出介面與時序控制電路相接，實現時序控制，當無人搶答且時間到時，報警。
b） 原理圖：
c） 與其他電路介面 ：
CLCK ： 輸入，計數脈沖，時序控制電路產生， 由 7411 輸出；
S ： 輸入，主持人總控，此處控制計數器 74192 的預置數；
BO2 ： 輸出，倒計時時間到時輸出低電平 0 ，與時序電路 74121 相接，控制報警；
d） 具體原理 ：該部分主要由 555 脈沖產生電路、 74192 減法計數電路、 7448 解碼電路和 2 個 7 段數碼管即相關電路組成。兩塊 74192 實現減法計數，通過解碼電路 7448 顯示到數碼管上，其時鍾信號由時鍾產生電路提供。 74192 的預置數控制端實現預置數，當主持人按下控制按鍵 S 時，實現預置。按鍵彈起後，計數器開始減法計數工作，並將時間顯示在 LED 上，當有人搶答時，停止計數並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， BO2 輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以後選手搶答無效。
3、時鍾產生和時序控制電路
a） 電路功能 ：為計數電路提供計數脈沖，同時完成主持人控制以及以上各部分的邏輯控制協調，使電路正常工作

④ PLC智力競賽搶答控制系統設計實驗

用什麼品牌的PLC呢，還有7段數碼管其實就是7個燈組合起來顯示1,2,3,4就可以了吧

⑤ 八路搶答器的畢業設計論文

有一個絕對適合你
論文的部分：

2.實驗原理
智力競賽搶答器用單片機來設計製作完成,由於其功能的實現主要通過軟體編程來完成, 採用單片機AT89C51,它是低功耗、高性能的CMOS型8位單片機。片內帶有4KB的Flash存儲器,且允許在系統內改寫或用編程器編程。該智力競賽耐埋搶答器的准確度很高，其誤差主要由晶振自身的誤差所造成。
AT89C51單片機由微處理器，存儲器，I/O口以及特殊功能寄存器SFR等部分構成。其存儲器在物理上設計成程序存儲器和數據存儲器兩個獨立的空間，片內程序存儲器的容量為4KB，片內數據存儲器為128個位元組。89C51單片機有4個8位的並行I/O口：P0口，P1口，P2口和P3口。各個介面均由介面鎖存器，輸出驅動器，和輸入緩沖器組成。P1口是唯一的單功能口，僅能用作通用的數據輸入/輸出口。P3口是雙功能口除了具有數據輸入/輸出功能外，每條介面還具有不同的第二功能，如P3.0是串列輸入口線，P3.1口是串列輸出口線。在需要外部程序存儲器和數據存儲器擴展時，P0可作為分時雹畝凱復用的低8位地址/數源喚據匯流排，P2口可作為高8位的地址匯流排。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。

⑥ 搶答器課程設計實驗總結怎麼寫

蘭州理工大學技術工程學院
課程設計任務書

課程名稱： 電子技術課程設計
題 目： 智力競賽搶答器

專業班級：
學生姓名：
學 號：
指導老師：
審 批：

任務書下達日期 2009年 12 月 28日 星期一
設計完成日期 2010年 1 月 8 日 星期五

設計內容與設計要求
一、設計內容：
1．設計一個可容納8組代表隊參賽的智力搶答器，每組設一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應。
2. 搶答器具有第一信號鑒別及數據鎖存功能。主持人將設備復位（清零）後，發出搶答指令，當第一組參賽者觸動按鈕時，該組指示燈亮。此後，其他組別觸動按鈕無效。
3. 設計一個用數碼管顯示1~8組中最先搶答組別的電路。
4. 搶答器具有定時30S搶答的功能，當主持人發出搶答指令後開始減計時，並用顯示器顯示時間。當搶答時間到，蜂鳴器鳴叫發出報警信號，並封鎖輸入電路，禁止選手超時搶答。
5．設計一個犯規判別電路，並用指示燈顯示。
6．設置記分顯示電路，每組預置100分，答對1次加10分，答錯1次減10分。
7．功能擴展（自選）
二、設計要求：
1．思路清晰，給出整體設計框圖和總電路圖；
2．單元電路設計，給出具體設計思路和電路；
3．寫出設計報告；

主要設計條件
1． 在實驗樓南樓的四樓「綜合實驗室」和「電子實驗室」調試。
2． 提供調試用實驗箱和電路所需元件及晶元。
說明書格式
1． 課程設計封面；
2． 任務書；
3． 說明書目錄；
4． 設計總體思路，基本原理和框圖（總電路圖）；
5． 單元電路設計（各單元電路圖）；
6． 安裝、調試步驟；
7． 故障分析與電路改進；
8． 總結與體會；
9． 附錄（元器件清單）；
10． 參考文獻；
11．課程設計成績評分表

目錄

1 緒論 6
2 設計方案 7
2.1 設計方案和要求 7
2.2 設計思想和原理 8
2.3 單元電路的設計 8
（1）搶答器部分電路設計 8
（2）定時電路設計 9
（3）報警電路設計 11
（4）計分電路設計 11
2.4 總體設計 12
3 EWB模擬 15
4故障分析與電路改進 15
5部分重要原件引腳圖及其功能表 18
6心得體會 20
7附錄 22
參考文獻 22

1 緒論

智力競賽是一種生動活潑的教育方式，而搶答就是智力競賽中非常常見的一種答題方式。搶答能引起參賽者和觀眾的極大興趣，並且能在極短的時間內，使人們迅速增加一些科學知識和生活常識。但是，在這類比賽中，對於誰先誰後搶答，在何時搶答，如何計算答題時間等等問題，若是僅憑主持人的主觀判斷，就很容易出現誤判。所以，我們就需要一種具備自動鎖存，置位，清零等功能智能搶答器來解決這些問題。
在本次課程設計中，將主要設計一個供八人使用的定時搶答器。他要實現以下主要功能：（1）為8位參賽選手各提供一個搶答按鈕，分別編號S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7；（2）主持人可以控制系統的清零與搶答開始；（3）搶答器要有數據鎖存與顯示的功能。搶答開始後，若有任何一名選手按動搶答按鈕，則要顯示其編號至系統被主持人清零，並且揚聲器發生提示，同時其他人再按對應按鈕無效；（4）搶答器要有自動定時功能，並且一次搶答時間由主持人任意設定。當主持人啟動「開始」鍵後，定時器自動減計時，並在顯示器上顯示。同時揚聲器上發出短暫聲響；（5）參賽選手只有在設定時間內搶答方為有效搶答。若搶答有效，則定時器停止工作，並且顯示搶答開始時間直到系統被清零；（6）若設定時間內無選手進行搶答（按對應按鈕），則系統短暫報警，並且禁止選手超時搶答，定時器上顯示00數字搶答器由主體電路與擴展電路組成。優先編碼電路、鎖存器、解碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關啟動報警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時電路和解碼電路將秒脈沖產生的信號在顯示器上輸出實現計時功能，構成擴展電路。
利用本次設計出的電路製造成的定時搶答器，即可輕松實現在8人或8個代表隊之間進行的搶答比賽中進行控制，使得這一活動更加趣味、公平。

2 設計方案
2.1 設計方案和要求
1.給定的主要器件：74ls148 74ls138 74ls192 555 發光二極體 顯示器
2功能要求：設計一個智力競賽搶答球，可同時共8個選手參加比賽，並具有定時搶答功能。具體功能要求如下：
基本功能：
（1） 設計一個智力競賽搶答器，可同時供8名選手或8個代表隊參加比賽，他們的選號分別是s0，s1，s2，s3，s4，s5，s6，s7。
（2） 給節目主持人設置一個控制開關，用來控制系統的清零（編號顯示數碼管滅燈）和搶答器的開始。
（3） 搶答器具有數據鎖存和顯示功能。搶答開始後，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，並在led數碼管上顯示選手的編號，同時揚聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清零為止
（4） 搶答器具有定時30S搶答的功能，當主持人發出搶答指令後開始減計時，並用顯示器顯示時間。當搶答時間到，蜂鳴器鳴叫發出報警信號，並封鎖輸入電路，禁止選手超時搶答。
（5） 設計一個犯規判別電路，並用指示燈顯示。
（6） 設置記分顯示電路，每組預置100分，答對1次加10分，答錯1次減10分。
（7） 功能擴展（自選）
2.2設計思想和原理
多路智力搶答器的組成框

該設計搶答器的電路主要是由搶答電路，觸發電路，觸發鎖存電路，七段顯示解碼器幾部分構成。
工作原理：通電後，主持人將開關撥到「清零狀態，搶答器處於禁止狀態，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。當定時時間到，卻沒有選手搶答時，系統報警，並封鎖輸入電路，禁止選手超時搶答。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。當一輪搶答之後，定時器停止，禁止二次搶答，定時器顯示剩餘時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作「清除」和「開始：狀態開關
2.3單元電路的設計
(1)搶答器電路的設計
該部分主要完成兩個功能：一是分辨選手按鍵的先後，並鎖存優先搶答者的編號，同時解碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。選用優先編碼器74ls148和RS鎖存器可以完成上述功能，所組成的電路圖如下所示。這個電路的工作原理過程：當主持人控制開關s置於「清零」
端時，RS觸發器的R非端均為0，4個觸發器輸出（Q4--Q1）全部置0，使74ls148的BI的非=0，顯示器燈滅：74ls148的選通輸入端ST的非=0，使之處於工作狀態，此時鎖存電路不工作。當主持人把開關S置於「開始」時，優先編碼器和鎖存電路同時處於工作狀態，即搶答器處於等待工作狀態，等待輸入端的信號，當有選手將鍵按下時（比如按下s5），74ls148的輸出Y2Y1Y0的非=010，YEX的非=0，經RS鎖存後，CTR=1，BI的非=1，經74ls148解碼後，顯示器顯示為「5」。此外，CRT=1,使74ls148的ST的非為高電平，封鎖其他按鍵的輸入。如果再次搶答需有主持人將S開關重新「清除」，電路復位。

（2）定時電路的設計
節目主持人可根據搶答題的難以程度，來設定某一次搶答的時間，通過
置時間電路對計數器進行預置，計數器的時鍾脈沖由秒脈沖電路提供。可預置時間的電路選用可由兩片十進制同步加減計數器74Ls192、解碼器7448、氣短數碼顯示管來進行設計。其中，兩塊74LS192實現減法計數，通過解碼電路74LS48顯示到數碼管上，其時鍾信號由時鍾產生電路提供。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，計數器的時鍾脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起後，計數器開始減法計數工作，並將時間顯示在共陰極七段數碼顯示管上，當有人搶答時，停止計數並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， 輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以後選手搶答無效。
74LS192是同步十進制可逆計數器，具備雙時鍾輸入，同時具備清零和置位功能。其管腳圖如圖所示：

（3）報警電路的設計
這部分電路我們是由555構成多諧振盪器，振盪頻率fo=1.43/【（R1+2R）C】，其輸出信號經三極體推動揚聲器。PR為控制信號，當PR為諧振盪器工作；而當PR為低電平時，電路停振。

2.4 總體電路設計和電路圖
經過以上分析，我們將各部分電路連接，並加以適當控制，即得到了八位定時搶答器的總體電路圖。如圖11所示：
其工作原理是：
八位選手編號分別為0、1、2、3、4、5、6、7，對應按鈕分別為S0、S1、S2、
S3、S4、S5、S6、S7；
首先主持人根據題目的難易程度設置搶答時間，此設定可以通過調節輸入兩片74LS192的D、C、B、A四個管腳的高低電平來進行（例如要設定時間為60s,就將十位的192的D、C、B、A分別置位為0、1、1、0，而將各位的192的D、C、B、A都置於0）。當主持人宣讀完題目說「開始」並將開關置於「開始」位置後，輸出為高電平，此高電平分為三路：一路輸出到集成單穩態觸發器74LS121的輸入端，使其產生單個周期為0.5S的脈沖，驅動報警電路發出聲響，即實現了發聲提示的功能；另一路輸出到74LS192的LD端，使其處於高電平而開始減 計數；還有一路輸出到鎖存器的C端；
若沒有選手安東按鈕，則74LS373輸出全為高電平，74LS148也輸出高電平，E0端輸出低電平至7448的滅燈輸入RI/RBO端，使得信號經7448到顯示器 上時無顯示；
當任意一路（設1）搶答器按下按鈕時，八D鎖存器74LS373工作，與輸入端相對應的輸出端（1）輸出高電平，則鎖存器輸出的八位電平經8～3八位優先編碼器74LS148編碼輸出的A0～A2成為與輸入信號相對應的三位二進制碼，而74LS148的管腳15（E0）的輸出電平由低變高，輸出到七段解碼顯示器74LS48的二進制碼經其解碼後輸出到七段共陰數碼管上，則顯示器上顯示對應的編號（1）。此時，7448的RI/RBO端輸出高電平，開關出也輸出高電平，二者經過與非門輸出低電平，經過與門還是低電平輸出到鎖存器373的C端，起到所存功能，其他選手若再按動對應按鈕也無對應輸出，，即實現了搶答功能；
同時，由於74LS148的E0段輸出高電平輸出到集成單穩態觸發器74LS121的輸入端，使其產生單個周期為0.5S的脈沖，驅動報警電路發出聲響，即實現了發聲提示的功能；
同時，74LS148的GS端輸出電平由高變低，與秒脈沖發生器產生的秒脈沖相與後輸出為0，使得無脈沖抵達計數器192的Down端。計數器停止工作，保持原來顯示不變，即實現了暫停減計數使其記錄搶答時間的功能；
當選手回答完問題後，主持人將開關置於「清零」的位置，輸出低電平，也是分為三路：一路與74148的E0端（高）與非後變為高電平輸出到373的使能端C，使得鎖存器不再鎖存數據，此時，搶答部分顯示器滅燈無顯示，實現了清零；
另一路低電平輸出到計數器192的LD端，而CR端也是低電平，所以使得對應顯示器輸出預置的數據；
若在定時部分計數器倒計時到00還無選手按動按鈕的話，兩片74LS192的借位輸出端都輸出高電平，二者相與後輸出高電平到單穩態觸發器74121的B埠，使其產生周期為0.5s的脈沖刺激報警電路發聲提示

計分電路圖

3 EWB模擬
按照總體電路圖在模擬軟體EWB上一一選擇晶元並進行連接，然後啟動開關觀察。

當模擬結果和預期一樣，則證明模擬成功。設計的電路是正確的。

4故障分析與電路改進
1． 顯示器上不顯示數字，我們從後級往前級進行測試，首先用1.5～2V的電壓作用各個筆段,看對應各筆段是否亮,判斷是否完好。若完好則繼續檢測74ls148晶元是否完好。在74ls148的A、B、C、D四個輸入端隨意輸入一組二進制數碼（用高低電平表示1和0，此處注意要用到8V以上的電源電壓），看是否能顯示數字。無顯示的故障一般問題出在這兩個環節。
2． 若顯示器上顯示的是不符合要求的數字，在設計原理正確的前提下，首先通過測試判斷74ls148的輸出a～g與LED管的a～g筆段是否連接有錯。其方法是74ls148的輸出a～g分別按規律輸入高低電平，觀察LED管是否顯示相應的數字。如果這個環節正常，則問題在二極體編碼電路，再逐一進行檢查。
3． 如果不能鎖存，或是鎖存不了1和7，則問題在鎖存電路，應該從原理上進行分析。鎖存電路的設計原理是：啟用CD4511的鎖存功能端LE，高電平有效，即輸入高電平時執行鎖存功能。鎖存器應能鎖定第一個搶答信號，並拒絕後面搶答信號的干擾。如何設計呢，我們對0～9十個數字的顯示筆段進行分析，只有0數字的d筆段亮與g筆段滅，其它數字至少有一點不成立。由此可以區分0與其它數字。我們將LED管的a筆段與g筆段的輸入信號反饋到鎖存電路，通過鎖存電路控制鎖存端LE輸入為0或1（鎖存與否）。當LED顯示器顯示為0時，LE=0，CD4511解碼晶元不鎖存；當LED顯示器顯示其它數字時， LE=1，晶元鎖存。這樣只要顯示器上顯示為0，74ls148解碼晶元才不鎖定，顯示其它數字均鎖存。所以只要有選手按了按鍵，顯示器上一定是顯示1～8的數字，LE=1晶元鎖存，之後任何其他選手再按下按鍵均不起作用。例如SB1鍵先按下，顯示器上顯示1，LE=1晶元鎖存，其他選手再按SB2～SB8，顯示器上仍顯示1，SB1按下之後的任一按鍵信號均不顯示。直到主持人按清零鍵SB9，顯示器上又顯示0，LE=0，鎖存功能解除，又開始新一輪的搶答。
若所有的數字都不能鎖存，說明不管LED顯示什麼數字，74ls148管腳的5腳輸入為電平，可能是5腳與地短接或者是鎖存電路的兩個二極體VD13和VD14斷開等故障；若只有1和7兩個數字不顯示則可以分析一下其原因：顯示1和7數字時g段不亮，74ls148的g輸出端為低電平，VD14截止，而b段亮d段不亮本應該三極體VT截止而使VT13導通，產生高電平（鎖存信號）給LE，現在不能鎖存說明VD13截止，推斷是三極體擊穿損壞。
4． 在測試的過程中我們一定要注意，高低電平的測試電壓數值要針對不同的電路而選取不同的數值。比如，針對LED管，高電平只能用1.5～2V,而在CD4511的輸入端高電平要用到8V以上的電源電壓。選高了，會燒管子；選低了，會看不到效果，甚至產生誤判斷。
5. 判斷PNP型和MPN型晶體管：用萬用表的R×1k(或者R×100)檔。用黑表筆接晶體管的某一個管腳，用紅表筆分別接其它兩腳。如果表 針指示的兩個阻值都很大，那麼黑表筆接晶體管的某一個管腳，用紅表筆接其它兩腳。如果表針指示的兩個阻值都很大，那麼黑表筆所 接的那一個管腳是PNP型的基極，如果表針指示的兩個阻值都很小，那麼黑表筆所接的那個一個管腳是NPN型的基極；如果表針指示的阻 值一個很大，一個很小，那麼黑表筆所接的那一個管腳不是基極。這就要另換一個管腳來試。以上方法，不但可以判斷基極，而且可以 判斷是PNP型還是NPN型晶體管。
判斷基極後就可以進一步判斷集電極和發射極。先假定一個管腳是集電極，另一個管腳是發射極。然後反過來，把原先假定的管腳對調一下，再估測β值，其中，β值大的那次的假定是對的。這樣就把集電極個發射極也判

5部分重要原件引腳圖及其功能表
（1）74ls148

管腳圖

（2）74ls192

管腳圖

功能表

（3）555

管腳圖

6 總結與體會
轉眼間兩周數字電子課程設計轉眼就結束了，通過這次課程設計，我學會了許多課本上學不到的東西，同時也加強了我的動手、思考和解決問題的能力，受益匪淺。
通過楊老師的講課，楊老師從整體上給我們說明了設計的大體思路，每一步該實現怎麼樣的功能，怎麼實現該功能。而我們的任務是通過這次楊老師的講課去找資料了解各晶元的功能，並通過晶元實現其功能。接下來的任務就去找資料，設計電路圖，並且模擬。
為了弄懂74LS192晶元的功能，我從圖書館里借來了好幾本書，同時也在網上找了資料再到邏輯功能，經過一番努力終於解決啦，還有其它的晶元的功能也要慢慢的去琢磨。而在課程設計過程中，我覺得是對課本知識的鞏固和加強，由於課本上的知識太多，同時平時課間又沒有好好的運用額理解個個元件的功能，而且考試的內容有限，所以在這次課程設計過程中，我們了解很多元件的功能，對其在電路中的使用有更多的認識。
從前的學習過程過於浮淺，只是流於表面的理解，而現在要做課程設計，就不得不要求我們對所用到的知識有更深層次的理解。因為課程設計的內容比及書本中的理論知識而言，更接近於現實生活，而理論到實踐的轉化往往是一個艱難的過程，它猶如一隻攔路虎，橫更在我們的面前。但是我們毫不畏懼，因為我們相信我們能行。
前幾天的主要任務是設計和模擬出主體電路。雖然在設計中會遇到這樣那樣的問題，有時認為是正確的，而在模擬中卻出現了這樣那樣的問題。比如說在設計好的主電路圖要實現南北各燈泡的狀態，電路圖我認為是對的，而在模擬的是後去出現了問題，就是出現了一個出狀態，其它的都是正確的，經過了反復的檢查沒什麼問題，後來問楊老師，其實沒有問題，在實際中就不會出現了這種問題啦，所以有不懂的還是要問老師，那樣還節省很多的時間。
電路圖接好了，下面就是接線啦，這可是一個比較麻煩的事。首先要測試個晶元是否有問題，電路板有沒有問題，以及導線是不是斷了。這一系列的工作都是細心的事，容不的半點馬虎。在接線的時候要細心和耐心、恆心，這樣才能做好事情。首先是線的布局上既要美觀又要實用和走線簡單，兼顧到方方面面去考慮是很需要的，否則只是一紙空話。同時接好了一步電路以後，最為重要的是檢查這部分是不是接對了。
通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發現了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。
此次課程設計，學到了很多課內學不到的東西，比如獨立思考解決問題，出現差錯的隨機應變，和與人合作共同提高，都受益非淺，今後的製作應該更輕松，自己也都能扛的起並高質量的完成項目。
兩周的課程設計已經結束，我將珍藏這段難忘的時光，是她讓我讓我知道，任何一種小小的成績後面，也許就隱藏著許許多多不為人的艱辛。
在此，我要感謝給予我們精心輔導的楊老師，還有其他代理課程設計的老師，也向他們表示衷心的感謝！

7 附錄.元器件清單
74ls148 1個 74ls138 1個 74ls192 2個 555 2個 JK觸發器 2個 麵包板 1塊 調試箱 1個

參 考 文 獻
1．《電子線路設計、實驗、測試》（第二版）
華中理工大學出版社-------謝自美 主編
2．《新型集成電路的應用》---------電子技術基礎課程設計
華中理工大學出版社 梁宗善 主編
3．《電子技術基礎實驗》
高等教育出版社-------------陳大欽 主編
4．《電子技術課程設計指導》
高教出版社-------------------彭介華 主編

⑦ 本文以6組參賽者使用的智力競賽搶答器為對象進行了搶答器的原理結構設計與研究

本文主要介紹了搶答器的工作原理及設計，以及它的實際用途。 前言 1 一、二、實驗內攔銀寬容和要求 設簡亮計實現一個可容納四組參賽者的數字智力競賽搶答器搏族。

⑧ 多路智力競賽搶答器的設計

你可以參看一下PLC方面的書籍。這個是典型的例子。大部分教科書上都有。