智能搶答器課程設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　智能儀表課程設(shè)計是對以前學科知識的綜合，檢驗學生掌握電子學科的理論知識的程度，也是學科教學中的一個十分重要的環(huán)節(jié)。通過把理論與實踐相結(jié)合，提高理論水平，鍛煉實踐動手能力。在以前沒有搶答器的時候，人們就舉手來搶答。這樣就不能夠準確的判斷哪個首先舉手。因此產(chǎn)生矛盾。然后出現(xiàn)了一些機械似的搶答器，但是準確度都不高，而且又太貴，現(xiàn)

2、在用的是電子產(chǎn)品，精確度大大的提高了，而且有的可調(diào)精確度。</p><p>　　搶答器是一個用于智力搶答的簡易器械，通過他可以實現(xiàn)對由誰獲得回答權(quán)的自動判斷，假如僅靠人的判斷，很難保證先做出搶答的選手獲得答題權(quán)，運用搶答器可以消除這種可能性從而保證比賽的公平公正性。搶答器多見于一些益智類節(jié)目中，搶答器可以鍛煉選手的快速反應能力，而且活躍現(xiàn)場氣氛。</p><p>　　該報告主要介紹了簡易三

3、路搶答器的設(shè)計原理以及器件選擇和主要器件分析以及原理圖等。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 搶答器 可調(diào)精確度 快速反應能力 設(shè)計原理 器件選擇 原理圖</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要…………………………………………………………………………………1</p><p>　　1設(shè)計方案……

4、………………………………………………………………… 3</p><p>　　1.1概述………………………………………………………………………3</p><p>　　1.2電路組成和工作原理……………………………………………………3</p><p>　　1.2.1 搶答器……………………………………………………………4</p><p>　　1.

5、2.2 搶答控制器………………………………………………………4</p><p>　　1.2.3清零裝置………………………………………………………… 4</p><p>　　1.2.4顯示、 聲響電路…………………………………………………4</p><p>　　1.2.5振蕩電路………………………………………………………… 4</p><p>

6、<b>　　2 元器件選型</b></p><p>　　2.1 電阻………………………………………………………………………5</p><p>　　2.2發(fā)光二極管……………………………………………………………… 5</p><p>　　2.3二輸入4與非門74LS00…………………………………………………5</p><p&g

7、t;　　2.4 三輸入3與非門74LS10…………………………………………………6</p><p>　　2.5 四D觸發(fā)器74LS175…………………………………………………… 7</p><p>　　2.6 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器………………………………………… 8</p><p>　　2.6.1 555定時器…………………………………………………………8&

8、lt;/p><p>　　2.6.2 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器………………………………… 9</p><p>　　2.7 搶答器按鍵部分…………………………………………………………10</p><p>　　2.8 搶答器指示及發(fā)聲部分…………………………………………………11</p><p>　　3 電路的組成及控制原理………………………………

9、……………………13</p><p>　　3.1搶答控制電路…………………………………………………………… 13</p><p>　　3.2搶答器…………………………………………………………………… 13</p><p>　　3.3清零裝置………………………………………………………………… 14</p><p>　　3.4顯示、聲響電路………

10、………………………………………………… 14</p><p>　　總結(jié)……………………………………………………………………………… 15</p><p>　　參考文獻………………………………………………………………………… 16</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　附錄一 電路原理圖………………

11、……………………………………………… 17</p><p>　　附錄二元器件清單…………………………………………………………………18</p><p>　　附錄三PS-MH4015L型蜂鳴器參數(shù)表………………………………………………………19</p><p><b>　　1設(shè)計方案</b></p><p><b&g

12、t;　　1.1概述</b></p><p>　　簡易三人搶答器是讓主持人從三名競賽者中確定出最先的搶答者。</p><p>　　1.2 電路組成和工作原理</p><p>　　根據(jù)上面所說的功能要求，智力競賽搶答計事系統(tǒng)的組成框圖如下圖1-1所示。它主要有五部分組成：</p><p>　　圖1-1 整體框架圖</p>

13、<p>　　如圖為這個三路搶答器的方案流程圖，其具體介紹如下：選手搶答按鍵由三個可自動復位開關(guān)組成；多諧振蕩器由555定時器和電容和電阻構(gòu)成；主持人復位鍵使用一個可自動復位按鍵；聲光提示部分由三個發(fā)光二極管和一個揚聲器構(gòu)成；搶答信號分析主體部分由一個四D觸發(fā)器74LS175和兩個二輸入與非門（由74LS00提供）和一個三輸入與非門（由74LS10提供）構(gòu)成。</p><p>　　該搶答器工作流程：搶答

14、開始前，主持人按下復位鍵，此時，三個發(fā)光二極管均為熄滅狀態(tài)，揚聲器不發(fā)聲。當主持人表示開始搶答時，選手按下?lián)尨鹌靼存I，和該選手對應的指示燈即發(fā)光二極管亮，揚聲器發(fā)出聲音，同時通過與非門電路將搶答信號反饋回來，鎖住搶答器主體，使之不再接收其他選手的搶答信號，從而保證只有第一個按下?lián)尨鸢存I的選手獲得答題權(quán)。等到進入下一搶答環(huán)節(jié)，主持人按下復位鍵，搶答器再次處于可搶答狀態(tài)。</p><p><b>　　1.2

15、.1搶答器</b></p><p>　　智力競賽搶答器的核心。當參賽者的任意一位首先按下?lián)尨痖_關(guān)事，搶答器即刻接受該信號，指使相應發(fā)光二極管亮（或音響電路發(fā)出聲音），與此同時，封鎖住其他參賽者的輸入信號。</p><p>　　1.2.2搶答控制器</p><p>　　由三個開關(guān)組成。三名參賽者各控制一個，撥動開關(guān)使相應控制端的信號為高電平或低電平。<

16、;/p><p><b>　　1.2.3清零裝置</b></p><p>　　供比賽開始前裁判員使用。它能保證比賽前觸發(fā)器統(tǒng)一清零，避免電路的誤動作和搶答過程的不公平。</p><p>　　1.2.4顯示、聲響電路</p><p>　　比賽開始，當某一參賽者按下?lián)尨鹌鏖_關(guān)時，觸發(fā)器就接受該信號，在封鎖其他開關(guān)信號的同時，使該路

17、的發(fā)光二極管發(fā)出亮光和蜂鳴器發(fā)出聲響，以引起人們的注意。</p><p><b>　　1.2.5振蕩電路</b></p><p>　　它提供給搶答器工作的控制脈沖。</p><p><b>　　2 元器件選型</b></p><p><b>　　2.1 電阻</b></p

18、><p>　　因為物質(zhì)對電流產(chǎn)生的阻礙作用，所以稱其該作用下的電阻物質(zhì)。電阻將會導致電子流通量的變化，電阻越小，電子流通量越大，反之亦然。沒有電阻或電阻很小的物質(zhì)稱其為電導體，簡稱導體。不能形成電流傳輸?shù)奈镔|(zhì)稱為電絕緣體，簡稱絕緣體。</p><p>　　在物理學中，用電阻來表示導體對電流阻礙作用的大小。導體的電阻越大，表示導體對電流的阻礙作用越大。</p><p>　

19、　作用：主要職能就是阻礙電流流過，應用于限流、分流、降壓、分壓、負載與電容配合作濾波器及阻匹配等。數(shù)字電路中功能有上拉電阻和下拉電阻。</p><p><b>　　2.2發(fā)光二極管</b></p><p>　　半導體發(fā)光器件包括半導體發(fā)光二極管（簡稱LED）、數(shù)碼管、符號管、米字管及點陣式顯示屏（簡稱矩陣管）等。事實上，數(shù)碼管、符號管、米字管及矩陣管中的每個發(fā)光單元都

20、是一個發(fā)光二極管。</p><p>　　2.3二輸入4與非門74LS00</p><p>　　圖2-1 二輸入4與非門74LS00的內(nèi)部邏輯圖</p><p>　　圖2-2 二輸入4與非門74LS00的引腳圖</p><p>　　74LS00有外部14個管腳，內(nèi)部由四個二輸入與非門電路構(gòu)成。功能就是實現(xiàn)一個簡單與非門，現(xiàn)取其中一個列其功能表：

21、</p><p><b>　　Y=</b></p><p>　　表2-3 二輸入與非門功能表</p><p>　　2.4 三輸入3與非門74LS10</p><p>　　圖2-4 三輸入3與非門74LS00的內(nèi)部邏輯圖</p><p>　　74LS10有外部14個管腳，內(nèi)部由三個三輸入與非門電路構(gòu)

22、成?，F(xiàn)取其中一個列其功能表：</p><p><b>　　Y=</b></p><p>　　表2-5 三輸入與非門功能表</p><p>　　2.5 四D觸發(fā)器74LS175</p><p>　　圖2-6 74LS175引腳圖</p><p>　　圖2-7 四D觸發(fā)器邏輯圖</p>

23、<p>　　四D觸發(fā)器，顧名思義，是由四個觸發(fā)器構(gòu)成，并且這四個觸發(fā)器為上升沿觸發(fā)，其功能表為：</p><p>　　表2-8 四D觸發(fā)器74LS175的功能表</p><p>　　2.6 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器</p><p>　　2.6.1 555定時器</p><p>　　555定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的

24、中規(guī)模集成器件，它性能優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，因此集成555定時被廣泛應用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制等方面。</p><p>　　555 定時器的內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC /3 和 2VCC /3 。</p><p>　　圖2-9

25、 555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.6.2 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器</p><p>　　555定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，它性能優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，以及不需外接元件就可組成施密特觸發(fā)器。因此集成555定時被廣泛應用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制等方面。</p>&l

26、t;p>　　用555定時器組成的多諧振蕩器如圖3.4.2所示。接通電源后，電容C被充電，當vc上升到 2Vcc/3時，使vo為低電平，同時放電三極管TD導通，此時電容C通過R2和TD放電, vc下降到Vcc/3時，vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容C放電所需時間為：</p><p>　　tpL= R2Cln 2≈0.7R2C（1-1）</p><p>　　當放電結(jié)束時，TD截止，Vc

27、c將通過R1 、R2向電容充電，vc由 Vcc/3上升到 Vcc/3所需的時間為：</p><p>　　tpH=(R1+R2)Cln2≈0.7 (R1+R2)C（1-2）</p><p>　　當vc上升到2 Vcc/3時，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此循環(huán)往復，在輸出端得到一個周期性的矩形波。其振蕩頻率為：</p><p>　　f =1/( tpL + tpH)

28、 ≈1.43/[(R1+R2)C] （1-3）</p><p><b>　　其振蕩周期為:</b></p><p>　　T=1/ f =(R1+R2)C/1.43 （1-4）</p><p>　　由于555定時器內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，用555定時器組成的多諧振蕩器的振蕩頻率

29、受電源電壓和溫度變化的影響較小。</p><p><b>　　（a）電路圖 </b></p><p><b>　　(b)工作波形</b></p><p>　　2.7 搶答器按鍵部分</p><p>　　在本電路中，需要三位選手各一個搶答按鍵和主持人一個復位按鍵?？紤]到搶答器實際需要，在此不采用單刀雙

30、擲開關(guān)，因為單刀雙擲開關(guān)在選手搶答之后需要手動扳回，增加了操作的復雜性。所以選用可復位按鍵，以減少操作流程。</p><p>　　(a) 搶答部分 (b)復位鍵</p><p>　　圖2-10 搶答器按鍵部分</p><p>　　如圖（a）所示，選手按鍵區(qū)，在常態(tài)下，S1、S2、S3處于斷開狀態(tài)，輸出端接地處

31、于低電平。當按鍵按下去時接通電源，由于電阻R7、R8、R9的作用，輸出端會輸出高電平。松開按鍵，輸出端再次變?yōu)榈碗娖?。圖（b），常態(tài)下Rd端通過電阻R6接通5V電源，從而接收到高電平。當按下S0鍵，Rd端直接接地，變?yōu)榈碗娖叫盘?。松開S0，Rd再次變?yōu)楦唠娖健?lt;/p><p>　　2.8 搶答器指示及發(fā)聲部分</p><p>　　圖2-11搶答器指示及發(fā)聲部分</p><

32、;p>　　搶答器指示部分主要有指示燈顯示對應的作出搶答的選手，和發(fā)聲部分。其中指示燈選取三個發(fā)光二極管接在相應的電路中，發(fā)聲功能則選取一個揚聲器來完成。當有選手搶答時，74ls175會發(fā)出一個高電平信號到發(fā)光二極管，此時能使二極管發(fā)光導通。74ls175輸出的高電平電壓為2.7v，高電平電流為0.4mA，經(jīng)過二極管后，電壓的壓降約為1.3V。故我們選用了PS-MH4015L型號的蜂鳴器，該蜂鳴器的工作電壓為1.2-1.5V，最大的

33、工作電流為0.5mA，故在二極管發(fā)光時能使發(fā)出聲音報告。因此我們選用這種蜂鳴器，省去了原來的射極放大電路。</p><p>　　3 電路的組成及控制原理</p><p>　　下圖3-1為三人簡易搶答器系統(tǒng)的原理圖</p><p>　　圖 3-1 搶答器原理圖</p><p><b>　　3.1搶答控制電路</b><

34、/p><p>　　該系統(tǒng)有開關(guān)S1、S2、S3，分別有三名參賽者控制。常態(tài)時開關(guān)接地，比賽時，按下開關(guān)，使該端為高電平。</p><p><b>　　3.2搶答器</b></p><p>　　由有原理圖看出，搶答器是由集成電路74LS175和與非門G1組成。它的工作原理是這樣的：若參賽者A首先按下開關(guān)，使該端的輸入信號為高電平，74ls175的1D

35、接受該信號是輸出Q為高電平，相應的Q非為低電平，這個低電平信號同時送到與非門G1的輸入端，與非門G1被封鎖，使觸發(fā)器的控制脈沖CP信號由于與非門G1封鎖而被拘之門外，使之不能進行工作。因此該電路只接收第一個輸入的信號，即使此時其他參賽者也按下開關(guān)，但由于與非門已被封鎖，信號是輸入不進去的。</p><p><b>　　3.3清零裝置</b></p><p>　　為了保

36、證電路的正常工作，比賽開始前，裁判員都是要將各觸發(fā)出發(fā)器的狀態(tài)統(tǒng)一清零。按下復位鍵S0，CLR端接收到低電平信號，74LS175清零。松開按鍵S0，CLR端接收到高電平信號，搶答器復位至搶答前的狀態(tài)，可以進入下一搶答環(huán)節(jié)。</p><p>　　3.4顯示、聲響電路</p><p>　　聲響顯示電路需要在當有參賽者按下?lián)尨痖_關(guān)時，相應電路的發(fā)光二極管亮，同時推動輸出級的蜂鳴器發(fā)出聲響。<

37、;/p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過了幾個星期的查閱資料學習，使在這次的智能儀表課程設(shè)計中，成功的僅利用了四D觸發(fā)器具有存儲功能，從而達到了保證三路搶答器的目的。使得有記憶功能，并對該電路有清“0”功能。</p><p>　　這種三路搶答器的組成原理簡單易懂，只要知道D觸發(fā)器的功能，就能利用4D 觸發(fā)器，如果想要變

38、成八路的話，則需要2個74LS175原件也就是2個4D觸發(fā)器，所以此項搶答器具有無限升級的空間。具有相關(guān)基礎(chǔ)知識的人都可以按照電路設(shè)計圖進行該三路搶答器的組建；而且構(gòu)造這種三路搶答器的原件基本屬于常用零件，所需數(shù)量也比較少，也就是說，組合一個這樣的三路搶答器所需的成本比較低而且耗時比較少，再者，按電路圖誰都會做三路搶答器，但是如果要設(shè)計的話，就比較難了，所以這對與廠家來所可以說得上具有很強的競爭力，只有廠家才能制作出來。物美價廉，符合了

39、現(xiàn)在的市場要求和經(jīng)濟效益。</p><p>　　此次課程設(shè)計雖然時間短，但是讓我們體會到了團隊合作的重要性，讓我們學習到了各自的優(yōu)點，發(fā)揮出了自己的長處，找到了各自缺點。讓我們的能力又提升了一個新臺階。這次設(shè)計有不足之處，還希望老師給我們建議，讓我們的能力更進一步。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 康華

40、光，智能儀表基礎(chǔ)，高等教育出版社，2006年第五版；</p><p>　　[2] 徐國華，模擬及數(shù)字電子技術(shù)實驗教程，北京航空航天大學出版社，2004；</p><p>　　[3] 楊志忠，智能儀表課程設(shè)計，機械工業(yè)出版社，2007年11月；</p><p>　　[4] 盧潔成，高世忻，陳力生等，電子電路實驗及應用課題設(shè)計，中國科學技術(shù)大學出版社，2006年第二版；

41、</p><p><b>　　附錄一</b></p><p><b>　　附錄二 </b></p><p><b>　　元器件清單</b></p><p><b>　　附錄三 </b></p><p>　　PS-MH4015L型蜂鳴