【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖 11 電子搶答器 PLC 搶答器 PLC 搶答器不是很實(shí)用，市場(chǎng)上基本看不著之類的搶答器，一般就用作學(xué)生實(shí)習(xí)之類的用途，不具備和電子電腦搶答器的競(jìng)爭(zhēng)。 電腦搶答 器 電腦搶答器又稱局域網(wǎng)搶答器，也有無線和有線兩種分別。 無線電腦搶答器的構(gòu)1 前言 3 成是由：主機(jī)和搶答器專用的軟件和無線按鈕。 無線電腦搶答器利用電腦和投影儀，可以把搶答氣氛活躍起來，一般多使用于電臺(tái)等大型的活動(dòng)。有線電腦搶答器也是由主機(jī)和電腦配合起來，電腦在和投影儀配合起來，利用專門研發(fā)的配套的搶答器軟件，可以十分完美的表現(xiàn)搶答的氣氛。 點(diǎn)按哦搶答器分硬件和軟件，可以根據(jù)需要對(duì)軟件進(jìn)行修改實(shí)現(xiàn)，題目的錄入，或者系統(tǒng)的修改，是搶答器中功能和實(shí)用最好的，花樣非常多，如圖 12 和圖 13 所示。 圖 12 電腦搶答器 圖 13 電腦搶答器 2 設(shè)計(jì)任務(wù)要求及系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介 4 2 設(shè)計(jì)任務(wù)要求及系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介 基本功能 （ 1） 八路智力 搶答器 可以 同時(shí)供 8 名選手或 8 個(gè)代表隊(duì)比賽， 他們的編號(hào)分別是 1，2， 3， 4， 5， 6， 7， 8。 （ 2）設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答 開始 控制開關(guān)， 一對(duì)答對(duì)答錯(cuò)提示開關(guān)，一個(gè)計(jì)分系統(tǒng)清零開關(guān)，這些 開關(guān)由 節(jié)目主持人 控制。 （ 3）搶答器具有鎖存與顯示功能。即 主持人將開關(guān)置于開始位置后，揚(yáng)聲器立即提示開始搶答，若有 選手按動(dòng)按鈕， 發(fā)光二極管閃亮，數(shù)碼顯示管顯示選手編號(hào)。 選手搶答實(shí)行優(yōu)先 原則 ，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到 節(jié)目主持人 將系統(tǒng)清除為止。 擴(kuò)展功能 （ 1） 搶答器具有定時(shí) 與讀秒 搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定 ，一般為 30秒， 當(dāng)主持人啟動(dòng) 開始 鍵后， 當(dāng)顯示只有 10 秒，還無人搶答時(shí)，開始用語音進(jìn)行倒計(jì)時(shí) 10 秒讀秒，然后時(shí)間到，開始報(bào)警。讀秒過程中如果有選手搶答，立即終止讀秒。 （ 2） 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間， 同時(shí)音響讀出相應(yīng)編號(hào)，搶答后回答時(shí)限電路系統(tǒng)立即開始倒計(jì)時(shí) 30 秒，限時(shí)內(nèi)回答，如回答正確，通過主持人開關(guān)，計(jì)分系統(tǒng)加上 10分；回答錯(cuò)誤，減掉 10 分 （ 3） 如果定時(shí) 時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng) 封鎖輸入電路 ， 禁止選手超時(shí)后搶答， 定時(shí)顯示器上顯示 00，語音系統(tǒng)提示時(shí)間到，并報(bào)警時(shí)間到，禁止搶答。 3 設(shè)計(jì)分析 5 3 設(shè)計(jì)分析 基本設(shè)計(jì)分析 搶答器具有搶答，鎖存、定時(shí)、顯示和語音報(bào)警功能。即當(dāng)搶答開始后，選手搶答按動(dòng)按鈕，鎖存器鎖存相應(yīng)的選手編碼，這里需要用到編碼器。同時(shí)用 LED 數(shù)碼管把選手的編碼顯示出來，并且開始搶答時(shí)間的倒計(jì)時(shí)，同時(shí)用 LED 數(shù)碼管把選手的所剩搶答時(shí)間顯示出來。此處需要譯碼器和數(shù)碼顯示管。而在選手按鍵搶答以及搶答時(shí)間倒計(jì)時(shí)到時(shí)的時(shí)候都有報(bào) 警以提醒主持人和選手，這里需要擴(kuò)音器和，語音輸出芯片。搶答時(shí)間一般設(shè)定 30 秒。接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“清除”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開關(guān)置“開始”狀態(tài)，宣布“開始”搶答器工作。兩組計(jì)數(shù)器同時(shí)開始倒計(jì)時(shí)。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再操作“清除”和“開始”狀態(tài)開關(guān)。 搶答器電路設(shè)計(jì)方案有四個(gè)， 1用無線編碼芯片設(shè)計(jì)、 2用單片機(jī)設(shè) 計(jì)、 3用可編程控制器 PLC完成的， 4 用 74LS 系列芯片完成。前三個(gè)不利于設(shè)計(jì)和制作。在一些些實(shí)際競(jìng)賽的場(chǎng)合，只要滿足顯示搶答有效和有效組別即可，而起用不到多少以前“電子電工學(xué)”中學(xué)到的知識(shí)，為了兼容兩者，用74LS 系列芯片來實(shí)現(xiàn)此簡(jiǎn)易搶答器的功能。這是一個(gè)顯示方式簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的搶答器。在要求不高的場(chǎng)合，能完全符合需要。 而且 與我們學(xué)完的 《電子電工》 聯(lián)系緊密，能將我們所學(xué)知識(shí)用于實(shí)際，對(duì)鞏固所學(xué)知識(shí)有重要意義 。 搶答設(shè)計(jì)分析 對(duì)搶答器的設(shè)計(jì)第一步需要用到編碼器，對(duì) 8個(gè)選手的輸出信息進(jìn) 行編碼，編碼器一般可分為兩類，第一類是二 — 十進(jìn)制編碼器，輸入的是 0到 9十個(gè)數(shù)碼，輸出的是對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼。簡(jiǎn)稱 BCD 碼。但這樣的編碼器每次只允許一個(gè)輸入端有信號(hào)，如果出現(xiàn)兩個(gè)或者兩個(gè)以上的信號(hào)輸入就會(huì)出錯(cuò)，亂碼，顯示錯(cuò)誤等問題，例如輸入○3 號(hào)與 ○4 號(hào)，會(huì)可能出現(xiàn) ○7 號(hào)選手的編碼。所以一定的用優(yōu)先編碼器。 優(yōu)先編碼器 允許同時(shí)在幾個(gè)輸入端有輸入信號(hào)，編碼器按輸入信號(hào)排定的優(yōu)先順3 設(shè)計(jì)分析 6 序，只對(duì)同時(shí)輸入的幾個(gè)信號(hào)中優(yōu)先權(quán)最高的 一個(gè)進(jìn)行編碼。 在優(yōu)先編碼器電路中 允許同時(shí)輸入兩個(gè)以上編碼信號(hào)，優(yōu)先編碼器只按優(yōu)先級(jí)高的輸入信號(hào)編碼，優(yōu)先級(jí)低的信號(hào)則不起作用。 語音設(shè)計(jì)分析 部分簡(jiǎn)單八路智力搶答器的設(shè)計(jì)，其語音部分基本都用 555 定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)的，其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是語音系統(tǒng)簡(jiǎn)單，沒有讀秒，復(fù)雜語音提示功能。有選手按動(dòng)按鈕后會(huì)讀不出選手編號(hào)的，而起沒有 10 秒倒計(jì)時(shí)功能，但是語音芯片可以實(shí)現(xiàn)這樣的功能。 設(shè)計(jì)中需要設(shè)計(jì)到搶答提示語音，選手編號(hào)語音讀出，倒計(jì)時(shí)讀秒，搶答過時(shí)報(bào)警，回答時(shí)限報(bào)警，答對(duì)答錯(cuò)提示語音的設(shè)計(jì)。 定時(shí)設(shè)計(jì)分析 當(dāng)主持人將開關(guān)置于開始位置時(shí)，需要有一個(gè)定時(shí)器能夠在一定時(shí)間內(nèi)允許搶答者可以搶答，但過了主持人預(yù)置的時(shí)間，搶答將為無效，參照了一些搶答電路，一般都用秒脈沖產(chǎn)生電路，用脈沖來觸動(dòng)計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能。秒脈沖有許多的選擇，可以用單機(jī)片來實(shí)現(xiàn)，可以用 32768HZ 晶體諧振器， 原理：在石英晶體的兩個(gè)極板上加一個(gè)電場(chǎng)，晶片會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，對(duì)極板施加機(jī)械力使其變形，又會(huì)在極板上產(chǎn)生相應(yīng)的電荷，這叫壓電效應(yīng)。如果在兩個(gè)極板上加上交變的電壓，晶片便會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形震蕩，同時(shí)這種機(jī)械震蕩還會(huì)產(chǎn)生交變的電場(chǎng)（比較的微小），但是 當(dāng)外加交變的電壓的頻率與晶片固有的頻率（由其形狀和尺寸決定）相等時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的幅度會(huì)加劇，產(chǎn)生交變電場(chǎng)也增大。叫做壓電諧波。 配上 HC4060 電路實(shí)現(xiàn)， HC 代表 CMOS 電路，以絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管為開關(guān)元件 的 計(jì)數(shù) /分頻器 ， 但有些復(fù)雜，也可以用高頻石英鐘電路來實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在市場(chǎng)上較難買到 5512F 集成電路塊了， 555 定時(shí)器也可以完成秒脈沖的任務(wù)，電路簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單容易。 回答時(shí)限分析 當(dāng)有選手搶答成功后，應(yīng)該立即觸動(dòng)回答時(shí)限部分的計(jì)數(shù)器，限時(shí)為 30 秒，當(dāng)3 設(shè)計(jì)分析 7 過了 30 秒，語音系統(tǒng)立即被觸動(dòng)，發(fā)出語音提示，提示限時(shí)玩，禁 止回答，回答失敗，主持人按下開關(guān)也提示回答失敗，當(dāng) 30 秒之內(nèi)回答正確，主持人按下開關(guān)，幾分系統(tǒng)則加一百分，但是在沒有選手搶答的時(shí)候，此處顯示器應(yīng)該是熄滅的，一旦有人搶答，此處顯示器立即顯示 30 秒的字樣，并立即開始減計(jì)數(shù)。 計(jì)分系統(tǒng)分析 當(dāng)有選手搶答成功后，而且回答正確后，主持人需要按動(dòng)開關(guān)，開關(guān)的信號(hào)應(yīng)該和答對(duì)選手的搶答信號(hào)與上，輸入到選手前面的計(jì)數(shù)器上，實(shí)現(xiàn) 10 分的加上。而且做到分值不會(huì)加錯(cuò)，只會(huì)加到相應(yīng)回答選手的前的顯示器上，例如 5 號(hào)選手回答了，不會(huì)加錯(cuò)了 6 號(hào)選手計(jì)分顯示器上，只會(huì)加到 5 號(hào)選手計(jì)分 器上；回答錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)減掉 10 分，系統(tǒng)最低底線是 0 分，一旦選手分值為 0 分時(shí)，不進(jìn)行減分。 4 仿真軟件的介紹及仿真部分 8 4 仿真軟件的介紹及仿真部分 Multisim 仿真軟件 如圖 41 所示， Multisim 本是加拿大圖像交互技術(shù)公司（ Interactive Image Technoligics 簡(jiǎn)稱 IIT 公司 )推出的以 Windows 為基礎(chǔ)的仿真工具，被美國 NI 公司收購后， 圖 41 Multisim 仿真軟件 更名為 NI Multisim ，而 （即 NI， National Instruments）最新推 出的 Multisim最新版本。目前美國 NI 公司的 EWB 的包含有電路仿真設(shè)計(jì)的模塊 Multisim、 PCB設(shè)計(jì)軟件 Ultiboard、布線引擎 Ultiroute 及通信電路分析與設(shè)計(jì)模塊 Commsim 4 個(gè)部分，能完成從電路的仿真設(shè)計(jì)到電路版圖生成的全過程。 Multisim、 Ultiboard、Ultiroute 及 Commsim 4 個(gè)部分相互獨(dú)立，可以分別使用。 Multisim、 Ultiboard、 Ultiroute 及 Commsim 4個(gè)部分有增強(qiáng)專業(yè)版（ Power Professional）、 專業(yè)版（ Professional）、個(gè)人版（ Personal）、教育版（ Education）、學(xué)生版（ Student）和演示版（ Demo）等多個(gè)版本，各版本的功能和價(jià)格有著明顯的差異。 4 仿真軟件的介紹及仿真部分 9 NI Multisim 10用軟件的方法虛擬電子與電工元器件，虛擬電子與電工儀器和儀表，實(shí)現(xiàn)了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。 NI Multisim 10是一個(gè)原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件。 如圖 42所示， NI Multisim 10的元器件庫提供數(shù)千種電路元器件供實(shí)驗(yàn)選用，同時(shí)也可以新建 或擴(kuò)充已有的元器件庫，而且建庫所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊(cè)中查到，因此也很方便的在工程設(shè)計(jì)中使用。 圖 42 Multisim 的元器件庫 如圖 43 所示， NI Multisim 10 的虛擬測(cè)試儀器儀表種類齊全，有一般實(shí)驗(yàn)用的通用儀器，如萬用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙蹤示波器、直流電源；而且還有一般實(shí)驗(yàn)室少有或沒有的儀器，如波特圖儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。 NI Multisim 10 具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、 時(shí)域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，以幫 助設(shè)計(jì)人員分析電路的性能。 4 仿真軟件的介紹及仿真部分 10 圖 43 Multisim 中的虛擬測(cè)試儀器儀表 NI Multisim 10 可以設(shè)計(jì)、測(cè)試和演示各種電子電路，包括電工學(xué)、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及微控制器和接口電路等。可以對(duì)被仿真的電路中的元器件設(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進(jìn)行仿真的同時(shí)，軟件還可以存儲(chǔ)測(cè)試點(diǎn)的所 有數(shù)據(jù)，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲(chǔ)測(cè)試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)等。 NI Multisim 10 有豐富的 Help 功能，其 Help 系統(tǒng)不僅包括軟件本身的操作指南，更要的是包含有元器件的功能解說， Help 中這種元器件功能解說有利于使用 EWB進(jìn)行 CAI 教學(xué)。另外， NI Multisim10 還提供了與國內(nèi)外流行的印刷電路板設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件 Protel 及電路仿真軟件 PSpice 之間的文件接口，也能通過 Windows 的剪貼板把電路圖送往文字處理系統(tǒng)中進(jìn)行編輯排版。支持 VHDL 和 Verilog HDL 語言的電路仿真與設(shè)計(jì)。 利用 NI Multisim 10 可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與虛擬實(shí)驗(yàn)，與傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)方法相比，具有如下特點(diǎn)：設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)可以同步進(jìn)行，可以邊設(shè)計(jì)邊實(shí)驗(yàn)，修改調(diào)試方便；設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)用的元器件及測(cè)試儀器儀表齊全，可以完成各種類型的電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)；可方便地對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行測(cè)試和分析；可直接打印輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、測(cè)試參數(shù)、曲線和電路原理圖；實(shí)驗(yàn)中不消耗實(shí)際的元器件，實(shí)驗(yàn)所需元4 仿真軟件的介紹及仿真部分 11 器件的種類和數(shù)量不受限制，實(shí)驗(yàn)成本低，實(shí)驗(yàn)速度快，效率高；設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成功的電路可以直接在產(chǎn)品中使。 NI Multisim 10 易學(xué)易用，便于電子信息、通信工程、自動(dòng)化、電氣控制類專業(yè)學(xué)生自學(xué)、便于開展綜合性的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)綜合分析能力、開發(fā)和創(chuàng)新的能力。 555 多諧振蕩器的仿真 555 定時(shí)器的原理 555 定時(shí)器是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。該電路的使用靈活、方便，外圍電路簡(jiǎn)單；只需少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器。被廣泛地用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測(cè)。 目前生產(chǎn)的定時(shí)器有雙極型（ NE55 NE556 等）和 CMOS 型（ C755 C7556）兩種，結(jié)構(gòu)和 原理基本相同。它們的特點(diǎn)各自是：雙極型的功耗大，但帶負(fù)載能力強(qiáng)，電源電壓范圍大致為 5~16V，最大輸出電流可達(dá) 200mA；可以直接驅(qū)動(dòng)小電機(jī)、喇叭、繼電器等負(fù)載；單極型（ CMOS）的功耗極小，輸入阻抗高，電源范圍為 3~18V，最大負(fù)載電流小于 4mA。 555 定時(shí)器的電路功能圖如圖 44 圖 44 定時(shí)器的電路功能圖 定時(shí)器的主要功能取決于比較器，比較器的輸出控制 RS 觸發(fā)器和放電晶體管 Q的狀 態(tài)。 下圖 45 為 555 定時(shí)器的原理圖。 輸入 分壓器 輸入 電壓比較器一 電壓比較器一 基本RS觸發(fā)器 緩沖