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正文內(nèi)容

八路競賽搶答器的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-01-11 01:30 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 圖 11 電子搶答器 PLC 搶答器 PLC 搶答器不是很實(shí)用,市場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爭。 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)功能簡介 4 2 設(shè)計(jì)任務(wù)要求及系統(tǒng)功能簡介 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), 一對答對答錯(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。 選手搶答實(shí)行優(yōu)先 原則 ,優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到 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和搶答的時(shí)間, 同時(shí)音響讀出相應(yīng)編號,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、編號鎖存、編號顯示、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)際競賽的場合,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,為了兼容兩者,用74LS 系列芯片來實(shí)現(xiàn)此簡易搶答器的功能。這是一個(gè)顯示方式簡單、價(jià)格低廉、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的搶答器。在要求不高的場合,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)知識用于實(shí)際,對鞏固所學(xué)知識有重要意義 。 搶答設(shè)計(jì)分析 對搶答器的設(shè)計(jì)第一步需要用到編碼器,對 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,輸出的是對應(yīng)的二進(jìn)制代碼。簡稱 BCD 碼。但這樣的編碼器每次只允許一個(gè)輸入端有信號,如果出現(xiàn)兩個(gè)或者兩個(gè)以上的信號輸入就會出錯(cuò),亂碼,顯示錯(cuò)誤等問題,例如輸入○3 號與 ○4 號,會可能出現(xiàn) ○7 號選手的編碼。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,編碼器按輸入信號排定的優(yōu)先順3 設(shè)計(jì)分析 6 序,只對同時(shí)輸入的幾個(gè)信號中優(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,優(yōu)先編碼器只按優(yōu)先級高的輸入信號編碼,優(yōu)先級低的信號則不起作用。 語音設(shè)計(jì)分析 部分簡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)是簡單,缺點(diǎn)是語音系統(tǒng)簡單,沒有讀秒,復(fù)雜語音提示功能。有選手按動(dòng)按鈕后會讀不出選手編號的,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,晶片會產(chǎn)生機(jī)械變形,對極板施加機(jī)械力使其變形,又會在極板上產(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,晶片便會產(chǎn)生機(jī)械變形震蕩,同時(shí)這種機(jī)械震蕩還會產(chǎn)生交變的電場(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)的幅度會加劇,產(chǎn)生交變電場也增大。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),電路簡單,簡單容易。 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)的信號應(yīng)該和答對選手的搶答信號與上,輸入到選手前面的計(jì)數(shù)器上,實(shí)現(xiàn) 10 分的加上。而且做到分值不會加錯(cuò),只會加到相應(yīng)回答選手的前的顯示器上,例如 5 號選手回答了,不會加錯(cuò)了 6 號選手計(jì)分顯示器上,只會加到 5 號選手計(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 中的虛擬測試儀器儀表 NI Multisim 10 可以設(shè)計(jì)、測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??梢詫Ρ环抡娴碾娐分械脑骷O(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),軟件還可以存儲測試點(diǎn)的所 有數(shù)據(jù),列出被仿真電路的所有元器件清單,以及存儲測試儀器的工作狀態(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);可方便地對電路參數(shù)進(jìn)行測試和分析;可直接打印輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、測試參數(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。被廣泛地用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。 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
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