【正文】 st sets the provided time for the answering race through the timesetting switch， after this the system will count down the time automatically .If anybody answer the question on time， the counting of time will stop。因此數(shù)顯搶答器就顯得很必要了。 隨著電子技術(shù)的進(jìn) 步，搶答器也由早期的簡(jiǎn)易搶答器發(fā)展成現(xiàn)在具有鎖存、顯示、計(jì)時(shí)、報(bào)警功能的多功能搶答器。本文采用數(shù)字電路 的方式設(shè)計(jì)出多功能數(shù)字顯示搶答器。 數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。通過定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示 器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。 國(guó)內(nèi)外研究狀況 隨著 搶答器市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。 電子搶答器的中心構(gòu)造一般都是由搶答器由單片機(jī)以及外圍電路組成，其搭配的配件不同又分 為，非語音非記分搶答器和語音記分搶答器。語音 記分搶答器是有一個(gè)搶答器的主機(jī)和主機(jī)的顯示屏和選手的記分顯示屏。 無線電腦搶答器是由 主機(jī)和搶答器專用的軟件和無線按鈕 構(gòu)成。有線電腦搶答器也是由主機(jī)和電腦配合起來，電腦再 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。例如性價(jià)比不高，安裝困難，電路復(fù)雜等。計(jì)時(shí)器的倒計(jì)時(shí)的時(shí)間可由 裁判設(shè)定 。擴(kuò)展功能是：具有定時(shí)搶答功能，可由主持人設(shè)定搶答時(shí)間 ，當(dāng)搶答開始后定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)，并顯示在 LED 上， ；選手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)搶答有效，停止倒計(jì)時(shí)，并將倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示在 LED 上，同時(shí)報(bào)警 。 優(yōu)先電路立即分辨出搶答者的編號(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號(hào)。 控制 電路要使定時(shí)器停止工作，時(shí)間顯示器上顯示剩余的搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁 論文構(gòu)成及研究?jī)?nèi)容 定時(shí)搶答器由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能。 搶答和鎖存電路要求能夠?qū)?信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)和鎖定，可用觸發(fā)器組成。 計(jì)時(shí)電路是按秒進(jìn)行倒計(jì)時(shí) ， 所以計(jì)時(shí)電路可 有 減法計(jì)數(shù)器、秒脈沖生成電路、和顯示電路。 報(bào)警電路，按題目要求可采用聲、光報(bào)警，光報(bào)警用發(fā)光二極管電路實(shí)現(xiàn)，聲報(bào)警用蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，能顯示選手的編號(hào)，同時(shí)能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。 圖 觸發(fā)鎖存電路 電路選用鎖存器 74LS175 來完成。工作過程：開關(guān)分別是 J1， J2， J3， J4， J5， J5 是控制清零端，當(dāng)其閉合（清零）時(shí)，搶答模塊 74LS175 的 CLR 端都置 1；當(dāng) J5 斷開時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時(shí)（如按下 J1），輸出經(jīng) 74LS175 鎖存器接到七段顯示電路。如果再次搶答需由主持人將 J5 開關(guān)重新置“清零”然后才能進(jìn)行。 觸發(fā)鎖存電路主要是由集成寄存器 74LS17四輸入與非門 74LS20 和二輸入 與非門 74LS00 構(gòu)成一個(gè) 4 位的集成寄存器 ， 74LS175 的管腳圖 中 CLR 是異步清零控制端。 1D～4D 是數(shù)據(jù)輸入端 ， 在 CP 脈沖上升沿作用下， 1D～ 4D端的數(shù)據(jù)被并行地存入寄存器。 開關(guān) J5 是裁判開關(guān)，開關(guān) J1～ J4 是搶答開關(guān)。當(dāng) J5 斷開時(shí) CLR 端輸入為低電平對(duì) 74LS175 進(jìn)行清零， 1Q———～ 4Q———全為高電平，輸入 CLK 的脈沖為有效脈沖。 顯示電路 顯示電路由 8 線 — 3 線 優(yōu)先編碼器 74LS14與非門、集成七段顯示譯碼器 7448和七段共陰數(shù)碼管組成。 顯示 譯碼器常見的是數(shù)字顯示電路，它通常由譯碼器、驅(qū)動(dòng)器和顯示器等部分組成。其中，七段顯示器應(yīng)用最普遍。它有共陰極和共陽極兩種解法。共陰極接法是各發(fā)光二極管的陰極相接，對(duì)應(yīng)陽極接高電平時(shí)亮 [1]。 74LS48 輸入信號(hào)為 BCD 碼，輸出端為OA、 OB、 OC、 OD、 OE、 OF、 OG 共 7 線，另有 3 條控制線 LT 、 RBI 、 RBO/BI 。 RBI 端為滅零輸入端。但當(dāng)輸入 A、 B、 C、 D 不全為零時(shí)，仍能正常譯碼輸出，使顯示器正常顯示。該輸入端具有最高級(jí)別的控制權(quán)，當(dāng)該端為低電平時(shí)，不管其他輸入端為何值，輸出端 OA～ OG 均為低電平，這可使共陰顯示器熄滅。當(dāng)該位輸入的 A、 B、 C、 D=0000 且 0RBI? 時(shí)，此時(shí) RBO 輸出低電平；若該位輸入的 A、 B、 C、D 不等于零，則 RBO 輸出高電平。例如對(duì)整數(shù)部分，將最高位的 RBI 接地，這樣當(dāng)最高位為零時(shí) “滅零 ”，同時(shí)該位 RBO 輸出低電平，使下一位的 RBI 為低電平，故也具有 “滅零 ”功能；而對(duì)于 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 7 頁 小數(shù)部分 ， 應(yīng)將最低位的 RBI 接地，個(gè)位的 RBI 端懸空或接高電平，低位的 RBO 接至高位的 RBI [5]。此處要是保持?jǐn)?shù)碼管不黑屏就將 BI/RB0， RBI 置 1 就可以了， LT 是檢查數(shù)碼管的好壞的，如果不需要的話直接接高電平。 計(jì)時(shí)電路 定時(shí)電路主要實(shí)現(xiàn)搶答倒計(jì)時(shí)，同時(shí)通過輸出接口與時(shí)序控制電路相接，實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制，當(dāng)無人搶答且時(shí)間到時(shí)，報(bào)警。 由主持人對(duì)定時(shí)時(shí)間電路進(jìn)行控制，閉合電鍵對(duì)計(jì)時(shí)器進(jìn)行清零復(fù)位，打開電鍵開始倒計(jì)時(shí)。該部分主要由 555 定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器 74LS192 和 1 個(gè) 7 段數(shù)碼管及相關(guān)電路組成。 74LS192 的預(yù)置數(shù)控端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)，當(dāng)有人搶答時(shí)，停止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間； 如果沒有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到， BO2 輸 出低電平到時(shí)序控制電路，控制報(bào)警電路報(bào)警，同時(shí)以后選手搶答無效。集成十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器 74LS192 是一個(gè)具有雙時(shí)鐘的、異步清零、異步置數(shù)同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 異步清零 當(dāng) CR=1 時(shí)，計(jì)數(shù)器立即清零，與 CP 脈沖無關(guān)。當(dāng) CLR=0、 LOAD =0 時(shí)， 計(jì)數(shù)器置數(shù)，D D D D0 被置數(shù)，不受 CP 脈沖的控制。 兩種計(jì)數(shù)模式 當(dāng) CR=0， LOAD =1 時(shí)， CPu 為 加計(jì)數(shù) 端 ，當(dāng) 計(jì)數(shù)脈沖 CP 由 CPu 端輸入， CPd接固定電平，為十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 當(dāng)開關(guān) J5 斷開時(shí) CLR=O、 LOAD =0 此時(shí)計(jì)數(shù)器處于置數(shù)狀態(tài)，裁判員可以根據(jù)題目的難易程度通過修改 74LS192四個(gè)輸入來調(diào)整計(jì)時(shí)的時(shí)間并在計(jì)時(shí) 數(shù)碼管上顯示設(shè)定的時(shí)間。鎖定的原理就是把脈沖信號(hào)鎖定從而使計(jì)時(shí)電路處于保持狀態(tài)顯示搶答時(shí)的時(shí)間。 用 555 集成電路組成多諧振蕩電路為計(jì)時(shí)系統(tǒng)提供脈沖。 555構(gòu)成多諧振蕩器 如圖 所示 。電容 C 在和 之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波 。 圖 多諧振蕩器波形圖 報(bào)警電路 此電路主要完成搶答開始、搶答選手的報(bào)警提示和控制時(shí)間結(jié)束的報(bào)警提示。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)是：只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，即無信號(hào)觸發(fā)時(shí)，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)；在搶答過程中，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)無人搶答時(shí)， 74LS20 的四個(gè)輸入端為高電平 ，輸出端為低電平，電路報(bào)警提醒主持人，此后的搶答按鍵無效 [7]。 圖 聲音報(bào)警電路 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 10 頁 光報(bào)警電路 光報(bào)警電路采用發(fā)光二極管電路，原理圖如圖 所示。當(dāng)計(jì)時(shí)器顯示到 0 還沒有選手搶答的話 74LS20 的四個(gè)輸入端為高電平，輸出端為低電平，顯示器則顯 0 的同時(shí)紅色發(fā)光二極管就會(huì)發(fā)光提醒選手和裁判時(shí)間已經(jīng)到了。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)置于“開始”狀態(tài)，宣布“開始”搶答器工作。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。如果再次搶答必須由主持人再次操作“清除”和“開始”狀態(tài)開關(guān)。 搶 答 按 鈕 優(yōu) 先 編 碼 電 路 鎖 存 器 譯 碼 電 路 譯 碼 顯 示控 制 電 路主 持 人 控 制 開關(guān)報(bào) 警 電 路脈 沖 產(chǎn) 生 電 路 定 時(shí) 電 路 譯 碼 電 路 顯 示 電 路 主 體 電 路擴(kuò) 展 電 路 圖 搶答器總 體框圖 搶答器原理圖如圖 所示。 由 D 觸發(fā)器組成的 4 位數(shù)碼寄存器 74LS175CP 為時(shí)鐘脈沖端， CR 為清零端。 表 74LS175 功能表 輸入 輸出 RD CP 1D 2D 3D 4D 1Q 2Q 3Q 4Q L X X X X X L L L L H ↑ 1D 2D 3D 4D 1D 2D 3D 4D H H X X X X 保持 H X X X X X 保持 一個(gè) 74LS175N 芯片中包含有四個(gè) D 觸發(fā)器， D 觸發(fā)器具有鎖存功能 。利用單穩(wěn)態(tài)的輸出脈沖來控制 4 個(gè) 74LS175N 芯片。每一個(gè) D 觸發(fā)器可以實(shí)現(xiàn)一位鎖存，也就是說，對(duì)四輸出的 74LS160，每一個(gè)芯片都需要一個(gè) 74LS175N 來實(shí)現(xiàn)四位鎖存 [12]。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 14 頁 圖 鎖存器連接圖 74LS192 計(jì)數(shù)器 74LS192 是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。 CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端， CPD 為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。 CR 為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。 74lLS192 功能表 如圖 所示 。它含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本 RS觸發(fā)器，一個(gè)放電開關(guān)管 T，比較器的參考電壓由三只 5KΩ的電阻器構(gòu)成的分壓器提供。 A1 與 A2 的輸出端控制 RS 觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。 DR 是復(fù)位端（ 4 腳），當(dāng) ＝ 0， 555 輸出低電平。 圖 555 定時(shí)器內(nèi)部