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        基于74LS148的八路搶答器設(shè)計與實現(xiàn)

        2013-12-10 14:07:24中北大學(xué)機(jī)械工程與自動化學(xué)院李文娟姚竹亭
        電子世界 2013年6期
        關(guān)鍵詞:搶答器蜂鳴器顯示器

        中北大學(xué)機(jī)械工程與自動化學(xué)院 李文娟 姚竹亭

        1.引言

        搶答器又稱第一信號鑒別器,廣泛地應(yīng)用于知識競賽和文娛活動等場合[1],選手在競賽中使用搶答器搶到題目優(yōu)先作答。目前使用的搶答器存在分立元件較多,造成每路的成本較高,而現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展要求電子電路朝數(shù)字化、集成化方向發(fā)展,因此設(shè)計出數(shù)子集成化全集成電路的多路搶答器是現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的要求[2]。本文設(shè)計是基于74LS148設(shè)計的搶答器,其優(yōu)點:具有清零開始搶答、限時搶答、數(shù)碼管顯示選手號碼同時蜂鳴器提示、超時報警等優(yōu)點。

        2.實現(xiàn)的功能與總體設(shè)計

        2.1 實現(xiàn)功能

        設(shè)一個支持人按鍵,供主持人宣布搶答開始。搶答開始后,八個搶答按鍵才有效,同時啟動限時定時器。搶答器具有鎖存和顯示功能。即選手按動按鈕,鎖存相應(yīng)的編號,并在LED數(shù)碼管上顯示,同時蜂鳴器發(fā)出警報聲響提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存,優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。安排倒計數(shù)定時器,選手在設(shè)定的時間30S內(nèi)進(jìn)行搶答,搶答有效,顯示器上顯示選手的編號和搶答時間,并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。倒數(shù)計時開始后,若預(yù)定時間30S內(nèi)無人搶答,系統(tǒng)報警禁止搶答。倒計數(shù)的計數(shù)脈沖要準(zhǔn)確,要求單電源5V供電。

        2.2 總體設(shè)計

        接通電源時,節(jié)目主持人將開關(guān)按下時,搶答器處于禁止工作狀態(tài),編號顯示器滅燈,定時顯示器顯示設(shè)定時間。當(dāng)節(jié)目主持人宣布搶答題目后,說一聲“搶答開始”同時將控制開關(guān)撥到“開始”位置,搶答器處于工作狀態(tài),定時器到計時。當(dāng)定時時間30S到,卻沒有選手搶答時,系統(tǒng)報警,并封鎖輸入電路,禁止選手超時搶答。當(dāng)選手在計時時間30S內(nèi)按動搶答器時,搶答器要完成以下4項工作:

        (1)優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號,并由鎖存器進(jìn)行鎖存,然后由譯碼顯示電路顯示編號;

        (2)蜂鳴器發(fā)出聲響,提醒節(jié)目主持人注意;

        (3)控制電路要對輸入編碼電路進(jìn)行封鎖,避免其他選手再次搶答;

        (4)控制電路要使定時器停止工作,時間顯示器上顯示剩余搶答時間,并保持主持人將系統(tǒng)清零為止。當(dāng)選手將問題回答完畢后,主持人操作控制開關(guān),使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài),以便進(jìn)行下一輪搶答。

        3.各環(huán)節(jié)電路功能與原理分析

        3.1 搶答電路

        搶答電路的功能有兩個;

        一是能分辨出選手按鍵的先后,并鎖存優(yōu)先搶答者的編號,送給譯碼顯示電路:

        二是要使其他選手隨后的按鍵操作無效。選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能,其電路組成如圖1所示。

        搶答電路的工作原理:當(dāng)主持人按下開關(guān)S8時,RS觸發(fā)器的R端為低電平,輸出端(4Q-1Q)全部為低電平。于是CD4511的BL=0,顯示器滅燈。當(dāng)主持人將開關(guān)S8松開時,優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態(tài),即搶答器處于等待工作狀態(tài),等待輸出命令端I7…I0輸入信號。當(dāng)有選手將鍵按下時(如按下S5),74LS148的輸出A2A1A0=010,GS=0,經(jīng)CD4511譯碼后,顯示器顯示“5”。此外,CTR=1,經(jīng)兩個與非門使74LS148的EI端為高電平,74LS148處于禁止工作狀態(tài),封鎖了其他按鍵的輸入。當(dāng)按下的鍵松開后,74LS148的GS(優(yōu)先編碼輸出端)為高電平,但由于CTR維持高電平不變,所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài),其他按鍵的輸入信號不會被接收。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問題后,由主持人操作控制開關(guān)S8使搶答電路復(fù)位,以便進(jìn)行下一輪搶答。

        3.2 定時電路

        圖1 搶答電路

        圖2 定時電路

        定時電路的功能是主持人控制開關(guān)可以使定時器開始工作,從30s開始倒數(shù)記時。當(dāng)定時時間30s到,卻沒有選手搶答時,封鎖輸入電路,禁止選手超時后搶答。當(dāng)有選手在定時時間30s內(nèi)按動搶答鍵時,使定時器停止工作,時間顯示器上顯示剩余搶答時間,并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。選用555定時器和兩片74LS192可以完成上述功能,其電路組成如圖2所示。

        圖3 報警電路

        圖4 整體原理圖

        圖5 PCB圖

        定時電路的工作原理:當(dāng)主持人按下按鍵S8時分別使兩片74LS192的置數(shù)端PL=0,即給74LS192預(yù)置數(shù),經(jīng)CD4511譯碼后,顯示器分別顯示“3”和“0”。當(dāng)松開按鍵S8時使555定時器工作,發(fā)出秒脈沖,接到74LS192的脈沖輸入端CPD,使74LS192工作,進(jìn)行減計數(shù)。當(dāng)定時時間30s到,卻沒有選手搶答時,74LS192的借位輸出端BO2=0,將BO2與555定時器發(fā)出的脈沖信號接到與非門輸入端,則與非門輸出為1,則74LS192的脈沖輸入端CPD將不再有脈沖輸入,則74LS192停止工作。同時BO2=0經(jīng)與非門,使74LS148使能輸入端EI=1,74LS148停止工作,封鎖輸入電路禁止選手超時后搶答。另一方面,若定時時間30s內(nèi)有選手按下?lián)尨疰I時,優(yōu)先編碼器74LS148輸出端GS=0,經(jīng)RS鎖存器74LS279,使CTR=1,則JIAN=0,經(jīng)與非門使74LS192的脈沖輸入端CPD沒有脈沖輸入,則74LS192停止工作,時間顯示器上顯示剩余搶答時間,不再變化。

        3.3 報警電路

        報警電路的功能:當(dāng)定時時間30s到,卻沒有選手搶答時,系統(tǒng)報警。當(dāng)定時時間30s內(nèi)有選手按下?lián)尨疰I時,蜂鳴器發(fā)出聲響。電路組成如圖3所示。

        報警電路的工作原理:當(dāng)定時時間30s到,卻沒有選手搶答時,74LS192借位輸出端BO2=0,經(jīng)與非門輸出alarm=1,則蜂鳴器發(fā)出聲響。當(dāng)定時時間30s內(nèi)有選手按下?lián)尨疰I時,74LS148輸出端GS=0,即beep=0,經(jīng)與非門,輸出alarm=1,則蜂鳴器發(fā)出聲響。

        4.整體原理圖和PCB圖

        4.1 整體原理圖

        基于74LS148的八路搶答器的整體原理圖如圖4所示。

        4.2 PCB圖

        基于74LS148的八路搶答器的PCB圖如圖5所示。

        5.結(jié)論

        本文給出的八路搶答器的設(shè)計,經(jīng)過調(diào)試和實際測試可以證明其合理及可行性。該設(shè)計出來的電路板可以穩(wěn)定的工作,并且能夠顯示和保存參加選手的搶答信息,同時屏蔽其他選手的搶答操作。本搶答器具有可靠性強(qiáng)、價格較低、操作簡單等特點,具有很高的應(yīng)用價值。

        [1]龔昌來.單片機(jī)控制的智能型搶答器設(shè)計[J].廣東自動化與信息工程,2003,3(3):28-30.

        [2]王青萍.八路智力搶答器的設(shè)計[J].湖北教育學(xué)院學(xué)報,2007,24(8):65-67.

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