基于電氣工程角度談八路搶答器設(shè)計(jì)

丁奕靈　劉爽　馬溢　曹語(yǔ)涵

摘要：本報(bào)告設(shè)計(jì)的八路智力競(jìng)賽搶答器電路主要采由4511系列常用集成電路組成，涉及到觸發(fā)器、編碼器、譯碼器、555定時(shí)器。該搶答器具有基本的搶答功能，通過(guò)共陰極數(shù)碼管顯示選手的號(hào)碼。當(dāng)一輪搶答開(kāi)始后，首先搶答的人由觸發(fā)器保持狀態(tài)并阻止其他任何選手輸入狀態(tài)，此次設(shè)計(jì)的搶答器在選手輸入信號(hào)后先經(jīng)過(guò)D觸發(fā)器，再經(jīng)過(guò)優(yōu)先編碼器編碼，所有選手沒(méi)有優(yōu)先級(jí)之分，真正做到比賽的公平公正性。編碼后的信號(hào)經(jīng)過(guò)加法器后輸出合適的二進(jìn)制碼，再經(jīng)過(guò)顯示譯碼器的作用，驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管顯示搶答選手的編號(hào)。主持人可以通過(guò)控制按鈕結(jié)束本輪的搶答并可以從新開(kāi)始下輪搶答。

關(guān)鍵詞：搶答器;觸發(fā)器;顯示譯碼器;555時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器

引言：目前無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，智力搶答類(lèi)的娛樂(lè)節(jié)目以其知識(shí)的普及性和娛樂(lè)宣傳性，一直受到廣大電視觀眾的喜好和好評(píng)，是全家老少皆宜的電視類(lèi)節(jié)目。說(shuō)到這類(lèi)電視節(jié)目，就不得不提到節(jié)目中的搶答的環(huán)節(jié)，多位選手在主持人一聲令下開(kāi)始搶答，搶答時(shí)間有限，先按搶答器者獨(dú)占先機(jī)，這種情況總是扣人心弦，讓觀眾和選手都心動(dòng)不已。激動(dòng)之后，大家有沒(méi)有想過(guò)節(jié)目中搶答用的電路時(shí)如何實(shí)現(xiàn)的嗎？選手限時(shí)搶答，誰(shuí)先搶就會(huì)在其前面的LED屏上限時(shí)，同時(shí)其他較晚的人再按鍵是沒(méi)有任何效果的。當(dāng)一輪搶答結(jié)束后，主持人操作手中的控制器就可將先前維持住的搶答狀態(tài)復(fù)位清零。這種搶答方式有效地提高了競(jìng)賽的公平和公正性，避免了一些不合理現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)今社會(huì)發(fā)展迅速，應(yīng)用于此類(lèi)搶答節(jié)目的智能搶答器早就問(wèn)世。其功能的實(shí)現(xiàn)方式多種多樣，并逐漸趨向于易于擴(kuò)展、可靠性好、集成度高、制造費(fèi)用低、功能更加多樣話(huà)的一種高效能的產(chǎn)品。

一、設(shè)計(jì)背景

信息時(shí)代的21世紀(jì)，人類(lèi)科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，并且開(kāi)始邁入了數(shù)字化和科技化的智能世界。搶答器在生活中很常見(jiàn)，用于各類(lèi)搶答現(xiàn)場(chǎng)，競(jìng)賽等，它能迅速客觀的分辨出最優(yōu)先權(quán)獲得的選手。設(shè)定發(fā)言時(shí)間，記錄分?jǐn)?shù)等。本次設(shè)計(jì)八人搶答器是利用簡(jiǎn)單的模電數(shù)電知識(shí)，利用簡(jiǎn)單的電路以及簡(jiǎn)易芯片構(gòu)成八人搶答器。

二、設(shè)計(jì)目標(biāo)

1.更進(jìn)一步熟悉集成電路的引腳安排和各芯片的邏輯功能

2.熟練掌握鎖存器、譯碼器、計(jì)數(shù)器、顯示器、編碼器管腳的功能和使用方法

3.了解搶答器的組成及工作原理

4.熟悉搶答器的設(shè)計(jì)與制作

三、搶答器目前存在的問(wèn)題

隨著改革開(kāi)放事業(yè)的不斷深入，促使人們學(xué)科學(xué)、學(xué)技術(shù)、學(xué)知識(shí)的手段多種多樣，搶答器作為一種常見(jiàn)工具，已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合。但搶答器的使用頻率校低，且有的要么制作復(fù)雜，要么可靠性低，減少興致。作為一個(gè)單位若專(zhuān)購(gòu)一臺(tái)搶答器雖然在經(jīng)濟(jì)上可以承受，但每年使用的次數(shù)極少，往往因長(zhǎng)期存放使（電子器件的）搶答器損壞，再購(gòu)置的麻煩和及時(shí)性就會(huì)影響活動(dòng)的開(kāi)展。目前多數(shù)搶答器存在3個(gè)不足之處：首先，現(xiàn)場(chǎng)線(xiàn)路連接復(fù)雜。因?yàn)槊總€(gè)選手位于搶答現(xiàn)場(chǎng)的不同位置，每個(gè)選手與控制臺(tái)之間要有長(zhǎng)長(zhǎng)的連接線(xiàn)。選手越多，連接線(xiàn)就越多、越亂，這些連接線(xiàn)不僅影響了現(xiàn)場(chǎng)的美觀，面且降低了搶答器的可靠性，增加了安裝的難度，甚至影響了現(xiàn)場(chǎng)人員的走動(dòng)。其次，電路復(fù)雜。因?yàn)楹?jiǎn)單邏輯電路只完成號(hào)碼處理、計(jì)時(shí)、數(shù)據(jù)運(yùn)算等功能其它功能如選手號(hào)碼的識(shí)別、詳碼、計(jì)分顯示等仍只能通過(guò)數(shù)字集成電路完成。采用簡(jiǎn)單邏輯電路掃描技術(shù)識(shí)別選手搶按號(hào)碼時(shí)，電路的延時(shí)較大，最后導(dǎo)致容易出現(xiàn)選手搶按成功的現(xiàn)象。

四、總體方案設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)一個(gè)智力搶答器，可同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)參加比賽。

2.搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8個(gè)按鈕S1-S8表示。

3.設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開(kāi)關(guān)S9，該開(kāi)關(guān)由主持人控制。

4.搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時(shí)LED燈發(fā)光提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。

5.參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，計(jì)時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。

6.如果計(jì)時(shí)時(shí)間已到，無(wú)人搶答，此次搶答無(wú)效，顯示器上顯示0。

7.答題正確后由主持人手動(dòng)計(jì)分，待主持人按下復(fù)位鍵即可開(kāi)始下一輪搶答。

結(jié)束語(yǔ)：

通過(guò)這次的八路數(shù)顯搶答器的設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用了本專(zhuān)業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)進(jìn)行一次電路和實(shí)物的設(shè)計(jì)。在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，體會(huì)了學(xué)以致用、突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

丁奕靈（1999-），女，漢，湖北省武漢市，本科，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化

劉爽（2000-），女，漢，四川省鹽亭縣，本科，研究方向：電力系統(tǒng)

馬溢（1997-）男，回族，四川省涼山州西昌市，本科?，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化

曹語(yǔ)涵（1998-），女，漢，四川省成都市，本科，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化