篇一：智能抢答器毕业论文
甘肃联合大学学生毕业论文
题目： 基于单片机的八路智能抢答器
作 者：郭海超
指导老师：苑毅老师
电子信息工程 学院 系
应用电子技术 专业 09 级 3年制应电班
2011年 10 月 18 日
内容摘要：随着科学技术的发展和普及，各种各样的竞赛越来越多，其中抢答器
的作用也越来越重要。本文设计出以AT89S51单片机为核心的八路抢答器，采用了数
字显示器直接指示，自动锁存显示结果，并自动复位的设计思想,它能根据不同的抢
答输入信号，经过单片机的控制处理并产生不同的与输入信号相对应的输出信号，最
后通过LED数码管显示相应的路数，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出是
哪组优先按下的按键，充分利用了单片机系统结构简单、功能强大、可靠性好、实用
性强的特点。
本设计是以抢答为出发点。考虑到依需设定限时回答的功能，利用89S51单片机
及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、
硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示
时间。用开关做键盘输出，扬声器发生提示。同时系统能够实现：在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效；满时后系统计时自动复位及主控强制复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法
关键词：抢答器 单片机LED数码显示管定时器/计数器扬声器
绪论
数字技术是当前发展最快的学科之一，数字逻辑器件已从60年代的小规模集成电路（SSI）发展到目前的中、大规模集成电路（MSI、LSI）及超大规模集成电（VLSI）。相应地，数字逻辑电路的设计方法在不断地演变和发展，由原来的单一的硬件逻辑设计发展成三个分支，即硬件逻辑设计（中、小规模集成器件）、软件逻辑设计（软件组装的LSI和VSI，如微处理器、单片机等）及兼有二者优点的专用集成电路（ASIC）设计。
目前数字电子技术已经广泛地应用于计算机，自动控制，电子测量仪表，电视，雷达，通信等各个领域。例如在现代测量技术中，数字测量仪表不仅比模拟测量仪表精度高，功能高，而且容易实现测量的自动化和智能化。随着集成技术的发展，尤其是中，大规模和超大规模集成电路的发展，数字电子技术的应用范围将会更广泛地渗透到国民经济的各个部门，并将产生越来越深刻的影响。随着现代社会的电子科技的迅速发展，要求我们要理论联系实际，数字电子逻辑课程设计的进行使我们有了这个非常关键的机会。
一、 抢答器的概述 1.1 系统设计的功能
1.1.1 基本功能：
（1） 同时供8名选手比赛，分别用8个按钮S0 ~ S7表示。
（2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
（3）抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声器发出声响提示，并在七段数码管上显示选手号码。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
1.1.2 扩展功能：
（1）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时。
（2）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。在这段
（3）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。
1.2 抢答器的需求分析
1、在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效。
2、抢答限定时间和回答问题的时间可是在1～99s设定。
3、可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示。
4、抢答时间和回答问题时间倒记时显示，时间完后系统自动复位。
5、按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。
1.3 抢答器的硬件设计
抢答器电路
1.4 抢答的工作过程
1、如果想调节抢答时间或答题时间,按"加一"键或"减一"键进入调节状态,此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值,如想加一秒按一下"加1s"键,如果想减一秒按一下"减1s"键，时间LED上会显示改变后的时间，调整范围为0~99s, 0s时再减1s会跳到99，99s时再加1s会变到0s。
2、主持人按"抢答开始"键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设20s抢答时间），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答。
倒计时（预设20s抢答时间），不进行抢答查询，所以只有第一个按抢答的选手有效。
3、如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按"停止"按键，系统会自动进入准备状态，等待主持人按"抢答开始"进入下次抢答计时。
4、如果主持人未按"抢答开始"键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED上不显示任何结果，直到按下"停止" 键为止。
篇二：智能抢答器的设计
1 前言
工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛, 抢答记分器是必要设备。在我校举行的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。为解决这个问题，我们小组准备就本次大赛的机会制作一个低成本但又能满足学校需要的八路数显抢答器。本课程设计是“模拟电子技术”与“数字电子技术”两门课程的综合课程设计。
关于这次设计的用于多人竞赛抢答的器件，在现实生活中很常见，尤其是在随着各种智益电视节目的不断发展，越来越多的竞赛抢答器被用在了其中，这种抢答器的好处是不仅能够锻炼参赛选手的反应能力，而且能增加节目现场的紧张、活跃气氛，让观众看得更有情趣。可见抢答器在现实生活中确实很实用，运用前景非常广泛。
在知识竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，只靠人的视觉是很难判断出哪组先答题。这次设计就是用几个触发器以及三极管巧妙的设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。本文主要介绍了抢答器的工作原理及设计，以及它的实际用途。
抢答器作为一种电子产品，早已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合，但目前所使用的抢答器存在分立元件使用较多，造成每路的成本偏高，而现代电子技术的发展要求电子电路朝数字化、集成化方向发展，因此设计出数字化全集成电路的多路抢答器是现代电子技术发展的要求，按照这一要求，并根据四路锁存器的功能特点，用74LS148和其它几块常用的74LS 系列数字集成电路设计出了一数码显示四路抢答器电路，该电路具有成本低、元器件容易得到、路数多、数码直观显示、性能稳定等诸多优点。
本课程设计旨在培养学生综合模拟、数字电路知识，解决电子信息方面常见实际问题的能力，掌握一般电子电路设计方法与设计步骤。促使学生积累实际电
子制作经验，准备走向更复杂更实用的应用领域，是参加“全国大学生电子竞赛”前的理论与实践相结合的综合技能训练。目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。而且该电路也可作数字集成电路应用的一个范例，来作为学习使用数字集成电路之用。学习智力竞赛抢答器电路的工作原理。学习综合数字电子电路的设计、实现和调试方法。
2 智能抢答器的总体电路设计
2.1设计要求
（1）主持人有开始键和复位键，按下开始键后才能开始抢答，否则犯规。
（2）用数码管显示，正常抢答后显示抢到的队号，如果犯规则闪烁显示队号。
（3）如果3秒内没有抢答，则说明该题超时作废，用0闪烁表示。
（4）复位键用于恢复犯规或超时状态。
四路智能抢答器的组成框图
2-1
图2-1智能抢答器的组成
该设计抢答器的电路主要是由抢答开关电路、触发电路、触发锁存电路、编码器、七段显示译码器几部分构成。
如图2-1所示为总体方框图。工作原理为：
接通电源后，主持人将开关拨到"清零"状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”状态，宣布"开始"抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作"清除"和"开始"状态开关。如图2-2所示流程图
图2-2流程图
2.2四路抢答器的功能介绍
主要功能介绍
（1）抢答器最多可供4名选手参赛，编号为1~4号，各队分别用一个按钮（分别为J1、J2、J3、J5）控制，并设置一个系统清零和抢答控制开关J4,J7，该开关由主持人控制。
（2）抢答器具有数据锁存功能,并将锁存数据用LED数码管显示出来，直到主持人清零。
（3）开关J4作为清零及抢答控制开关（由主持人控制），当开关J4被按下时抢答电路清零，当开关J7松开后则允许抢答。输入抢答信号由抢答按钮开关J1、J2、J3、J5实现。
（4）有抢答信号输入（开关J1、J2、J3、J5中的任意一个开关被按下）时，并显示出相 对应的组别号码。此时再按其他任何一个抢答器开关均无效，指示灯依旧“保持” 第一个开关按下时所对应的状态不变。
扩展功能介绍
（1）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间为3秒。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示。
（2）参加选手在未开始抢答时按下抢答键，则犯规。显示器上显示并闪烁选手的编号。
（3）参加选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。
（4）如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示并闪烁0。
3系统的具体设计
设计思路是先等待主持人按键，当有主持人按键时，开始计时一分钟，并显示时间。有人抢答时，报警电路启动，并显示组号，同时计时显示停止。若在计时时间内无人抢答，一分钟到时，无报警，且计时停止，重新开始等待主持人按键，进行下一轮抢答。
可将整个系统分为三个主要模块：抢答鉴别模块；抢答计时模块,计时显示译码模块。如图3-1所示：
图3-1设计的组成模块
3.1抢答器控制端电路
该部分电路要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。选用
优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，所组成的电路图如图3-2所示
图3-2控制端电路
这个电路的工作原理过程：当主持人控制开关S置于"清零"端时，RS触发器的R非端均为０，４个触发器输出（Q4—Q1）全部置０，使74LS48的BI的非 ＝０，显示器灯灭；74LS148的选通输入端ST的非=0，使之处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人把开关S置于"开始"时，优先编码器和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端的信号输入，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出Y2Y1Y0的非=010，YEX的非=0，经RS锁存后，CTR=1，BI的非=1，74LS279处于工作状态，Q4Q3Q2 =101,74LS48处于工作状态，经74LS148译码后，显示器显示为"５"。此外，CTR=1，使74LS148的ST的非为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的YEX的非为高电平， 但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了
篇三：智能抢答器的设计
沈阳航空航天大学
课 程 设 计
（说明书）
班级 / 学号 14020101/2011040201026
学 生 姓 名 指 导 教 师 李智慧
沈阳航空航天大学
课 程 设 计 任 务 书
课 程 名 称电子线路课程设计课 程 设 计 题 目 智能抢答器的设计
课程设计的内容及要求：
一、设计说明与技术指标
用数字电路设计一个具有锁存与显示功能的8人抢答逻辑电路。
接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示
器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置于“开始”状态，宣布“开始”抢答
器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完
成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、
禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”
和“开始”状态开关。
二、设计要求
1．在选择器件时，应考虑成本。
2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。
3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。
三、实验要求
1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。
2．进行实验数据处理和分析。
四、推荐参考资料
1. 童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2006年
五、按照要求撰写课程设计报告
成绩 指导教师 日期
一、概述
在各种智力竞赛场合，抢答器是必不可少的最公正的用具。在我们各种竞赛中我们也经常能看到有抢答的环节，某些举办方采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性，而抢答器的应用就能避免这种弊端。
今天随着科技的不断进步抢答器的制作也更加追求精益求精，人们摆脱了耗费很多元件仅来实现用指示灯和一些电路来实现简单的抢答功能，使第一个抢答的参赛者的编号能通过指示灯显示出来，避免不合理的现象发生。但这种电路不易于扩展，而且当有更高要求时就无法实现，例如参赛人数的增加。随着数字电路的发展，数字抢答器诞生了，它易于扩展，可靠性好，集成度高，而且费用低，功能更加多样，是一种高效能的产品。而如今在市场上销售的抢答器大多采用可编程逻辑元器件，或利用单片机技术进行设计，本次设计主要利用常见的74LS系列集成电路芯片和555芯片，并通过划分功能模块进行各个部分的设计，最后完成了八路智力竞赛抢答器的设计。
二、方案论述
图1 智能抢答器电路的原理框图
设计一个智能抢答电路，原理图如图1所示，电路主要包括抢答电路模块和倒计时电路模块两部分。其中抢答电路完成基本的抢答功能，即主持人按下控制开关后，当选手按动抢答键时，数码管显示选手编号，但是只要主持人没有按下控制开关，选手抢答无效。倒计时电路模块完成定时抢答的功能以及报警功能，同时封锁输入电路，控制其他选手抢答无效。图1所示电路的工作过程是：接通电源后，主持人将控制开关置于“清除”处，此时抢答器处于禁止状态，选手不能进行抢答，定时显示器显示设定的时间（30s），当主持人将控制开关置于“开始”时，抢答器处于工作状态，同时定时器开始倒计时。当选手在规定时间内按动抢答键时，电路要完成以下功能：
（1）优先编码电路判断抢答选手的编号，并由锁存器进行锁存，然后通过译码显示电路在数码管显示电路上显示抢答者的编号，并且LED灯工作，给出抢答完毕信号；
（2）传输门电路对优先编码器进行封锁，禁止其他选手进行抢答；
（3）传输门电路要使定时器停止工作，数码管上显示剩余的抢答时间，当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关进行系统清零，使系统恢复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统将报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。
三、电路设计
1.倒计时电路模块
图2 倒计时模块原理图
倒计时模块由两片74LS192可逆十进制计数器和译码电路构成。LED数码管接收来自74LS192的输出信号并显示出来。74LS192的9，10，11，15引脚完成时间设定功能，本设计定时为30秒，所以把左边的芯片的1，15引脚接高电位，其余的全接低电位，使计时器的初始时间设定为30秒。该电路主要完成两个功能：一是显示倒计时时间示数；二是当有选手抢答完毕，禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程为：抢答开始前，74LS192的置数端为低电位，处于初始状态，数码管显示为30，5引脚接高电位。抢答开始后，秒脉冲推动U7开始倒记时，同时U7产生的信号由13引脚输出，做为U6的CP信号推动U6倒记时，完成十进制的倒记时功能。当有人抢答后U1的15引脚输出为1，经过非门U12后变为0，通过与门U13屏蔽了555脉冲秒信号，停止记时，完成显示抢答时间的功能，同时U6的13引脚产生低电位信号，进过非门U13，变为高电位，反馈到优先编码器U13的5引脚，使优先编码器不工作，实现了当有一人抢答完毕时，其他人抢答无效的功能，确保不会出现二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性，只要有一组选手先按下抢答器，就会将编码器锁死，不再对其他组进行编码。当计到了30秒时，U6产生的定时时间到信号输出为低电位，也屏蔽了秒信号，使得数码管显示为00。如有再次抢答需由主持人将控制开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。
2.抢答电路模块
图3 抢答模块原理图
抢答电路模块使用优先编码器74LS148，两片锁存器74LS279和译码器74LS48来完成，原理图如图3所示。该电路主要完成功能：分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管），同时有相应发光二极管点亮和数码显示。
74LS148的输入端和输出端低电平有效。I0~I7是输入信号，Y2~Y0为三位二进制编码输出信号，IS＝1时，编码器禁止编码，当IS＝0时，允许编码。YS是技能输出端，只有在IS＝0，而I0~I7均无编码输入信号时为0。YEX为优先编码输出端，在IS＝0而
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