毕业设计（论文）无线智能八路抢答器的设计.doc

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1、二七届学生毕业论文（设计） 存档编号：毕业论文（设计）论文题目 无线智能八路抢答器设计 学 院 高等职业技术学院专 业 电子信息工程姓 名 学 号 20043050018指导教师 年 月 日无线智能八路抢答器的设计摘要:介绍的无线抢答计分器,具有8 路无线抢答判断功能,无须布线,具有移动方便灵活等优点。无线抢答部份选用专用的编解码芯片PT2262/ 2272 构成数据加解密,用FM调制电路构成无线发射器,用FM解调芯片MC3362 构成无线数据接收器,构成了无线编解码抢答电路,使得系统在使用时更可靠,性能价格比方面的指标也得到了加强。控制部份采用74系列常用集成电路设计的数码显示八路抢答器的电

2、路组成、设计思路及功能。该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有定时、计时和报警功能。主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间，系统将完成自动倒计时。若在规定的时间内有人抢答，则计时将自动停止；若在规定的时间内无人抢答，则系统中的蜂鸣器将发响，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能。关键词:八路抢答器,，无线发射接收，编码、声光控制Topic：The wireless intelligent Chinese red army soldier snatches theanswering designStudent: hu yijie Jianghan University School of High

3、er professional technical instituteGuide Teacher: qin gong Jianghan University School of Physics& Information EngineeringAbstract：In this paper, Introduces the wireless machine of grabbing for replying and displaying theresult , which has the functionof judgment with 8 channels of grabbing for reply

4、ing. It does need to distribute the electrical wire , so it is movedexpediently. Chooses the familiar coding - decoding chip PT2262/ 2272 that forms the data coding2decoding circuit . Thewireless emitter is composed of the FM modulate circuit , and the wireless receiver is composed of the FM demodul

5、ationchip MC3362. The electric circuit and designing thought of an answering racer based on the common-used series of 74 IC with 8-wire is introduced, and its function is also described. The answering races function includes timing, counting, and alarming, besides the basic function of an answering

6、racer. The host sets the provided time for the answering race through the time-setting switch, after this the system will count down the time automatically. If anybody answer the question on time, the counting of time will stop; If nobody answer the question on time, the alarm will give out some sou

7、nd, helping the host know the race in this turn is of no use, so the function of alarming is achieved. Keywords:The Chinese red army soldier snatches answering, Wireless launch receive，Code，Acousto-optic control目录1 绪论 52 任务说明 52.1基本功能 52.2扩展功能 53 实现原理与电路53.1. 无线数字抢答器总体方框图53.2.单元电路设计 53.2.1抢答无线发射器电路

8、53.2.1.1电池电压监控电路 53.2.1.2抢答按钮单稳电路 53.2.1.3编码器原理及组号设置53.2.1.4晶振稳频FM无线调节器制器 63.2.2无线接收优先编码 63.2.2.1无线接收器 63.2.2.2编码部份 73.2.3定时电路83.2.4报警电路103.2.5时序控制电路124设计过程中的问题与改进145 组装与调试156所用元器件177 心得体会18致谢18参考文献19一、绪论工厂、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

9、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。二、任务说明1.基本功能： （1） 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个无线发射器。（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DPY_7-SEG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。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

10、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。三、实现的原理与电路1无线数字抢答器总体方框图 如图1所示为总体方框图。其工作原理为：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。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

11、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。抢答无线发射器无线接收优先编码电路 主体电路报警电路控制电路主持人控制开关译码电路定时电路秒脉冲产生电路显示电路译码电路译码显示锁存器 扩展电路图1设计框图2单元电路设计（1）抢答无线发射器电路 无线发射器由抢答按钮单稳电路、电池电压监控电路、编码器及组号设置、晶振稳频FM无线调制电路4部分组成,无线发射器的组成如图2 所示。 图2无线发射器部份 1）电池电压监控电路由于无线发射器采用电池提供电压, 当电池电力耗尽时, 电压偏低会使无线发射器不能正常工作, 所以需要设置电池电压监测电路。不

12、同类型的电池在电力耗尽时其电压也是不相同的, 常用的电池有不可充电的电池和可反复充电的电池。 2）抢答按钮单稳电路单稳态触发器的工作特性具有如下的显著特点: a) 它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态; b) 在外界触发脉冲作用下, 能从稳态翻转到暂稳态, 在暂稳态维持一段时间以后, 再自动返回稳态; c) 暂稳态维持时间长短取决于电路本身的参数, 与触发脉冲的宽度和幅度无关。由于具备这些特点, 单稳触发器被广泛应用于脉冲整形、延时(产生滞后于脉冲触发的输出脉冲) 以及定时(产生固定时间宽度的脉冲信号) 等。本设计选用NE555 定时器接成单稳态触发器。 3）编码器原理及组号设置 PT2262/

13、 2272 是一种CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路, PT2262/ 2272 最多可有12 位 (A0A11) 三态地址端管脚, 任意组合可提供531441 地址码, PT2262 最多可有6 位(D0D5) 数据端管脚, 设定的地址码和数据码从17 脚串行输出, 可用于无线遥控发射电路。地址码最多可达531441 种。为了尽量提高抢答速度, 这里选用110M的振荡电阻, A0A7 用作地址加密, D0D3 用作数据编码即组号, 共可设16 个组号, 这对于抢答已经完全足够了。PT2262 与无线发射电路的组成如图3 所示。 图3 PT2262 与无线发射电路的组成 4）晶振稳

14、频FM无线调制器 无线发射调制电路有直接晶体管调制、变容二极管调制、晶振调制、PLL 锁相环控制和数字直接合成等方式。直接晶体管调制方式成本最低, 但稳定性差、抗干扰能力差; 变容二极管调制方式调制频偏大效果好, 但同样稳定较差; 后三种调制方式突出优点是稳定性高, 晶振调制频偏较小, 频率单一不可调节; PLL 锁相环控制方式和数字直接合成方式成本高、电路复杂, 但其突出的优点使其在高性能要求的电路中得到了广泛的应用。由于抢答遥控要求稳定性高且不需要调节频率, 所以发射电路选用了晶振调制方式。 在图3 中, 晶振稳频FM无线调制器分为五级, 每一级都由高频三极管9018 及外围阻容元件组成,

15、 第一级为变容管压控晶体振荡器, 第二级实现三倍频, 第三级再进行两倍频, 第四级为缓冲放大级, 第五级实现功率放大后经由天线向外界发送无线电波。(2) 无线接收优先编码 1）无线接收器 无线电接收电路可分为超再生接收电路、一次变频接收电路、二次变频接收电路。接收电路按本振方式有普通电感电容振荡方式、晶振稳频方式、PLL 锁相环稳频方式等。普通方式稳定性较差且频率调节不直观; 晶振稳频方式频率稳定度高但频率不可调; PLL 锁相环稳频方式频率稳定度也很高、频率调节方便且直观。为了系统的扩展性和稳定性, 选用晶振稳频的MC3362 二次变频接收芯片。接收到的信号经过解调电路输出至由PT2272

16、组成的编码信号解码电路, 解出的抢答信号输往单片机进行识别和控制。 二次变频窄带接收器大都使用专用集成电路, 可供选择的窄带调频接收电路产品很多, 而MC3362 是性价比比较高的一种选择, MC3362 是一个从无线输入到音频前置放大器输出这一过程中功能齐全的调频窄带接收器。它采用低工作电压双变换设计, 在窄带音频和数据通信中, 具有低功耗、高灵敏度和良好镜像抑制性能。 二次变频FM窄带接收器电路如图4 所示。第一混频器把信号放大, 并且把射频信号输入转换成1017MHz 中频。这个中频信号由外部滤波器滤波, 然后馈入第二级混频器, 得到进一步放大并且转换为455kHz 第二中频信号。经外部

17、的带通滤波器滤波之后, 这个低的第二中频信号馈入限幅放大器和鉴频电路。音频信号用常规的正交检波器恢复。 图4 二次变频FM窄带接收器电路 输入信号电平的大小由测量驱动电路通过检测限幅放大器中的限幅量进行监视。测量器驱动端子的电压决定载波检测的输出状态, 低电平有效。 由于发射电路采用了较高的传输速率, 而MC3362 窄带接收器要求的数据传输速率限制在1200Baud 以下, 因而解调输出的较高速率数据波形会有一定程度的变形, 为了得到正确的数据, 则要采用数据整形电路, 如图5 中所示的比较器电路。由MC3362 解调输出的数据电平经检测后得数据“0”电平为114V , “1”电平为118V

18、 , 并且含有较多的单片机干扰脉冲信号, 所以不能直接利用MC3362 芯片中的数据整形电路。取中间电压116V 为外部数据整形电路比较器的基准电压, 比较器同相端输入电压高于116V 则输出高电平, 反之输出低电平, 然后比较器输出信号到MC3362 的数据整形电路获得更高的高电平(5V) 和更低的低电平(0102V) , 整形后的数据输出至PT2272 解码器电路。 PT2272 是与PT2262 编码芯片配对使用的解码芯片, PT2272 - M4 有4 位有效数据, PT2272 M4 解码器电路如图5 所示。 图5 PT2272 - M4 解码器电路 2）编码部份 设计电路如图10所

19、示。锁存器 74LS297 来完成。该电路主要完成两个功能：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（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。图10 无线接收显示电路(3)定时电路图7 可预置时间的定时电路 原理及设计：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图7所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74192的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据

20、抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG 上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。下面结合图8具体讲一下标准秒脉冲产生电路的原理。结合图8，图中电容C的放电时间和充电时间分别为 ，于是从NE555的3端输出的脉冲的频率为，结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即

21、得，即秒脉冲。ui1 ui2 uO T的工作状态01 1 1 101 1 0 0导通截止 截止 导通 导通表1 555定时器功能表图8 标准秒脉冲产生电路 （4）报警电路由555定时器和三极管构成的报警电路如图9示。其中NE555构成多谐振荡器，振荡频率 1.43（RI2R2）C，其输出信号经三极管推动扬声器。PR为时序控制电路输出的控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。图9 报警电路（5）时序控制电路时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：主持人将控制开关拨到开始位置时，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。 当参赛选手按动抢答按键时，扬声器发声，抢答电

22、路和定时电路停止工作。当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器自动报警，表示此次抢答无效。 图 10 时序控制电路根据上面的功能要求以及图10，设计的时序控制电路如图10所示。图中，与门G1 的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输入使能端（即图二中的5端）。图8的工作原理是：主持人控制开关从清除位置拨到开始位置时，来自于图10中的74LS279的输出 1Q,即CTR=0，经G3反相，输出为1，则NE555产生的时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端（图中用CLCK表示接入到74LS192CPD端的信号），定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到

23、时，则定时到信号为 1，门G2的输出 =0，使 74LS148处于正常工作状态，从而实现功能的要求。当选手在定时时间内按动抢答按键时，CTR1，经G3反相，输出为0，封锁 CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出 =1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能的要求。当定时时间到时，则定时到信号为0，/ST=1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门G1处于关门状态，封锁时钟CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能的要求。集成单稳态触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间（其功能表见表3）,具体原理如下：主要由555时钟电路（用于控制报警声

24、音频率）、蜂鸣器即相关的延时电路和控制电路组成。单稳态触发器74121通过信号/Ys、BO2、S控制报警与否和报警时间，555时钟电路产生脉冲时钟。在规定的时间有人抢答时，/Ys由1跳变到0，74121有状态2（见表3状态编码），即Q输出暂态高电平，蜂鸣器连续发声报警，持续时间为=4.3秒；如果在规定时间内无人抢答，BO2由1跳变到0，74121有状态1，Q输出暂态高电平，蜂鸣器连续发声报警持续时间为结合图9所示报警电路，分析计算如下：。取100uF, =51K,。有4.3秒。 表3 74121功能表四、在设计过程中发现的问题和所做的改进（1） 选手号码的显示问题：在设计过程中，我们发现按下抢

25、答按钮后，我们希望其在七段数码显示管上显示的选手号码是1到8，这样符合我们一般的思维，而按照我们一开始所做的设计，数码管只能显示0到7，我们在认真研究体设计方案和7448译码器的功能表（见表四）后，发现解决此问题只须将显示0改为显示8，而其他的显示则不改变。由表四可以看出，有两种方案可供选择：1是将7448的A3端置1，其他位置0；2是将图10中的4端置1，其他位不管。但是在计时未到时，4端始终为低电平，所以如果采用方案2的话，我们的整设计就将全部打乱，故方案2不可取。我们采用了方案1。我们通过观察表四看出，只有在字形（见表四）为0时，/A2/A1/A0=1,其他均为0。于是我们就将A2、A1

26、、A0 三端先接入非门7404，然后将他们接入与门7408，7408的输出接7446的A3端，这样就实现了显示8的功能，其他的数码的显示并无影响。（2） 在计时结束时让选手号码显示牌显示0而不是8的问题。承1中所述，我们实现了选手号码显示8的问题，但随之而来的是当计时结束时因为A2、A1、A0均为零，导致我们在做出（1）中所述改动后，选手号码显示牌上显示的为8而不是我们要求的0。此时我们仍然是通过研究我们的总体电路图来解决这个问题的。我们知道，只有在字形（见表四）为0时，/A2/A1/A0=1，其他时候其值均为0。当计时时间到时，定时到信号输出为0，若将定时到时间信号与/A1、/A2、/A0一

27、起接入与门，然后再接入到A3端的话，那么在定时到时，A3、A2、A1、A0均为0，经7448译码输出即为0。（3） 主持人按下抢答按键时选手号码牌显示为7而不是我们要求的0的问题。在电路焊接过程中，我们在主持人的按键选择上选择了点触式开关，因为未对这种开关做细致的分析，我们发现每次主持人按下抢答按键选手号码显示牌上总是为7。经过我们的认真分析，我们找到了原因，是我们的开关选择出了问题。点触式开关在按下后马上又弹起，此即问题的所在。于是我们很快将其更换为单刀双置开关，问题得到了解决。（4） 显示电路显示不稳定的问题。在完成电路的焊接，进入调试阶段时，我们的抢答器显示电路出现了不稳定的问题。主要表

28、现在当我们在完成一轮抢答后对计时时间进行重新设定时，显示部分会出现乱码的现象。开始我们以为是芯片出了问题，于是对芯片进行了逐个排查，确定芯片没有损坏后，我们开始检查导线的焊接情况。我们利用万用表对接线处逐个进行了排查，最后发现某芯片的一个引脚处的导线松了。我们对导线进行了重新焊接，过后系统恢复了稳定。 表4五、组装与调试1.使用的主要仪器、仪表 多路直流稳压电源YB1719； 数字万用表MY61； 数字示波器TDS1012； 函数发生器EE1411；2.电路调试(1) 单元电路检测抢答电路把主持人的控制开关设置为“清除”位置，用万用表检查RS触发器的端为低电平，输出端（4Q1Q）全部为低电平。

29、于是74LS48的4端/BI/RBO=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端，即5端/ST=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。然后把主持人的控制开关拨到“开始”位置，优先编码电路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，给8路抢答端口即输入端给上低电平的输入信号，如当有选手将抢答按键按下时（如按下），74LS148的输出=010，=0，经RS锁存器后，74279的输出1Q,即CTR=1，/BI/RBO =1，74LS279处于工作状态，输出端4Q3Q2Q=101，=0，经RS锁存器后，出“5”。此外，CTR=1，使74LS148仍处于禁止工作状态，其它按键的输

30、入信号不会被接收。定时电路用示波器检查555的输出波形是否为1Hz的方波信号，如不是对555的外围电路进行调整达到要求为止。给74LS192的数据输入端设定一次抢答的时间，如35秒（00110101）的八位数据。观察显示器的显示时间是否进行减计数。有问题按原理进行修改。时序控制及报警电路 主持人将控制开关拨到“开始”位置时，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。 当参赛选手按动抢答按键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。 当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。2.整机电路调试开始时，主持人将控制开关接地，抢答电路部分锁存器74LS279的状态输出

31、全为0，74LS48的灭灯输入与锁存器74LS279的Q1相接，故抢答电路无显示（清除）；与此同时，在计时电路部分，减法计数器74LS192的预置数端为0，将事先的预置数送入减法计数器中。当主持人按键弹起时，计数器开始计数工作，抢答开始。在没有人按键且抢答时间没到时，优先编码器/Yex输出为1，计数器BO2输出为1，74148的5端，即0, 而优先编码器和计数器都正常工作；当在规定时间有人按下抢答按键时，/YEX输出为“0”， CTR=1，/ST=1，优先编码器停止工作，此后选手的抢答无效，电路将按键者的编号显示在LED上；同时，CTR=1，计数部分的计数脉冲=0，计数器停止工作，此时的倒计时

32、时间记录并显示在LED上；74148的/Ys端由1跳变到0，74121有状态2，即Q输出暂态高电平，蜂鸣器连续发声报警，持续时间为=4.3秒。 如果在规定时间内无人抢答，BO2由1跳变到0，74121有状态2， Q输出暂态高电平，蜂鸣器连续发声报警持续时间为=4.3 秒；ST=1，抢答电路停止工作，此后的抢答按键无效。 六、所用元器件列表序号编号名称数量说明174LS192十进制可逆计数器2片工作电压5V2NE555单稳态触发器2片工作电压5V374LS48七路显示译码器3片工作电压5V474LS148优先编码器1片工作电压5V574LS279触发器1片工作电压5V674LS121非重触发单稳

33、态触发器1片工作电压5V77400与非门1片工作电压5V87408与门1片工作电压5V97404反向器1片工作电压5V109013三极管1个11R3、R4510电阻3只12R268k电阻2只13R115k电阻 2只14R6100k电阻1只15R51k电阻2只16R710k电阻10只17C10.1uF2只18C10uF1只19C2100uF1只20Speaker蜂鸣器1只8，6V21SW弹片开关9只22单刀双置开关9只23LED发光二极管2只24DPY_7-SEG共阴极七段数码显示管3片七、心得体会：实用抢答器的这一产品是各种竞赛活动中不可缺少的设备，在国内外都是比较有用的，而它的发展也是比较快

34、的，从一开始的光具有抢答锁定功能的一个电路，到现在的具有倒计时、定时、自动（或手动）复位、报警（即声响提示，有的以音乐的方式来体现）、屏幕显示、按键发光等多种功能的技术合并，这就可以说明其多种功用及发展的快速。现在的抢答器有JLQ-2 普通型抢答器、JLQ-3型 带到计时型抢答器、JLJ-2型 3位LED电子记分器、SPC-7A单屏小型、SPC-7B 单屏中型、智力竞赛抢答器、有锁定功能抢答器、多功能智力抢答器可以说是多不胜数。 本次的抢答器的设计实践将我们学到的知识应用到了实践，深化了对数字电路设计的认识，使我们在设计的实践中获得新知。致谢： 在此，我要对我的指导师秦工老师和肖运虹老师给予我

35、帮助的以深深的敬意和感谢。他们严谨的治学态度，广博的理论知识，丰富的工作经验，务实的工作态度，使我受益匪浅。我不仅从他们身上学到了许多科研的方法，还学会了很多做人的道理，这将使我终生受益。 同时也要感谢物理与信息工程学院的各位老师对我无论是在生活上还是在学业上的无私的帮助，论文的最后的定稿，也是跟各位老师的帮助所分不开的。 最后，向审阅本论文的各位专家表示深深的谢意。参考文献：1.康华光 编,北京 高等教育出版社,2000年6月版.2.李海 编 ,重庆 重庆大学出版社 1999年9月版.3.欧阳星明 编，武汉 华中科技大学出版社，2002年5月版4.5.6.7.肖景和 编CMOS数字电路应用300例，北京，中国电力出版社，2005年1月版8.何立民. MCS - 51 系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术M . 北京: 北航出版社. 20029.张毅刚. 单片机应用设计M . 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社. 2001.10.阎石. 数字电子技术基础M . 北京: 高等教育出版社. 2000.11.谢嘉奎. 电子线路M . 北京: 高等教育出版社. 2000