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\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。
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抢答无线 无线接收优先锁存器 译码电路 译码显示 主体电路 主持人控制开关 控制电路 报警 电路 扩展电路 秒脉冲产生 定时电路 译码 电路 图1 设计框图
显示电路 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
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PT2262/ 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 (A0～A11) 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(D0～D5) 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, A0～A7 用作地址加密, D0～D3 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, 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 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
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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 , 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。
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