具有报警功能的八路数显抢答器的设计Word格式.docx
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1课题背景
工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛,抢答记分器便成为必要设备之一。
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，这在某种程度上会由于主持人的主观误断带来比赛的不公平性。
为解决这个问题，我就此问题制作一个低成本但又能满足这些活动需要的八路数显抢答器,同时也作为我的毕业设计课题.
2、设计任务及系统功能简介
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个按钮S0~S7表
（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。
3、实现的原理与电路
1．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;
状态，宣布"
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"
状态开关。
主体电路
图1
设计框图
2.电路结构图：
图一
以下图二、图三为图一的放大图：
图二
图三
本制作是一个简易实用的8路数字显示抢答器，图一为该抢答器的核心部分，包括抢答、编码、优先、锁存、数显及复位等电路。
所用的原件除集成电路CD4511，还有14只IN4148二极管，一只9014（NPN）三极管；
15只电阻，9只按键开关，SB1~SB8为抢答键，SB9为复位键，LED数码管为0.5英寸的共阴极数码管。
其中7只470欧姆的电阻为限流电阻；
CD4511是一块含BCD——七段锁存/译码/驱动电路于一体的集成电路；
CD4511的1、2、6、7脚为BCD码输入端，第9~15脚为显示输出端。
第3脚为测试端（LT），当LT为“0”时，输出全为"
1"
。
第4脚为消隐端（BI），当BI为“0”时，输出全为“0”，显然此时还有可清除锁存器内的数值。
第5脚为锁存允许端（LE），当LE由“0”变到“1”时，abcdefg七个输出端保持在LE为“0”时所加BCD码对应的数码显示状态。
第8脚接地，第16脚接电。
图四：
CD4511
图五：
数码管的引脚图
图六：
9014的引脚图
图七：
二极管IN4148的管脚
3：
抢答器的讯响电路结构：
图八：
抢答器的讯响电路
图九：
555的管脚图
其中R1=R2=10K，扬声器通过100uf的电容器接在555的3脚与地之间，4只二极管分别接CD4511的1267引脚。
任何抢答按键按下，讯响电路都能振荡发出讯响声。
只要整个电路元件良好，装备无误，本制作一般不必调试，当电路通电，按下任何一抢答按键不动，听到扬声器发出讯响声，把电源电压稍作调整（8v左右），使声音悦耳、音量适当即可。
4.译码显示原理
本设计因为只采用了九路抢答，即采用一个LED数码管就可以完成显示功能,设计中我们使用CD4511的输出端A--G作为LED数码管（a--g）的输入。
CD4511的输出端A--G的输出是由BCD码输入端ABCD决定的，根据BCD编码的输入不同在输出端输出不同数据也不同，LED数码管根据CD4511各端输出的数据点亮七段发光管就会显示相应的字符，CD4511各端输出的信息总是和LED上显示的相对应。
由CD4511的BCD码输入端ABCD、输出端A--G、LED显示字符三者的关系可得表2—5
BCD编码
CD4511输出端
LED显示
字符
D
C
B
A
G
F
E
1
2
3
4
5
6
7
8
9
表2—5
七段LED是一种最常见数码管显示屏，这种数码管的每个线段都是一个发光二极管。
与我们小时候玩过的“火柴棒游戏”相似，几根火柴组合起来，可以拼成各种各样的图形，七段LED数码管实际上就是利用这个原理作成的。
数码管的每个线段都是一个发光管，其中七个长条形的发光二极管排列成一个“日”字型，另一个圆点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点。
LED显示器有两种不同的连接形式：
一种是8个发光二极管（a---g及dp）的正极连在一起，称之为共阳极LED显示器；
另一种是8个发光二极管阴极连在一起，称之为共阴LED显示器。
他们的内电路如图2—6所示
共阴极共阳极
图2—6七段数码管类型
共阴数码管内部的8个二极管的N极连接在一起，与引脚com端相连接，在使用时引脚com应接低电平。
当数码管其余的某个引脚接高电平时，则该引脚对应的发光二极管被点亮，也就是数码管对应的发光段被点亮。
共阳极数码管内部的8个发光二极管的P极被连接在一起，与引脚com端相连接。
在使用时引脚com应接高电平，当数码管其余的某个引脚接低电平时，则该引脚对应的发光二极管被点亮，也就是数码管对应的发光段被点亮。
七段发光二极管工作时若电流太小，则发光强度不够：
电流太大，则耗电量大，甚至会烧坏二极管。
在实际应用中，经常外接1K的电阻作为限流电阻。
由图2—6可以看出共阳和共阴结构的LED显示器各笔划段名的安排位置是相同的，当二极管导通时，相应的笔划就会发光，由发亮的笔划段组合而显示出各种字符，可以显示0--F十六格字符及小数点。
由于此设计中只有九路抢答所以使用led数码管的“0--9"
十个字符就可以满足显示要求，在本设计中采用CD4511BCD七段所存/译码/驱动器来驱动数码管显示则七个笔划对应于cd4511的输出端A、B、C、D、E、F、G，因此可用7位二进制代码表示欲显示字符的代码，数码管各段与输出端各位的对应关系如表2—7所示
输出端各位
数码管各段
g
f
e
d
c
b
a
显示
字型
共阳极
共阴极
表2—7
阳极数码管二进制数据位0表示对应字段亮，数据为1表示对应字段暗;
共阴极数码管，数据为0表示对应字段暗，数据为1表示对应字段亮。
若要显示"
0"
字符共阳极数码管的字符编码应为1000000B,共阴极数码管的字型编码为0111111B，依次类推，只要把欲要显示数字字形码通过cd4511输出端送给数码管即可。
数码管字型码见表2—8
表2—8字型码
5.锁存、复位电路及
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