八路抢答器电路设计.docx
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八路抢答器电路设计
摘要
介绍了数码显示八路抢答器电路的组成、设计及功能，电路采用74系列常用集成电路进行设计。
该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有定时、记分和报警功能。
主持人通过复位控制开关，可以对数码管清零和复位，进行下一轮的抢答环节，通过其他数码管可以跟踪记录各个参加队的比分情况。
该抢答器主要运用到了编码器，译码器和锁存器，运用4511的译码和锁存功能来实现抢答器的选号，采用74LS190和74LS00芯片实现参赛队的比分增减，随时记录参赛队的比赛成绩。
通过课程设计提高和巩固了所学的专业知识，此外还提高了焊接技术和综合运用能力。
关键词：
抢答器；编码；译码；记分；报警
Abstract
Introducesthedigitaldisplayeight-wayrespondercircuitcomposition,functionanddesignofintegratedcircuittocarryonthedesigncommonlyusedcircuitwith74series.Thebuzzerinadditiontothebasicviestoanswerfirstfunction,alsohasthetiming,scoringandalarmfunction.Hostthroughthereductionandcontrolswitch,digitaltubecanberesetandreset,inthenextroundofviestoanswerfirstlink,throughdigitaltubecantrackeachotherteam'sscore.
Thebuzzerismainlyappliedtotheencoder,decoderandlatch,using4511decoderandlatchfunctiontorealizethebuzzerpick,using74ls190and74ls00chipimplementationteamscore,recordtheresultsofthecompetitionteamatanytime.
Learnedthroughcoursesdesignedtoimproveandconsolidatetheprofessionalknowledge,butalsoimprovestheweldingtechnologyandcomprehensiveutilizationability.
Keywords:
buzzer;Coding;Decoding;Score;Callthepolice
目录
引言1
1课程设计任务及要求2
1.1设计任务2
1.2设计要求2
2系统设计2
2.1方案论证2
2.2系统设计3
2.2.1结构框图及说明3
2.3系统原理图及工作原理4
2.3.1八路抢答器抢答模块系统原理设计4
2.3.2八路抢答器记分模块系统原理设计6
3电路仿真与测试10
3.1八路抢答器抢答模块仿真测试图10
3.1.1八路抢答器抢答模块开始时仿真测试图10
3.1.2八路抢答器抢答模块工作时仿真测试图11
3.2八路抢答器记分模块仿真测试图11
3.2.1八路抢答器记分模块开始时仿真测试图11
3.2.2八路抢答器记分模块工作时仿真测试图12
3.3八路抢答器整体电路图12
4安装调试13
4.1安装调试过程13
4.2故障分析13
5实验材料清单14
6心得体会14
参考文献16
八路抢答器课程设计
引言
随着社会不断的发展，电子技术也得到了飞速发展，各种电子产品的质量也得到了质的突飞猛进。
其中电子产品中的抢答器也由以前的简单，功能单一的电路，变为现在复杂，实现多功能的电子产品。
抢答器在公司学校等都有广泛的应用，但作为一名电子信息工程专业的学生，我们应该自己动手做出这个非常流行的电子器件，以此来锻炼自己的实践能力，为我们以后的工作打下坚实的基础。
该数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。
优先编码电路，锁存器，译码电路，将参赛队的输入信号在显示器上输出，用控制电路和记分电路和主持人开关复位电路来实现参赛队的成绩记录。
本次课程设计用到74系列芯片，有两片74ls190,一片74ls00，一片74ls74，还有一片4511,此外用数码管来分别显示参赛队别和成绩。
1课程设计任务及要求
1.1设计任务
设计一个八路抢答器
1.2设计要求
（1）、设计一个可容纳8组参赛的数字式抢答器，每组设一个按钮，供抢答使用。
（2）、抢答器具有第一信号鉴别和锁存功能，使除第一抢答者外的按钮不起作用。
（3）、设置一个主持人“复位”按钮。
（4）、主持人复位后，开始抢答，第一信号鉴别锁存电路得到信号后，有指示灯显示抢答组别，扬声器发出2~3秒的音响。
（5）、设置一个计分电路，每组开始预置100分，由主持人记分，答对一次加10分，答错一次减10分。
要求进行按键防抖动设计。
2系统设计
2.1方案论证
八路抢答器的设计方法很多，可由多种类型电路来构成，这里提供两种方案供选择：
方案1：
单片机系统控制方案
单片机是核心控制元件，利用编程语言对其功能的设计。
其优点是用软件设计替代了硬件设计，使得硬件的功能设计不再仅局限于硬件本身，而变得更加的灵活与多样，也大大降低了硬件功能设计的难度。
其缺点是抗干扰性能差，不通用，并且需要有接口电路与之配套，价格中等，制造较难，维修亦较难。
方案2：
数字逻辑电路控制方案
数字逻辑电路控制系统主要由各种逻辑元件构成，包括计数器、触发器以及各种门电路，硬件设计思路非常简单，造价低廉，元件少，体积小，稳定性好，可靠性和性价比都很高。
缺点在于功能实现后电路结构复杂，维护起来比较困难。
在本设计中，采用数字逻辑电路控制系统，与单片机相比，该电路具有价格低，元件少，体积小，稳定性好，可靠性高的特点。
因此，在本设计上采用数字逻辑电路方案。
2.2系统设计
2.2.1结构框图及说明
显示器
扬声器
译码器
编码转换器
参赛队
锁存器
扬声器
计分器
显示器
译码器
主持人
计时器
图2-1八路抢答器的系统结构示意图
如图所示电路包括主体电路和扩展电路两部分。
电路要完成以下功能：
（1）优先编码电路判断抢答着的编号，并由锁存器进行锁存，然后通过译码显示电路在数码管上显示抢答着的编号；
（2）扬声器发出短暂声响；
（3）控制电路对其余输入编码进行封锁，禁止其他选手进行抢答；
（4）通过编码译码电路显示各个参赛队的比赛分数。
（5）具有复位功能，主持人可以根据需要，随时对状态清零，进入下一个抢答环节。
2.3系统原理图及工作原理
2.3.1八路抢答器抢答模块系统原理设计
图2-2八路抢答器抢答模块原理设计图
工作原理：
接通电源后，主持人按下开关，选手开始抢答，CD4511优先编码锁存参赛队的编号，数码管显示选手编号，该电路抢答按钮由多个开关构成，每一选手与一开关对应，当按下某一开关时，触发锁存电路被触发，在输出端产生相应的输出电平信息，同时为了防止随后其他开关触发而产生混乱，让最先产生的输出电平返回将触发锁存器的电路锁定。
这里应用了CD4511，CD4511是用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，特点：
具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。
可直接驱动LED显示器。
引脚排列如图2-3所示。
其中a b c d 为 BCD 码输入，a为最低位。
LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。
BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。
另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9（1001）时，显示字形也自行消隐。
LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。
a～g是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。
另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观。
Vccfgabcde
9
11
10
12
13
14
15
16
CD4511
8
7
6
5
4
3
2
1
A1A2LTBILEA3A4GND
图2-3 CD4511引脚图
BI：
4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。
LT：
3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。
它主要用来检测数码管是否损坏。
LE：
锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。
LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。
A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。
a、b、c、d、e、f、g：
为译码输出端，输出为高电平1有效。
输出端（Ya－Yg）为高电平有效，可驱动灯缓冲器或共阴极VLED。
当要求输出 0－15 时，消隐输入（BI）应为高电平或开路，对于输出为0 时还要求脉冲消隐输入（RBI）为高电平或者开路。
当BI为低电平时，不管其它输入端状态如何，Ya－Yg均为低电平。
当RBI和地址端（A0－A3）均为低电平，并且灯测试输入端（LT）为高电平时， Ya －Yg为低电平，脉冲消隐输出（RBO）也变为低电平。
当BI为高电平或开路时，LT为低电平可使Ya－Yg均为高电平。
48 与248 的引出端排列、功能和电特性均相同，差别仅在显示6 和9,248 所显示的6 和9 比48 多出上杠和下杠。
引出端符号
A0－A3 译码地址输入端
BI/RBO消隐输入（低电平有效）/脉冲消隐输出（低电平有效）
LT灯测试输入端（低电平有效）
RBI脉冲消隐输入端（低电平有效）
Ya－Yg 段输出
当主持人控制开关处于“清零”位置时，RS触发器的R端为低电平，输出端（4Q～1Q）全部为低电平。
于是CD4511的BI=0，显示器灭灯；CD4511的选通输入端ST=0，CD4511处于工作状态，此时锁存电路不工作。
当主持人将开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，既抢答器处于等待工作状态，等待输入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0输入信号，当有选手将键按下时（如按下S5），CD4511的输出Y2Y1Y0=010，经RS锁存器后，CTR=1，BI=1，此时CD4511处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经CD4511译码后，显示器显示出“5”。
此外，CTR=1，使CD4511的ST端为高电平，CD4511处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。
当按下的键松开后，CD4511的高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号仍不会被接受。
这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。
当优先抢答者回答完问题后，主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。
2.3.2八路抢答器记分模块系统原理设计
计
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