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电子设计基础

4人智力竞赛抢答器设计

（2010-05-1018:

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4人智力竞赛抢答器设计作者：

int_64

课题 4人智力竞赛抢答器

一、设计内容及要求

设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器，具体要求如下：

1、4名选手编号为；1，2，3，4。

各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。

2、给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（编号显示、数码管熄灭）和抢答的开始。

3、抢答器具有数据锁存和显示的功能。

抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在编号显示器上显示该编号，扬声器给出音响提示，同时封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。

优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

4、抢答器具有定时（9秒）抢答的功能。

当主持人按下开始按钮后，要求定时器开始倒计时，并用定时显示器显示倒计时时间，同时扬声器发出音响，音响持续0.5秒。

参赛选手在设定时间（9秒）内抢答有效，此时扬声器发出0.5秒音响，同时定时器停止倒计时，显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。

5、如果定时抢答时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。

系统扬声器报警（音响持续0.5秒），并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。

二、系统原理框图

三、工作原理

电路由脉冲产生电路，锁存电路，编码及译码显示电路，倒计时电路和音响产生电路组成。

当有选手抢答时，首先锁存，阻止其他选手抢答，然后编码，再经4线7段译码器将数字显示在显示器上，同时产生相应的音响效果。

  主持人按开始键时，倒计时电路启动由9计到0，如有选手抢答，倒计时停止。

四、单元电路设计参数计算及元器件选择

1. 编码电路

   编码器的作用是把锁存器的输出转化成8421BCD码，送给7段显示译码器。

其真值表为：

2. 锁存器电路

   该电路的作用是捕捉按键按下的阶跃信号并锁存。

电路如下图所示：

3.倒计时显示电路

   该电路使用十进制计数器74LS190，主持人宣布开始时，按下按钮，同时使计数器置数为“9”，在脉冲作用下开始倒计时并在显示器上显示，直到零时停止。

电路图如下所示：

4. 倒计时显示电路

   遇“0”自停计数控制电路。

五、总电路图

 几点说明：

封锁锁存器时钟脉冲的条件：

当有人抢答即74LS175有输出；计数器计到零时。

音响电路发出声响的条件：

主持人按下开关宣布竞赛开始、有选手抢答和计数器计到“0”时。

实现该电路的方案有多种，如使用不同的门电路和触发器、使用PLD、使用MCU等均可实现。

四路抢答器设计报告

测控052李艳芳梁伟

一、设计内容和要求

本课题要求设计一台可供4名选手参加比赛的抢答器。

1）4名选手编号为1、2、3、4,各有一个抢答按钮,按钮的编号与选手的编号对应,也分别为1、2、3、4。

2）主持人设置一个控制按钮,用来控制系统清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。

3）抢答器具有数据锁存和显示的功能。

抢答开始后,若有选手按动抢答按钮,该选手编号立即锁存,并在对应的发光二极管上显示,蜂鸣器提示,同时封锁输入编码电路,禁止其他选手抢答。

优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

4）带有降压稳压模块,可使用220V交流电源。

二、所选用的仪器清单

1）电源供电部分：

①电源线—1根

②220V/7.5V变压器—1个

③二极管4007—4个（桥式整流）

④电容50V47μF—1个

⑤104电容—1个（配合7805使用）

⑥7805稳压芯片—1片

2）抢答电路部分：

①74ls74芯片—2片

②74ls30芯片—1片

③74ls00芯片—1片

④红色发光二极管—4个

⑤4.7KΩ电阻—5个

⑥200Ω电阻—4个

⑦按键—5个

三、电路工作原理

电路由与门选择电路、锁存电路、触发电路、发光二极管显示电路、电源电路、复位电路等组成。

①复位按键按下后产生低电平,使抢答器复位,所有的发光二极管灯熄灭。

②抢答按键按下后产生低电平,送给与门电路。

③与门电路当抢答信号传来,通过与逻辑产生一个低电平信号,并送给锁存电路。

④锁存电路锁存与门电路送来的第一个低电平,并在输出端产生一个上升沿。

⑤触发电路锁存电路的上升沿来到时（且只在上升沿来到时）,把d输入端的信号传递到q输出端。

⑥显示电路根据q输出端的结果显示（低电平有效）。

无人抢答时,输出为零。

当有选手抢答时,按下抢答按键,产生低电平信号,该信号经与门电路后送锁存电路锁存,同时由锁存电路产生一个触发信号把选手的抢答信息送给触发电路,同时阻止其他选手抢答,并显示抢答结果（抢答选手对应的发光二极管的灯亮）。

直到主持人复位抢答器方可重新抢答。

四、设计电路图并仿真

五、实验结果

（a）2号抢答    

（b）4号抢答

四人抢答器

一、设计任务与要求

1、本课题要求设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。

2、4名选手编号为1、2、3、4各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1、2、3、4。

3、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。

4、抢答器具有数据锁存和显示的功能。

抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，改选手编号立即锁存，并在编号显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示，同时封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。

优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

二、电路原理分析与方案设计

本设计主要由COMS系列数字集成电路CD4511、NE555等组成。

其工作原理为：

接通电源后，将开关拨到”清除”状态，抢答器处于禁止状态,编号显示器不亮；将开关置于“开始”状态，抢答器开始工作。

在抢答时，抢答器完成：

优先判断、编号锁存、编号显示、蜂呜发音。

当一轮抢答之后，如果再次抢答必须再次操作“清除”和“开始”状态开关抢答器才能工作。

三、单元电路分析与设计

1、开关编码电路

电路中，R1、R2、R3、R4、用于分压，当任一开关按下时，相应的输出为高电平，否则为低电平。

电路直接把每个开关对应的BCD8421码中为“1”的隔着二极管连到对应的线上（只有一个为高电平的可省略二极管）,其中二极管的作用是防止短路。

当某个开关按下时,与它相连的输出线将为高电平,其它输出线为低电平,输出既为这个开关的8421码（BCD码）。

2、显示电路

这部分电路要求将编码电路送入8421码,译为十进制数（对应各个抢答者的编码）並驱动七段数码显示管显示出答题者的编号。

CD4511是一块BCD-十进制译码/驱动器，並带有锁存端口。

其引脚排列图如图所示：

显示电路图如下所示：

3、控制电路

这部分电路的作用完成三个任务：

一是分辨出选手按键的先后，並锁存优先抢答者的编号，同時译码显示电路显示编号；二是使其他选手按键操作无效；三是防止提前按键。

按下未按下“开始”按钮前，CD4511BLANKING引脚为低电平，CD4511不工作，可防止抢答者提前按键。

当“开始”按下后，当所有抢答者开关均未按下时，锁存器输出全为低电平，该信号作为锁存器使能端LD的控制信号，使锁存器处于等待接收触发输入状态；当任一开关按下时，输出信号中必有一路为高电平，经逻辑或运算后U1A输出为高电平。

一但有高电平输入，不管另一输入端状态如何，输出保持高电平不变，这个电平控制CD4511锁存端使其他按键操作无效。

当抢答完成后，按下“清除”按钮強行使U1B输出置零，CD4511锁存解除，开始新一轮抢答。

控制电路图如：

4、蜂鸣器发声电路

该电路主要负责当有抢答信号输入时，SP发出声音以提醒其它人已经有人先抢答了。

用集成555定时器组成多谐振荡器。

当电路刚接通时，由于电容C1上的电压不会突变，故IC1-2脚为低电平（0V），导致3脚输出高电平。

当电源经R1、R2对C1充电到Vc≥2/3Vcc时，OUT脚输出由高变低，放电管（7脚內的VT23）导通，电容C1经R2和IC1-7脚內导通的VT23进行放电，当Vc≤1/3時，OUT脚输出有低变高，电容器C1再次充电。

上述过程周而复始，从而就形成了振荡，产生的脉冲信号从OUT脚供使用。

电路图如下：

四、总原理图元器件清单

1、总原理图

2、PCB原理图

3、三维视图

4、元器件清单

轻触开关：

5个，电阻20K：

6个，电阻330Ω：

8个，电阻12K：

1个，电阻51K：

1个，电阻20Ω：

1个，滑动变阻器50K：

1个，电容1uF：

1个，电容0.1uF：

1个，二极管：

6个，NPN型三极管：

1个，蜂鸣器：

1个，NE555：

1片，CD4511：

1片，74LS02：

1片，七段数码显示管：

1个。

五、电路仿真调试

在完成电路的初步设计后，再对电路进行仿真调试，目的是为了观察和测试电路的性能指标并调整部分元器件的参数，从而达到各项指标的要求。

1、PCB图设计与生成　

（1）由仿真电路直接生成网络表。

（2）调用Protel99sePCB，并进行元器件合理布局。

（3）调用网络表，并自动布线；自动布线好了以后还要进行人工调整以达到最佳效果。

（4）PCB图的打印输出。

（5）热转印.制作电路板。

2、电路焊接与装配，元器件老化与抽样检测；元器件预处理；基于PCB板的元器件焊接与电路装配。

3、实际电路测试与改进　选择测量仪表与仪器，对电路进行实际测量与调试，调整电路参数，并解决存在的问题或电路故障等。

六、心得体会

通过这次数字电路课程设计我学到了很多关于数电力量方面和实践方面的知识，受益匪浅，更重要的是锻炼了自己的动手能力。

通过短暂几天的学习，让我体会到想要创造一个实用的电子设备要经过很长时间的设计与改造，因为实际与理论有很大的区别。

在我们学习的过程中不仅考验了我们对知识的吸收和掌握，而且也考验了我们的细心和耐心。

这次课程设计更多的是让我看清楚了自己，明白了凡事都需要耐心，实践是检验真理的唯一标准。

理论知识的不足在这次实习中表现的很明显。

这将有助于我今后的学习，端正自己的学习态度，从而更加努力的学习，同时我认为我们的工作是一个团队的工作，必须发扬团结协作的精神。

最后在老师指导下和同学的配合下顺利的完成了数字电子技术课程设计。

七、参考文献

[1]余孟尝.数字电子技术基础简明教程（第二版）.高等教育出版社

[2]余道衡，徐承和.电子电路手册.北京大学出版社.

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