多位抢答器实训.docx

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多位抢答器实训

八路智力竞赛抢答器的设计

摘要

随着科技的日新月异，促使人们开始学科学、学技术、学知识。

抢答器是一个机关学校开展智力竞赛活动必不可少的设备，广泛应用于学校、教育部门、企事业工会组织、俱乐部等单位组织举办各种知识、技术竞赛及文娱活动时作抢答使用。

八路数字抢答器电路包括抢答，编码，优先，锁存，数显，复位。

抢答器数字优先编码电路由D1-D12组成，实现数字的编码。

CD4511是一块含BCD-7段锁存/译码/驱动电路于一体的集成电路。

抢答器数码显示电路由数码管组成，输入的BCD码自动地由CD4511内部电路译码成十进制数在数码管上显示。

经过布线、焊接、调试等工作的八路数字智能抢答器成形，更具有实用性。

关键词：

CD4511，数码显示电路，数字编码电路

目录

1绪论..........................................................................................................................1

2抢答器系统的概述..................................................................................................1

2.1抢答器的系统功能简介....................................................................................1

2.2抢答器的工作原理简介....................................................................................2

2.3抢答器系统的需求分析...................................................................................2

2.4抢答器的工作流程及过程................................................................................2

3抢答器的单元电路设计过程..................................................................................3

3.1抢答器设计中的数字编码电路........................................................................3

3.2抢答器设计中的译码/优先/锁存路.................................................................5

3.3抢答器设计中的数码显示电路........................................................................9

4八路智力抢答器电路设计....................................................................................10

总结..........................................................................................................................11

致谢..........................................................................................................................12

参考文献....................................................................................................................13

1绪论

在这个竞争激烈的社会中，知识竞赛，评选优胜，选拔人才之类的活动愈加频繁。

在竞赛中，都是多个选手一起参加，如果采用举手回答问题的这个方式来进行竞赛已经不适应社会的需要。

并且在主持人提出的问题时候，如果让选手用举手等方法来进行抢答，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。

而在当今社会里，比赛要追求准确、公正、直观地判断出第一抢答者，这时候智能抢答器就派上用场了。

智能抢答器是一种应用十分广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它都能客观、迅速地判别出最先获得发言权的选手。

早期的抢答器只是由几个三极管、可控硅、发光管等器件组成的，能通过发光管的指示辩认出选手号码。

随着科技的发展，现在的抢答器向着数字化、智能化的方向发展，出现了智能抢答器。

现在大多数智能抢答器都由单片机或数字集成电路构成的，并且新增了许多功能，如选手号码显示，抢按前或抢按后的计时，选手得分显示等功能。

八路智能抢答器主要由数字优先编码电路、锁存/译码/驱动电路于一体的CD4511集成电路、数码显示电路和报警电路组成。

优先编码电路、CD4511集成电路将参赛队的输入信号在数码显示管上输出，用报警电路对时间进行严格控制，这样就构成了八路智能抢答器电路。

八路智能抢答器是采用了CD4511集成芯片来实现功能要求的，在抢答过程中，每个选手都有一个抢答按钮。

在主持人按下复位键宣布抢答开始的时候，选手就开始进行抢答，在指定时间内选手进行抢答，数码显示屏上会显示最先抢答选手的编号。

。

主持人可按复位键，新一轮抢答开始。

通过研究后发现，采用数字电路技术设计的抢答器与目前常用的抢答器相比优点还是有很多的。

首先，设计电路连接简单，因为采用了CD4511集成芯片进行设计的，大多数功能单元都能通过数字电路完成，第二，工作性能可靠，抗干扰能力优于目前抢答器。

所以本研究是一个实用的工程设计，具有创新性和实用性。

2抢答器的系统概述

2.1抢答器的系统功能简介

八路智能抢答器的主要功能有如下三点：

1.可同时供8名选手参加比赛，其相应的编码分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应。

2.给主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（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，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号。

2.2抢答器的工作原理简介

如图1所示为抢答器的结构框图。

电路完成了基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。

其工作原理为：

接通电源后，当主持人按下复位键，宣布"开始"抢答器工作。

选手即可开始抢答，当选手按下抢答键后，抢答器完成：

编码、优先锁存、译码、数码显示。

当一轮抢答之后，只有主持人按下复位键，才能进行下一轮抢答，否则抢答无效。

图1抢答器结构框图

2.3抢答器系统的需求分析

1、在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效。

2、可以显示是哪位选手有效抢答，正确按键后显示器显示选手号码。

3、按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。

4、只有主持人按下复位键，下一轮抢答才能开始进行。

2.4抢答器的工作流程及过程

抢答器的基本工作原理:

在上电之后，系统开始运行，在抢答过程中，会有多个信号同时或不同时送入主电路中，抢答器内部电路和CD4511集成芯片会开始工作，并识别、记录第一个号码。

在整个抢答器工作过程中，编码电路、优先\锁存\译码电路、显示电路都会运行。

抢答器的工作流程分为正常抢答流程、主持人复位等几部分，如图2所示。

图2抢答器的工作流程

工作过程如下：

1、开始上电之后，主持人按复位键，抢答开始。

如有选手按下抢答键，数码显示电路上会显示成功抢答的选手的编号。

2、当有选手抢答成功之后，系统就进行了优先锁存，其他抢答选手抢答无效。

3、如果主持人未按下复位键，而有人按了抢答按键，此次抢答无效，只有当主持人按下了复位键，选手才能进行顺利抢答。

3抢答器的单元电路设计过程

3.1抢答器设计中的数字编码电路

参考电路如图3所示，S1—S8组成1—8路抢答器，D1—D12组成数字编码器。

该电路完成的功能是：

通过编码二极管编成BCD码，将高电平加到CD4511所对应的输入端。

从CD4511的引脚可以看出，引脚6，2，1，7分别为BCD码的D、C、B、A位（D这高位，A为低位，即D、C、B、A分别代表BCD码8、4、2、1位）。

图3数字编码系统电路

工作过程：

当电路上电，主持人按下复位键，选手就可以开始抢答。

当选手1按下S1抢答键，高电平通过编码二极管D1加到CD4511集成芯片的7脚（A位），7脚为高电平，1、2、6脚保持低电平，此时CD4511输入BCD码为“0001”；当选手2按下S2抢答键，高电平通过编码二极管D2加到CD4511集成芯片的1脚（B位），1脚为高电平，2、6、7脚保持低电平，此时CD4511输入BCD码为“0010”；当选手3按下S3抢答键，高电平通过编码二极管D3、D4加到CD4511集成芯片的1、7脚（B、A位），1、7脚为高电平，2、6脚保持低电平，此时CD4511输入BCD码为“0011”；当选手4按下S4抢答键，高电平通过编码二极管D5加到CD4511集成芯片的2脚（C位），2脚为高电平，1、6、7脚保持低电平，此时CD4511输入BCD码为“0100”；当选手5按下S5抢答键，高电平通过编码二极管D6、D7加到CD4511集成芯片的2、7脚（C、A位），2、7脚为高电平，1、6脚保持低电平，此时CD4511输入BCD码为“0101”；当选手6按下S6抢答键，高电平通过编码二极管D8、D9加到CD4511集成芯片的1、2脚（B、C位），1、2脚为高电平，6、7脚保持低电平，此时CD4511输入BCD码为“0110”；当选手7按下S7抢答键，高电平通过编码二极管D10、D11、D12加到CD4511集成芯片的1、2、7脚（B、C、A位），1、2、7脚为高电平，6脚保持低电平，此时CD4511输入BCD码为“0111”；当选手8按下S8抢答键，高电平加到CD4511集成芯片的6脚（D位），6脚为高电平，1、2、7脚保持低电平，此时CD4511输入BCD码为“1000”。

输入的BCD码就是键的号码，并自动地由CD4511内部电路译码成十进制数在数码管上显示。

表1数字编码电路功能真值表

输入

输出

S1S2S3S4S5S6S7S8

DCBA

10000000

01000000

00100000

00010000

00001000

00000100

00000010

00000001

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1000

3.2抢答器设计中的译码/优先/锁存电路

CD4511是一个用于驱动共阴极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。

CD4511是一片CMOSBCD—锁存/7段译码/驱动器，引脚排列如图3-2-1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。

（1）CD4511的引脚图

图4CD4511的引脚图

CD4511引脚如图4所示。

各引脚的名称：

其中1、2、6、7分别表示BCD码的A、B、C、D位；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示a、b、c、d、e、f、g；上边的引脚表示输入，下边的引脚表示输出；还有两个引脚8、16分别表示的是GND、Vcc。

其功能介绍如下：

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ABCD状态如何，七段均发亮，显示“8”。

如果该端为低电平，则译码器输出全为高电平，该端拥有最高级别权限，只要它为0，既有上述现象，而与其余所有输入端状态无关。

这一功能主要用于测试目的，因此正常使用中应接高电平。

LE：

5脚是锁定控制端。

当BI、LT为1时，若该端为高电平，则加在A、B、C、D端的外部编码信息不能进入译码，所以译码器的输出状态保持不变；当LE=0时，则A、B、C、D端的BCD码一经改变，译码器就立即输出新的译码值。

A、B、C、D：

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。

（2）译码驱动功能

编码器实现了对开关信号的编码，并以BCD码的形式输出，为了将输出的BCD码能够显示出来，需要用译码显示电路，选择常用的七段译码显示驱动器CD4511作为译码电路。

CD4511真值表如表2所示。

CD4511译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数据B、C进行组合，得出四项，然后将输入的数据A、D一起用或非门译码。

表2CD4511真值表

（3）锁存优先功能

由于抢答器都是多路即须满足多位抢答者抢答要求，这就有一个先后判定的锁存优先电路，确保第一个抢答信号锁存住。

同时数码显示并拒绝后面抢答信号的干扰。

CD4511内部电路与Q1，R7，R8，D13，D14组成的控制电路（见

图5）可完成这一功能。

图5锁存优先功能电路图

当抢答键都未按下时，因为CD4511的BCD码输入端都有接地电阻（10K），所以BCD码的输入端为“0000”，则CD4511的输出端a、b、c、d、e、f均为高电平，g为低电平。

通过对0-9这10个数字的分析（见图5锁存优先功能电路图）可以看到，只当数字为0时，才出现d为高电平，而g为低度电平，这时Q1导通，D13、D14的阳极均为低电平，使CD4511的第5脚（即LE端）为低电平“0”，这种状态下，CD4511没有锁存而允许BCD码输入。

在抢答准备阶段，主持人会按复位键，数显为“0”态，正是这种情况下，抢答开始，当S1-S8任一键按下时，CD4511的输出端d为低电平或输出端g为高电平，这两种状态必有一个存在或都存在，迫使CD4511的第5脚（即LE端）由0到1，反映抢答键信号的BCD码允许输入，并使CD4511的a、b、c、d、e、f、g七个输出锁存保持在LE为0时输入的BCD码的显示状态。

例如S1按下，数码管应显示1，此时仅e、f为高电平，而d为低电平，此时三极管Q1的基极亦为低电平，集电极为高电平，经D13加至CD4511第5脚（即LE端），即LE由0-1状态，则在LE为“0”时输入给CD4511的第一个BCD码数据被判定优先而锁存，所以数码管显示对应S1送来的信号是1，S1之后的任一按键信号都不显示。

为了进行下一题的抢答，主持人需要按下复位键S9，清除锁存器内的数值，数显先是熄灭一下，再复显“0”状态，此后若S5键第一个按下，这时应立即显“5”，与此同时CD4511的输出端14脚g为高电平，10脚d为低电平，12脚b为低电平，Q1截止，并通过D14使CD4511的第4脚为高电平，此时LE呈0—1状态，于是电路判定优先锁存，后边输入的其它按键信号被封住，可见电路“优先锁存”后，任何抢答键均失去作用。

3.3抢答器设计中的数码显示电路

共阴式LED数码管的原理图（图6数码显示管原理图），使用时，共阴极接地，7个阳极a~g由相应的BCD七段译码器来驱动。

数码管接0.5寸共阴数码管。

图6数码显示管原理图

图7数码显示管的结构图

图8共阴极数码管显示字段码

4八路智力抢答器电路设计

通过对电路的一些功能需求分析，我们运用了Protel99SE软件对电路图进行了设计，将抢答器工作原理电路图设计出来，如图9所示。

图9抢答器工作原理电路图

总结

本次课程设计详细介绍了八路智能抢答器的设计方案和功能。

这种八路智能抢答器主要是基于CD4511集成芯片，成本较低，且基本能够使用于学校和一些企业的活动中。

本次设计主要讲述了智能抢答器的工作原理和工作过程。

在说明工作原理的过程中，突出了抢答器设计中的基本电路的组成单元以及这些单元如何实现抢答功能；结合本设计的内容，指出了各单元电路的设计方法和意义，以及如何进行抢答控制。

在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。

电路设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力。

它才是一个设计的灵魂所在。

因此在整个设计过程中大部分时间是用在单元电路的理解和设计上面。

很多单元电路是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个单元电路才是关键的问题所在。

经过这段时间的努力，在老师和同学的帮助下做完了课程设计的工作。

通过这次的课程设计，我能运用已学的知识解决我在设计中遇到的问题，使我思考问题的能力得到了很大的提高。

在做设计的过程中我查阅了很多的资料，并认真的阅读这些与我的设计相关的资料，从而我的专业涵养得到了提高，知识的储备量也有所增加。

在做课程设计时，我复习了很多专业课的知识，这使得我的专业知识得到了巩固。

通过这次课程设计，我也发现自己的很多不足之处。

在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的很不牢固，所掌握的电路应用软件还不够多，我希望自己的这些不足之处能在今后的学习中得到改善。

而且，通过这次设计，我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，这将为以后的学习做出了最好的榜样！

我将会在以后的学习和生活中不断提升自己。

致谢

首先，在本课题的设计过程中，我的指导老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在设计过程中，老师给我提供了很多资料和专业知识的指导，在此我表示衷心感谢。

除此之外，在课程设计进行当中，我还要感谢我们班的同学，在我没有思路进行下去的时候，他们帮助我分析电路功能和电路结构，让我找到了切入点，在此深表感谢。

我还要感谢我的组员们，他们在我需要帮助的时候无私的伸出了援助之手。

在此，对于他们对我的信任和支持表示深深的感谢。

如果没有他们的帮助我就不可能顺利的按时完成课程设计。

最后，在这课程设计结束之际，我还要感谢默默奉献的科技教育技术人员，他们为我们提供了很好的学习平台。

在他们这些“伟人”的肩膀上我们可以看的更远，进步更快，学的更精。

参考文献

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