电子课程设计多功能八路抢答器.doc

《电子课程设计多功能八路抢答器.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子课程设计多功能八路抢答器.doc（13页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、摘要 工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛, 抢答器是必要设备。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课设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。本设计的中的数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。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，同时蜂鸣器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，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

2、。关键字:主体电路；扩展电路；锁存；显示；清零；目录摘要21.引言32.设计任务要求43.原理框图54.设计电路的工作原理5(1)抢答电路工作原理5（2）声响电路的工作原理65主要元器件介绍（分析、设计中选件的理论基础） （1）CD45117（2）数码管引图9（3）555106.心得体会117.电路板的调试118.附录12（1）电路仿真图12（2）元器件清单13（3）参考文献131.引言 在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，这在某种程度上会可能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，我就本次课设的机会制作一个低成本但又

3、能满足需要的八路数显抢答器。抢答器在比赛等场合中不可缺少的设备。本文先介绍设计任务，利用功能不同的数字电路芯片的组合来实现多路抢答器的功能。介绍多路抢答器的原理和设计过程，最后介绍数字电路芯片的功能。智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，而抢答就是智力竞赛中非常常见的一种答题方式。抢答能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短的时间内，使人们迅速增加一些科学知识和生活常识。但是，在这类比赛中，对于谁先谁后抢答，在何时抢答，如何计算答题时间等等问题，若是仅凭主持人的主观判断，就很容易出现误判。所以，我们就需要一种具备自动锁存，置位，清零等功能智能抢答器来解决这些问题。 2.设计任务要求 功能要求：设

4、计一个智力竞赛抢答器，可同时共8名选手参加比赛，并具有定时抢答功能。具体功能要求如下 基本功能： （1） 设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的选号分别是1、2、3、4、5、6、7、8，各用一个抢答按钮，（2） 给节目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）和抢答器的开始。 （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，同时蜂鸣器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，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。 扩展功能 :当有比赛人先按下抢

5、答键，就有声响提示。3.原理框图锁存电路译码显示电路输入电路控制电路 音响提示电路图(1)八路抢答器的原理框图4.设计电路的工作原理(1)抢答电路工作原理 SB1-SB8组成1-8路抢答键，D1-D12组成数字编码器，任一抢答键按下，都必须通过编码二极管编成BCD码，将高电平加到4511所对应的输入端。从CD4511的引脚图可看出，引脚6，2，1，7分别为BCD码的D、C、B、A位（D为高位，A为低位，即D、C、B、A分别代表BCD码的8、4、2、1位）。设SB8键按下，则高电平仅通过1只二极管加到CD4511的6脚，而2，1，7脚保持低电平，此时CD4511输入的BCD码为1000. 由于抢

6、答器都是多路即满足多位参赛者的抢答要求，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管显示并拒绝后面抢答信号的干扰。CD4511内部电路与VT，VD13，VD14，R7，R8组成的控制电路可完成这一功能，当抢答键都未按下时，因为CD4511的BCD码输入端都有接地的电阻（10），所以此时码输入为，则输出端，均为高电平，为低电平。通过对这个数的分析可以看到，只当数字为“”时，才出现为高电平而个为低电平，这时导通，的阳极均为低电平，使的第脚，即端为低电平“”，在这种状态下没有锁存而允许码输入。在抢答准备阶段，主持人会按复位键，数显为“”，正是这种情况下，抢答开始任一键按下时，

7、输出端为低电平或输出为高电平，这两种状态必有一个存在或都存在，迫使的端（第脚），由“”“”反映抢答键信号的码允许输入，并使的，七个输入锁存保持在为“”时的输入的码之显示状态，例如键第一个按下，数码管应显示“”，此时仅，为高电平，而为低电平。此时三极管的基极亦为低电平，集电极为高电平，经加到第脚，即从状态。即为“”“”状态。则在为“”时输入的第一个码数据，被判定优先而锁存。所以数码管显示对应键送来的信号是，键之后的任一键信号都不显示。为了进行下一次的抢答，主持人须先按下复位键，清除锁存器内的数值，数显先是熄灭一下，再复“”显状态，此后，若键第一个按下，这时应立即显示“”，同时发出音响。与此同时的

8、输出端脚为高电平，此时呈“”“”状态，于是电路判定优先锁存，后边接蹲而来的其它按键信号被封住，可电路一旦“优先锁存”后，任何抢答键均失去作用。（2）声响电路的工作原理 如图（一）所示为抢答器的声响电路的电路图，4个二极管分别接到CD4511的1，2，6，7脚。当有按键按下时，CD4511的1，2，6，7，脚至少有一个脚为高电平，则由555多偕振荡器电路稍作改变的声响电路导通，发出声响 图（2） 抢答器声响电路的电路图5主要元器件介绍（分析、设计中选件的理论基础） （1）CD4511 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

9、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 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图 （一）所示。其中1，2，6，7脚 为 BCD 码输入，7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。ag是 7 段输出，可

10、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 图（3）CD4511 引 脚 图其功能介绍如下： 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 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8421

11、BCD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。CD4511的工作原理 （1） .CD4511的工作真值表如下表表（1） CD4511的真值表 输 入输 出 LEBILIDCBAabcdefg显示 XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐 011000011111100011000101100001011001011011012011001111110013011010001100114011010110110115011011000111116011011111100007011100011111118011100111100119011

12、10100000000消隐 01110110000000消隐 01111000000000消隐 01111010000000消隐 01111100000000消隐 0111111000000消隐 111XXXX锁 存 锁存 （2）锁存功能 译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。 当LE为“0”电平导通，TG2截止；当LE为“1”电平时，TG1截止，TG2导通，此时有锁存作用。如图3-3（3）译码 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。 （4）消隐

13、BI为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使B端输出为低电平，字形消隐。消隐控制电路如图3-4所示。 消隐输出J的电平为 J=（C+B）D+BI如不考虑消隐BI项，便得J=（B+C）D据上式，当输入BCD代码从1010-1111时，J端都为“1”电平，从而使显示器中的字形消隐。（2）数码管引图图（4）七段数码管的引脚图（3）555 图（5） 555的内部结构 555：1是地线，2是触发，3是输出电平，4是复位，5是控制电压，6是阈值电压，7是放电，8是电源（VDD）。由555构成的多谐振荡器 图（6）由555构成的多谐振荡器 多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含

14、有丰富的高次谐波，故 称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之 间来回转换，故又称它为无稳态电路。由555定时器构成的多谐振荡器如图1所示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚） 和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发 端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，使 电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，

15、输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关 。充电时间常数T充=（R1R2）C。由于放电管VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间TPL的长短与电 容的放电时间有关，放电时间常数T放R2C0随着C的放电，uc下降，当uc下降到（1/3）Vcc时，输出uo。 为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容c充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电 路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，uc电压总是在（1/32/3

16、）Vcc 之间变化。将多谐振荡器稍改变下就变成了设计中所用的声响电路如图（2）所示6.心得体会 抢答器丰富了我们的生活，社会中本来就充满着竞争。只是没有很明显的表现出来，八路抢答器原理也只是几个芯片的合成体，看起来也没什么复杂性，当了解所有芯片的作用和功能的时候发现自己所学的知识并不是很好，理解掌握的不够。当实际做的时候发现自己有很多不足之处，排版、布线都不是很好，调试的时候电压得调好。理论和实际是有很大的区别的，有时候理论弄好了，可是自己也不一定能将自己的作品做好。 7.电路板的调试 依次按S1至S8键，每按完一次进行清零，数码管显示的数字并发出声响。开始的时候数码管显示的数字并不是选手号码

17、，出现乱码的情况，继续检查电路板，调试电路发现时编码时错误，修改后依次按S1至S8键，每按完一次键，数码管显示的数字即为选手的号码，并发出声响，主持人按复位键进行下一次的按键。8.附录（1）电路仿真图图（7）八路抢答器的仿真图（2）元器件清单表（2）八路抢答器的元器件清单名称 数量 复位开关 IN4148二极管 18 9013三极管 1 10kohm电阻 8 300ohm电阻 7 2.2kohm电阻 1 100khom电阻 1 0.1uF电容，0.01uF 各1个 100uF/16v电容 1 47uF/16v电容 1 CD4511芯片 1 555芯片 1 8dip,16dip底座 各1个 七段数码管 1 蜂鸣器 1（3）参考文献【1】电工电子实践指导 江西科学技术出版社 第二版 王港元2005年 第239面 【2】电子实践指导第一版 王建模等