四人抢答器

四人抢答器四人抢答器摘要：在计算机支持的信息技术时代，电子技术日益数字化，数字电路以其的基本单元简单化，应用单元标准化、模块化、通用化的特点，长驱直入地深入到电力、通讯、计算机、家电、机械等行业的应用。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；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。关键词：抢答电路；定时电路；报警电路；时序控制四人抢答器目录第一章设计任务与要求........................................3第二章设计方案与总体设计....................................3第三章单元电路设计..........................................4第一节开关、译码电路....................................4第二节控制电路.........................................5第三节蜂呜器发声电路....................................8第四章电路仿真.............................................11参考文献.....................................................11致谢........................................错误!未定义书签。附录........................................................11四人抢答器第一章设计任务与要求现今，形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学校、企事业单位及社会团体组织中，它为各种知识竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。在知识竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，单靠人的视觉是很难判断出哪组优先答题。因此，设计一个四人抢答器：1.可同时供四名选手或四个组队参加比赛，各对应一个抢答按钮。2.设置一个控制开关，用于控制抢答的开始和系统的复位。3.抢答器具有数据锁存功能，抢答开始后，若有选手抢答，组别立即锁存，数码显示器显示该选手编号，并保持到主持人将系统复位为止。4.当主持人按清零按钮之后，系统恢复为原始状态。5.参赛选手在主持人按下抢答器开始按键后，开始第二轮抢答。通过设计，对数字电路设计中的逻辑关系、分压关系、拉电流控制等有一定得认识。同时对软件的灵活应用有更好的掌握。第二章设计方案与总体设计方案一：PLC可以实现四人抢答器的设计，而且容易操作，稳定性高，编程简单，我们学习过了PLC方面的知识，不过在该毕业设计中使用PLC费用会很高，故不采用。方案二:数字电路抢答器。数字电路抢答器针对性强,并且还可以兼顾实用性,可靠性以及经济成本的合理性。可以发挥个人的设计思路,检查我们所学知识的掌握能力,锻炼我们的动手能力。方案三：用单片机也能实现四人抢答器的设计，但是单片机对于我们这些只了解一点单片机编程知识的学生来说，单片机的编程有很大的难度，所以我们不采用，综上分析,我们采用方案二来完成这次的毕业课题设计任务。一.本设计主要由CM0S系列数字集成电路CD4511、CD4001、NE555等组成。二.其工作原理为：1.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；2.将开关置于“开始”状态，抢答器开始工作。3.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。4.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。四人抢答器三．抢答器的总体设计由优先编码器,显示译码器,报警电路等组成。用七段数码管显示抢答者的组别号码,并有短暂的声音指示已有人抢答,有人抢答后能自动闭锁其他各电路输入,使其他组再按开关时失去作用。如图2.1图所示。图2.1第三章单元电路设计第一节开关、译码电路一．开关电路电路中（如图3.1.1），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四人抢答器平,其它输出线为低电平,输出既为这个开关的8421码（BCD码）。图3.1.1二．译码电路这部分电路要求将译码电路送入8421码,译为十进制数（对应各个抢答者的编号）并驱动七段数码显示管显示出答题者的编号。显示译码器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，特点如下：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。1.CD4511引脚图（如图3.1.2）图3.1.2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。四人抢答器LE：5脚是锁定控制端，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。2.七段数码显示管（如图3.1.3）：图3.1.37段数码管是由7个独立的二极管采用共阴或共阳的方法连接而成。通常将这7个独立的二极管做成a、b、c、d、e、f、g这7个笔划。通过一个7位的二进制电平信号就可以显示出想要的结果。例如，点亮二极管b、c，数码管将会显示数字1，点亮a、b、c、d、e、f、g，数码管将会显示数字0。所以，数码管的显示需要有7根连线。每个数字对应的二进制码如表3.1所示。显示数字abcdefg01111110101100002110110131111001401100115101101160011111四人抢答器711100008111111190001101表3.1本电路是采用共阴极LED数码管，输入高电平有效，其公共端接地。3．译码显示电路CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管段端接上限流电阻就可工作。译码显示电路图（图3.1.4）：图3.1.4第二节控制电路一．控制电路的作用完成三个任务：1.分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；2.使其它选手按键操作无效；3.防止提前按键。二.控制电路图（如图3.2.1）：四人抢答器图3.2.1其工作过程如下：1.未按下“开始”按钮前，CD4511不工作，可防止抢答者提前按键。2.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；3.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。4.当抢答完成后，按下“清除”按钮强行使U1B输出置零，CD4511锁存解除，开始新一轮抢答。第三节蜂呜器发声电路一．蜂呜器发声电路（如图3.3.1）主要负责：1.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。2.用集成555定时器组成多谐振荡器。3.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。二．555定时器组成多谐振荡器n555定时器是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。555定时器的作用是用内部的定时器来构成四人抢答器时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。555定时器的内部电路框图如图3.3.1所示。其引脚功能：Vi1（TH）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。Vi2（TR）：低电平触发端，简称低触发端，标志为TR。VCO：控制电压端。VO：输出端。Dis：放电端。Rd：复位端。图3.3.1555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络，产生31VCC和32VCC两个基准电压；两个电压比较器C1、C2；一个由与非门G1、G2组成的基本RS触发器（低电平触发）；放电三极管T和输出反相缓冲器G3。Rd是复位端，低电平有效。复位后,基本RS触发器的Q端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。分析图3.3.1的电路：在555定时器的VCC端和地之间加上电压，并让VCO悬空，则比较器C1的同相输入端接参考电压32VCC，比较器C2反相输入端接参考电压31VCC，为了学习方便，我们规定：当TH端的电压32VCC时，写为VTH=1，当TH端的电压32VCC时，写为VTH=0。当TR端的电压31VCC时，写为VTR=1，当TR端的电压31VCC时，写为VTR=0。（1）低触发：当输入电压Vi231VCC且Vi132VCC时，VTR=0，VTH=0，比较器C2输四人抢答器出为低电平，C1输出为高电平，基本RS触发器的输入端S=0、R=1，使Q＝1，Q＝0，经输出反相缓冲器后，VO＝1，T截止。这时称555定时器“低触发”；（2）保持：若Vi231VCC且Vi132VCC，则VTR=1，VTH=0，S=R=1，基本RS触发器保持，VO和T状态不变，这时称555定时器“保持”。（3）高触发：若Vi132VCC，则VTH=1，比较器C1输出为低电平，无论C2输出何种电平，基本RS触发器因R=0，使Q＝1，经输出反相缓冲器后，VO＝0；T导通。这时称555定时器“高触发”。三．蜂呜器发声电路图3.3.2中当电源经R14、R15对C1充电到Vc≥2/3Vcc时，OUT脚输出由高变低，放电管（7脚内的VT）导通，电容C1经R2和IC1-7脚内导通的VT进行放电，当Vc≤1/3时，OUT脚输出由低变高，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。蜂呜器发声电路图：图3.3.2四人抢答器第四章电路仿真参考文献[1]康光华.电子技术基础数字部分.高等教育出版社.2003年3月[2]康光华.电子技术基础模拟部分.高等教育出版社.2003年4月[3]刘建成.电子线路试验教程.北京气象出版社.2004年1月[4]蔡杏山.零起步轻松学数字电路.人民邮电出版社.2006年6月[5]王彩君/杨睿.数字电路实验.国防工业出版社.2006年7月[6]王建新/姜萍.电子线路实践教程.科学出版社.2003年9月[7]顾德仁/万栋义.脉冲与数字电路.高等教育出版社.1985年7月[8]刘建成.电子线路试验教程.北京气象出版社.2004年1月[9]韩克.电子技能与EDA技术.广州暨南大学出版社.2004年4月四人抢答器主要的元器件如下：感想：课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。