人智力競賽搶答器的設(shè)計

1、2008級數(shù)字與模擬電 子電路課程設(shè)計數(shù)字與模擬電子線路課程設(shè)計報告書課題名稱 8人智力競賽搶答器的設(shè)計姓 名彭先覺學(xué) 號 *09院、系、部物理與電信工程系專 業(yè)通信工程指導(dǎo)教師崔憲普2010年1月7號 一、設(shè)計任務(wù)及要求：設(shè)計任務(wù)：設(shè)計一個具有鎖存與顯示功能的8人防作弊邏輯搶答電路。要 求： 1. 搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕1 8表示。每個參賽者控制一個按鈕，用按動按鈕發(fā)出搶答信號。2. 設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)So，該開關(guān)由主持人控制。3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。競賽開始后，先由主持人將“開始/清零”按鍵按下，然后先按動按鈕的參賽者將被顯示器顯示出來，此

2、后其他三人參賽者再按動按鈕對電路不起作用。優(yōu)先搶答的參賽者編號將一直被顯示直至主持人將系統(tǒng)清零。另外，在主持人按下“開始/清零”鍵時，計時器開始計時，時間為三十秒，在規(guī)定的時間內(nèi)，仍無人作答，系統(tǒng)將發(fā)出蜂鳴聲示警，搶答結(jié)束。指導(dǎo)教師簽名： 2010年1月 7日 二、指導(dǎo)教師評語：指導(dǎo)教師簽名： 2009年12 月28日 三、成績 驗收蓋章 2010年1月 日 8人智力搶答器的設(shè)計1 設(shè)計目的（1）熟悉集成電路的引腳安排。（2）掌握CD4511芯片的邏輯功能及使用方法。（3）掌握計時器的制作與原理。（4）了解數(shù)字搶答器的組成及工作原理。（5）熟悉數(shù)字搶答器的設(shè)計與制作。2 設(shè)計思路（1） 設(shè)計主

3、體電路（即搶答器）（2） 設(shè)計支路（計時器） 3 設(shè)計過程 3.1設(shè)計方案搶答器總體方框圖如圖1所示： 圖1 搶答器總體方框圖 其工作原理為：當(dāng)搶答比賽開始時，主持人按下“開始/清零”開關(guān)，接通電源，搶答器開始工作，定時器倒計時，如選手在規(guī)定的時間內(nèi)搶答，則搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示等一系列動作，當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答。如在規(guī)定的時間內(nèi)仍無人搶答，則計時器不會停止工作，直至?xí)r間結(jié)束時蜂鳴器發(fā)出聲音報警宣告搶答結(jié)束，如果再次搶答必須由主持人再次執(zhí)行上述操作。3.2電路設(shè)計搶答器電路如圖2所示： 圖2 數(shù)字搶答器電路圖 該電路完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，

4、并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是在有選手作答后其他選手按鍵操作無效。 工作過程：當(dāng)搶答比賽開始時，主持人按下“開始/清零”按鈕，接通電源，搶答器開始工作，選手（編號J1J8）按鍵作答，率先按鍵搶答的選手，會在CD4511譯碼器的輸入端輸入對應(yīng)的的二進制編碼，如：J1（0001），J2（0010），J3（0011），J4（0100），J5（0101），J6（0110），J7（0111），J8（1000）。通過CD4511的譯碼，最后在數(shù)碼顯示管上顯示，與此同時，譯碼器的信號反饋回譯碼器，使譯碼器“鎖碼”從而維持數(shù)碼管顯示的數(shù)值不變，（只要譯碼器上有信號輸出，則其信號的或非門

5、必為“0” ，反饋信號從CD4511的LE輸入，控制譯碼器的鎖碼功能） 同時，計時器的電源控制是由電源與數(shù)碼管反饋信號的“與門”“非門”控制，實現(xiàn)搶答開始時，計時器工作。選手搶答，計時器停止工作的功能。CD4511的邏輯引腳圖與真值表如下： 圖4 CD4511的邏輯引腳圖 LT：做燈泡測試用，當(dāng)LT=0，則不論其它輸入狀態(tài)為何，其輸出abcdefg=，使七段顯示器全亮，即顯示8，以便觀測七段顯示器是否正常。當(dāng)LT=1，則正常解碼。BI：空白輸入控制，當(dāng)BI=0 (LT 為1 時) 則不論DCBA 之輸入為何，其輸出abcdefg皆為0，即七段顯示器完全不亮，此腳可供使用者控制設(shè)定初始值，避免在

6、無意義的數(shù)據(jù)輸入時顯示出來造成字型的系亂。 LE：數(shù)據(jù)鎖碼功能控制；在CD4511 中，不但具譯碼功能，更具有數(shù)據(jù)鎖碼的記憶功能。當(dāng)LE=1 時，則IC 中的暫存器會關(guān)閉，僅保存原來在LE=0 時的DCBA數(shù)據(jù)供譯碼器譯碼。換句話說當(dāng)LE=1 時，不論DCBA 的輸入數(shù)據(jù)為何，皆不影響其輸出，其輸出abcdefg 仍保留原來在LE 由0 轉(zhuǎn)為1 之前的數(shù)據(jù)。報警計時電路圖： 報警電路必須具備以下三項功能： 搶答開始時，主持人按下“開始/清零”開關(guān)，計時器開始計時，搶答電路進入正常工作狀態(tài)。 當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時，數(shù)碼顯示管顯示選手號碼，報警計時電路停止工作。 當(dāng)設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時，

7、揚聲器發(fā)聲，比賽結(jié)束。圖5的工作原理是：比賽開始時，主按下“開始/清零”按鈕，報警計時器電源接通，計時器開始工作，定時電路進行遞減計時。在規(guī)定時間內(nèi)如無人作答，則報警器被觸發(fā)，發(fā)聲警報，搶答結(jié)束。當(dāng)選手在規(guī)定時間內(nèi)按動搶答鍵時，搶答器的反饋信號使計時器停止工作。圖 5 報警電路電源轉(zhuǎn)換電路圖6下所示： 圖6 穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換電路圖如圖所示電路為輸出電壓+5V、輸出電流1.5A的穩(wěn)壓電源。它由電源變壓器，橋式整流電路D1D4，濾波電容C1、C2，和一只固定式三端穩(wěn)壓器(7805)極為簡捷方便地搭成的。220V交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路D1D4和濾波電容C1的整流和濾波，

8、在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形成一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會因為市電電壓的波動或負載的變化等原因而發(fā)生變化)。此直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓便能在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。4系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果（1）通過調(diào)節(jié)電阻設(shè)置定時時間（2）調(diào)試報警電路。（3） 定時搶答器的聯(lián)調(diào)，注意各部分電路之間的時序配合關(guān)系。然后檢查電路各部分的功能，使其滿足設(shè)計要求。（4）整個電路設(shè)計需要5V的直流電源，所以需要設(shè)計一個220V5V的轉(zhuǎn)換電路。5主要儀器與設(shè)備數(shù)字電路實驗箱 或 EDA 軟件Multisim10軟件CD4511BCD譯碼器芯片一塊，或非門 芯

9、片四快，與門芯片一塊，三端穩(wěn)壓器(7805)一個，非門芯片一塊，單穩(wěn)態(tài)電路一片，電壓表一個。 二極管-13只，穩(wěn)壓二極管一只，51010只,4.7kl只，5.1kl只， 100kl只，10k1只，15k1只， 68kl只。 1uF2只，10 uF2只， 蜂鳴器一個，共陰極顯示器只。6設(shè)計體會與建議 6.1設(shè)計體會在接到這個課題后，我一臉茫然，雖然對于很多從事電路設(shè)計的人來說，這或許不是一個復(fù)雜的課題，但是對我一個剛接觸電路的大二學(xué)生來說，平時純粹的理論學(xué)習(xí)早已淡化的實際操作，使我在這次設(shè)計中到處碰壁，真正只有接觸后才知道一個理論與實際的差距，在理論中被忽略的小問題，也許在實際中就會成為一個無法

10、解決的大問題，為了設(shè)計這個搶答器，我們從方案的討論，電路的分析，到最后的電路的仿真測試，真正讓我感覺到自己本身知識的匱乏，經(jīng)驗的不足，和自己學(xué)習(xí)的漏洞，對于電路的分析不夠嚴謹，對元件性質(zhì)的把握不夠具體，現(xiàn)在成為我今后要克服的困難。6.2對設(shè)計的建議我希望老師能夠在平時的日常教學(xué)中多給我們實踐的機會，空洞的理論永遠比不上實際的技能的掌握，讓我們自己去發(fā)現(xiàn)可能發(fā)現(xiàn)的問題，解決其中的問題，能擺脫平時那種“依葫蘆畫瓢”的教學(xué)模式，真正讓我們自己有所創(chuàng)新，有所收獲參考文獻1胡東華編.數(shù)字電子線路考研應(yīng)試指導(dǎo)M，北京：機械工業(yè)出版社，2003年2彭華林等編. 數(shù)字電子技術(shù)M. 長沙：湖南大學(xué)出版社，2004年 3金唯香等編. 電子