八路搶答器(論文)

1、密級(jí)： NANCHANG UNIVERSITY實(shí) 訓(xùn) 論 文（設(shè) 計(jì)）THESIS OF BACHELOR（20112012年）中文題目:八路搶答器的設(shè)計(jì)與制作英文題目：學(xué) 院：南昌大學(xué)共青學(xué)院系 別：信息工程系專業(yè)班級(jí)：應(yīng)用電子技術(shù)學(xué)生姓名：xxx xxx學(xué) 號(hào)：14 23指導(dǎo)教師： 二 一 一 年 十 二 月摘要當(dāng)今的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，選拔人才，評(píng)選優(yōu)勝，知識(shí)競(jìng)賽之類的活動(dòng)愈加頻繁，那么也就必然離不開搶答器。而現(xiàn)在的搶答器有著數(shù)字化，智能化的方向發(fā)展，這就必然提高了搶答器的成本。鑒于現(xiàn)在小規(guī)模的知識(shí)競(jìng)賽越來越多，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的小型搶答器必將大有市場(chǎng)。因此，我們制作了這款簡(jiǎn)易八路搶答器

2、屏棄了成本高，體積大，而且操作復(fù)雜。我們采用了數(shù)字顯示器直接指示，自動(dòng)鎖存顯示結(jié)果，并具有復(fù)位的設(shè)計(jì)思想，本搶答器通過十分巧妙的設(shè)計(jì)僅用兩塊數(shù)字芯片便實(shí)現(xiàn)了數(shù)顯搶答的功能，與其他搶答器電路相比較有分辨時(shí)間極短、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、制作方便等優(yōu)點(diǎn)，并且還有按鍵報(bào)警功能。搶答器在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)來完成這個(gè)任務(wù)。如果在搶答中，靠視覺很難判斷哪組先答題。利用數(shù)字芯片系統(tǒng)來設(shè)計(jì)搶答器，使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時(shí)間相差幾微秒，也可分辨出那組優(yōu)先答題。數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出；用

3、控制電路和主持人開關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路，以上兩部分組成主體電路。經(jīng)過布線、焊接、調(diào)試等工作后數(shù)字搶答器成形。關(guān)鍵詞： CD4511、 搶答、 數(shù)顯 AbstractThe modern society increasingly fierce competition, the selection of talent, selection, knowledge contest winners activities such increasingly frequent, so must leave vies to implement. But now the responder has a digital

4、 device, the intelligent direction, this will necessarily improves vies to implement the cost. Now that the small-scale knowledge competition more and more, the operation is simple, economic and practical small vies to implement will certainly market. Therefore, we made this kind of simple eight lin

5、e vies to implement reject the high cost, big volume and complex operation. We adopted digital display direct instructions, automatic latch showed results, and have reset design ideas, this vies to implement through very clever design with only two digital chip then realized digtal vies to function,

6、 and other scare-answering decoder circuit compared have tell time is very short, simple structure, low cost, convenient, and production and buttons alarm function.Contest in the responder process, in order to know which group or which one player first answer, must design a system to finish the task

7、. If in the contest, it is difficult to judge by visual which group first answer. Using digital chip system to implement, make design contest above problems were solved, even if the two groups of vies time difference microseconds, also can distinguish the group of priority answer. Digital vies to im

8、plement by corpus circuit and expansion circuit composed. Priority coding circuit, latches, decoder circuit will be the team's input signal on the display output, With the control circuit and the host switches on the alarming circuit, the above two parts subject circuit. After wiring, welding, c

9、ommissioning work digital vies to implement forming.Keywords: CD4511, vies, digital 目錄摘要 2Abstract 3目錄 4引言 51 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容 61.1 實(shí)訓(xùn)目的  61.2思路總體設(shè)計(jì)  1.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 61.2.2 設(shè)計(jì)原理與參考電路 61.2.2.1設(shè)計(jì)方案論證與比較 61.2.2.2部分電路工作原理 71.2.2.2.1開關(guān)陣列電路 71.2.2.2.2觸發(fā)鎖存電路 71.2.2.2.3數(shù)碼顯示 71.2.2.3總體電路設(shè)計(jì) 81.2.2.3.1搶答器電路 81.2.2

10、.3.2倒計(jì)時(shí)電路 101.3 實(shí)訓(xùn)器材清單 102 實(shí)訓(xùn)方法 112.1電路板制作過程 112.2電路組裝和調(diào)試 123 結(jié)論 12謝辭 13參考文獻(xiàn) 14附錄 15 引言搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種競(jìng)賽、搶答場(chǎng)合中，它能迅速、客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。早期的搶答器只由幾個(gè)三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能通過發(fā)光管的指示辯認(rèn)出選手號(hào)碼?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機(jī)(如MCS-51型)和數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號(hào)碼顯示、搶按前或搶按后的計(jì)時(shí)、選手得分顯示等功能。搶答器作為一種電子產(chǎn)品，早已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合，但目前所使用的搶答器有的電路較復(fù)雜不便

11、于制作,可靠性低，實(shí)現(xiàn)起來很困難；有的則用一些專用的集成塊 ,而專用集成塊的購(gòu)買又很困難。為適應(yīng)高校等多代表隊(duì)單位活動(dòng)的需要而設(shè)計(jì)一個(gè)多功能搶答器，這種搶答器具有電路簡(jiǎn)單，元件普通 ,易于購(gòu)買等優(yōu)點(diǎn),很好地解決了制作者制作困難和難于購(gòu)買的問題。在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開始了普遍的應(yīng)用。隨著改革開放事業(yè)的不斷深入，促使人們學(xué)科學(xué)、學(xué)技術(shù)、學(xué)知識(shí)的手段多種多樣，搶答器作為一種工具，已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合。但搶答器的使用頻率校低，且有的要么制作復(fù)雜，要么可靠性低，減少興致。作為一個(gè)單位若專購(gòu)一臺(tái)搶答器雖然在經(jīng)濟(jì)上可以承受，但每年使用的次數(shù)極少，往往因長(zhǎng)期存放使（電子器件的）搶答器損壞，再購(gòu)置的麻煩和

12、及時(shí)性就會(huì)影響活動(dòng)的開展。但目前多數(shù)搶答器存在2個(gè)不足之處:第一，現(xiàn)場(chǎng)線路連接復(fù)雜。因?yàn)槊總€(gè)選手位于搶答現(xiàn)場(chǎng)的不同位置，每個(gè)選手與控制臺(tái)之間要有長(zhǎng)長(zhǎng)的連接線。選手越多，連接線就越多、越亂，這些連接線不僅影響了現(xiàn)場(chǎng)的美觀，而且降低了搶答器的可靠性，增加了安裝的難度，甚至影響了現(xiàn)場(chǎng)人員的走動(dòng)。第二，電路復(fù)雜。因?yàn)閱纹瑱C(jī)只完成號(hào)碼處理、計(jì)時(shí)、數(shù)據(jù)運(yùn)算等功能，其它功能如選手號(hào)碼的識(shí)別、譯碼、計(jì)分顯示等仍只能通過數(shù)字集成電路完成。采用單片機(jī)掃描技術(shù)識(shí)別選手搶按號(hào)碼時(shí)，電路的延遲時(shí)間較大。1 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容1.1 實(shí)訓(xùn)目的1使理論課教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)互相配合，鞏固和擴(kuò)展所學(xué)的理論知識(shí)；2培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)

13、風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度；3培養(yǎng)學(xué)生的電子技術(shù)的基本工程素質(zhì)，尤其要注重實(shí)際工作能力的訓(xùn)練，以適 應(yīng)實(shí)際工作的需要；4訓(xùn)練學(xué)生基本的實(shí)訓(xùn)技能、掌握基本的電子測(cè)試技術(shù)、數(shù)據(jù)分析和誤差處理；5使學(xué)生了解掌握計(jì)算機(jī)仿真知識(shí)的應(yīng)用。1.2 總體設(shè)計(jì)思路1.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8個(gè)按鈕S1S8表示。2、設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除開關(guān)S0和搶答控制S，兩個(gè)開關(guān)由主持人控制。3、搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示,設(shè)置報(bào)警電路讓揚(yáng)聲器發(fā)出聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。1.2

14、.2 設(shè)計(jì)原理與參考電路1.2.2.1 設(shè)計(jì)方案論證與比較搶答按鈕報(bào)警電路控制電路鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)清零開關(guān)倒計(jì)時(shí)譯碼顯示圖1：數(shù)字搶答器總體方框圖如圖1所示為總體方框圖。其工作原理為：1.接通電源后，主持人將開關(guān)S撥到“清除”狀態(tài)，搶答器處于靜止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器燈息滅，等主持人將開關(guān)S置“開始”位置后，搶答器處于等候狀態(tài)，此時(shí)額可以進(jìn)行搶答。2.搶答器完成，優(yōu)先判斷搶答的組號(hào)，并將編號(hào)進(jìn)行鎖存，然后通過譯碼器將編號(hào)顯示在七段數(shù)碼管上，并且揚(yáng)聲器提示。3.當(dāng)一輪搶答結(jié)束后，禁止第二次搶答。4.如果再次搶答必須由主持人操作清零開關(guān)，即需要主持人清零。本搶答器與其他搶答器電路相比較有分辨時(shí)間極短、結(jié)

15、構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、制作方便等優(yōu)點(diǎn)，但是比其他常用搶答器少了一個(gè)計(jì)時(shí)的功能，需要使用者自己掌握搶答時(shí)間的控制，相信在以后的設(shè)計(jì)上會(huì)積極改進(jìn)。1.2.2.2 部分電路工作原理1.2.2.2.1 開關(guān)陣列電路圖2該電路由多路開關(guān)所組成，供搶答著使用，每一搶答者與一個(gè)開關(guān)相對(duì)應(yīng)（開關(guān)S1S8的代號(hào)分別是1、2、6、7、8，即搶答著的組號(hào)，便于主持人看到顯示器上的數(shù)字后，能準(zhǔn)確宣布誰是優(yōu)先搶答者）。開關(guān)應(yīng)為常開型，當(dāng)按下開關(guān)時(shí)，開關(guān)閉合；當(dāng)松開開關(guān)時(shí)，開關(guān)自動(dòng)彈出斷開。1.2.2.2.2 觸發(fā)鎖存電路當(dāng)某一開關(guān)被按下時(shí)，觸發(fā)鎖存的電路被觸發(fā)，在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)電平信息。同時(shí)為了防止其它開關(guān)隨后觸發(fā)而產(chǎn)

16、生紊亂，讓最先產(chǎn)生的輸出電平返回來將觸發(fā)鎖存器的電路鎖定。若有多個(gè)開關(guān)同時(shí)按下時(shí)，則在它們之間存在著隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)的問題，結(jié)果只能是它們中的任一個(gè)產(chǎn)生有效輸出，任然達(dá)到了優(yōu)先判斷的效果。1.2.2.2.3 數(shù)碼顯示LED數(shù)碼管是目前最常用的數(shù)字顯示器，它分為共陰管和共陽(yáng)管。在此只對(duì)共陰管作介紹，其電路和出線形式的引出腳如圖7所示。一個(gè)LED數(shù)碼管可用來顯示一位09十進(jìn)制數(shù)和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。小型數(shù)碼管（0.5寸和0.36寸）每段發(fā)光二極管的正向壓降，隨顯示光（通常為紅、綠、黃、橙色）的顏色不同略有差別，通常約為22.5V，每個(gè)發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流在510mA。LED數(shù)碼管要顯示BCD碼所表示的十進(jìn)制數(shù)字就

17、需要有一個(gè)專門的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能，還要有相當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)能力。本設(shè)計(jì)提供的為 LED 共陰數(shù)碼管。它顯示最先搶答者的相應(yīng)的代號(hào)，方便主持人宣布最先搶答者。數(shù)碼顯示搶答器用數(shù)碼管作顯示，可使參賽隊(duì)員和觀眾都能看到搶答結(jié)果，有很好的透明度。1.2.2.3 總體電路設(shè)計(jì)1.2.2.3.1 搶答器電路圖3此裝置簡(jiǎn)單，制作容易。工作原理：數(shù)碼顯示搶答器的電路如圖3所示。集成電路CD4511是數(shù)碼顯示搶答器的主要部分。這是一塊BCD-7段鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)電路。它的1、2、6、7腳為BCD碼輸入端。第915腳為顯示輸出端。3腳LT為測(cè)試端，當(dāng)它為“0”時(shí)，輸出全為“1”。4腳BI為消隱端，當(dāng)BI

18、為“0”時(shí)，輸出全為“0”，此端為“0”時(shí)還能清除鎖存器內(nèi)的數(shù)值。5腳LE為鎖存允許端，當(dāng)此端由“0”“1”時(shí)，a、b、c、d、e、f、g 7個(gè)輸出端保持在LE為“0”時(shí)所加BCD碼對(duì)應(yīng)的顯示狀態(tài)。16腳接電源正極，8腳接電源負(fù)極。集成電路輸入端與輸出端的關(guān)系見如下真值表。功能輸入輸入輸入/輸出輸出顯示LT LEA3 A2 A1 A0BIa b c d e f g測(cè)試清零01234567890 ×1 ×1 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 0× × × ×× ×

19、; × ×0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1×011111111111111111 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 00 1 1 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 10 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 0

20、 0 1 10 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 08滅0123456789滅滅滅滅滅滅鎖存1 0× × × ×1* * *注：×代表任意狀態(tài)；* *代表先前LE=0時(shí)，BCD碼相對(duì)應(yīng)顯示狀態(tài)表1：CD4511功能真值表如圖3，該電路完成兩個(gè)功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)；二是禁止其他選手按鍵操作無效。 工作過程：接通電源，四個(gè)輸入端輸入為0000，數(shù)碼顯示器顯示零字樣；當(dāng)按下開關(guān)

21、S0時(shí)，BI=0消隱端被激活，輸出端輸出全為0，數(shù)碼顯示器息滅，松開S0時(shí)數(shù)碼顯示器恢復(fù)顯示零，并達(dá)到清除鎖存器內(nèi)的數(shù)值的作用，起到檢測(cè)電路的作用；此時(shí)電路處于可以工作的狀態(tài)，選手開始搶答，優(yōu)先搶答者的電平信號(hào)通過輸入端輸入CD4511芯片完成譯碼和驅(qū)動(dòng)，數(shù)碼顯示器開始顯示優(yōu)先搶答者的編號(hào)所對(duì)應(yīng)的BCD碼，而當(dāng)顯示器顯示1-8其中一個(gè)數(shù)字時(shí)，通過9014三極管組成的反饋回路在LE端輸入電平信號(hào)，即LE由“0”“1”時(shí)，CD4511允許鎖存，數(shù)碼顯示器保持當(dāng)前顯示數(shù)字，其他輸入信號(hào)失去作用；數(shù)碼顯示搶答器由此實(shí)現(xiàn)搶答功能，當(dāng)要進(jìn)行下一輪搶答時(shí)，再按一次開關(guān)S0實(shí)現(xiàn)搶答器的清零功能。1.2.2.3

22、.2 倒計(jì)時(shí)電路1.特點(diǎn)：“RA-7-RB-6.2-C”， RA與VCC相連。2.公式： T1=0.693(RA+RB)*C T2=0.693RB*C F=1.443/(RA+2RB)*C3.用途：脈沖輸出、音響警告、 家電控制、電子玩具、 檢測(cè)儀器、電源變換、 定時(shí)器等圖4：間接反饋型無穩(wěn)電路由555定時(shí)器和震蕩電阻構(gòu)成的報(bào)警電路如圖所示。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率fo1443（RA2RB）C，當(dāng)RA與VCC相連電路中接入搶答按鈕并接通時(shí)，多諧振蕩器工作,其輸出信號(hào)推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)音。1.3 實(shí)訓(xùn)器材清單名稱數(shù)量名稱數(shù)量集成電路CD45112電阻3007紅色7段共陰數(shù)碼管2電阻10K8三

23、極管為90141電阻100 K1二極管均為1N414818電阻2.2 K1電解電容器為47F16V1電路板1電解電容器為100F16V1NE55516V穩(wěn)壓電源1小型按鈕開關(guān)9電容103/1042表1：實(shí)訓(xùn)器材清單如圖5所示，分別為CD4511、NE555、七段共陰數(shù)碼管的引腳和封裝。圖52 實(shí)訓(xùn)方法2.1電路板制作過程需要器材：剪刀、尺子、覆銅板、砂紙、三氯化鐵、油性筆、電熨斗、磁或塑料的小盆或平底容器、廢舊毛巾、廢舊竹制或塑料筷子、等。準(zhǔn)備： 1、用激光打印機(jī)打印好的電路圖紙2、用熱水壺?zé)稽c(diǎn)熱水制作步驟：用剪刀沿外框剪下電路圖紙，用尺子量出邊長(zhǎng)，并用其他利器裁剪出相符合的覆銅板。選擇比較

24、細(xì)膩的砂紙（不要太粗糙，對(duì)銅板摩擦太大，打磨的也不光滑），把砂紙和裁剪好的覆銅板都浸濕（浸濕后起潤(rùn)滑作用，減少對(duì)銅板的磨傷），左手拿好覆銅板，右手拿好砂紙，在覆銅板上，沿一個(gè)方向反復(fù)打磨（是沿一個(gè)方向，這樣打磨的更光滑細(xì)膩），將覆銅板上氧化了的地方和雜質(zhì)清理掉，露出鮮亮的銅色即可。將上次轉(zhuǎn)印后未倒掉的三氯化鐵溶液稀釋一下（如果沒有剩余的溶液，亦可取一點(diǎn)點(diǎn)三氯化鐵用冷水配置濃度低的溶液），把處理好的打磨光亮的覆銅板丟進(jìn)里面浸泡10秒鐘后用筷子取出，讓其表面有一層氧化層，用清水清理干凈表面殘余的溶液，再用毛巾擦干。（此步非常重要，是轉(zhuǎn)印出高質(zhì)量線路必經(jīng)過程）電熨斗通電，開到溫度最大檔，達(dá)到溫度后，

25、將剪好的圖紙和覆銅板小心貼好（不要弄掉圖紙上的線，弄掉后則需更換圖紙），用左手按住一端，右手拿著電熨斗，從手按住的一端下壓，往另一端拖，再重復(fù)12次，粘住一點(diǎn)后，松開左手，用電熨斗壓住整個(gè)電路板，來回加熱，均勻接觸，2030秒后即可拿開斷電。等待冷卻。冷卻后，用手撕開電路圖紙，即可出現(xiàn)清晰的電路圖，若有出線斷線，用油性筆可以補(bǔ)上斷了的線路。將覆銅板放入小盆中，依覆銅板的大小，取出適當(dāng)?shù)娜然F放入，熱水壺?zé)稽c(diǎn)熱水，將熱水倒入（熱水可以加快腐蝕），水量不要多，剛剛浸沒覆銅板即可，用手搖動(dòng)小盆，可以加快腐蝕。腐蝕完成后即可拿出，用清水清洗掉殘留溶液，用合適的鉆頭打孔。打完孔后，把砂紙和裁剪好的覆

26、銅板都浸濕（浸濕后起潤(rùn)滑作用，減少對(duì)銅線的磨傷），用砂紙將其留下的黑色碳粉給磨掉。制作完成，焊接。2.2電路組裝和調(diào)試1、組裝調(diào)試搶答器電路。2、組裝調(diào)試報(bào)警電路。3、完成數(shù)字搶答器的聯(lián)調(diào)，注意各部分電路之間的配合關(guān)系。然后檢查電路各部分的功能，使其滿足設(shè)計(jì)要求。3 結(jié)論在這周我們學(xué)會(huì)了很多。特別是課堂上學(xué)不到東西。在這里我們第一次真正的把學(xué)的東西轉(zhuǎn)變成了電子產(chǎn)品。知道了團(tuán)隊(duì)合精神的重要性，第一次知道了手中的電烙鐵，手中的導(dǎo)線是有生命的。 通過這次設(shè)計(jì)，我對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的邏輯關(guān)系等有了一定的認(rèn)識(shí)，對(duì)以前學(xué)的數(shù)字電路又有了一定的新認(rèn)識(shí)，溫習(xí)了以前學(xué)的知識(shí)，但在設(shè)計(jì)的過程中，遇到了很多的問題，有一些知識(shí)都已經(jīng)不太清楚了，但是通過一些資料又重新的溫習(xí)了一下數(shù)字電路部分的內(nèi)容。在這次設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。 通過查資料和搜集有關(guān)的文獻(xiàn)，培養(yǎng)了自己的自學(xué)能力和動(dòng)手能力。并且由原先的被動(dòng)的接手知識(shí)轉(zhuǎn)換為主動(dòng)的尋求知識(shí)，這可以說是在學(xué)習(xí)方法上的一個(gè)很大的突破。在以往的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式下，我可能記住很多書本的知識(shí)，但是通過實(shí)訓(xùn)論文，我學(xué)會(huì)了如何把學(xué)到的知識(shí)轉(zhuǎn)化為自己的東西，學(xué)會(huì)了怎么更好的處