八路搶答器及彩燈循環(huán)控制器.doc

八路智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)與制作一 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S0 S7表示。 2. 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開(kāi)關(guān)S，該開(kāi)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，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。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。4. 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)開(kāi)始鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時(shí)間0.5秒左右。5. 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止6. 如果定時(shí)時(shí)間已到，無(wú)人搶答，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。 二、設(shè)計(jì)原理與參考電路1數(shù)字搶答器總體方框圖 如圖所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開(kāi)關(guān)撥到清除狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作清除和開(kāi)始狀態(tài)開(kāi)關(guān)。 2單元電路設(shè)計(jì)本搶答器僅用兩塊數(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，有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、制作方便的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)用可靠、成本極低，十分適合學(xué)校教學(xué)使用。設(shè)計(jì)原理圖：原理圖見(jiàn)上圖所示，為常用的四七段譯碼器，其為試燈腳；為消隱（滅燈）腳，和接高電平（電源）；端為選通腳，開(kāi)始搶答前接低電平。1、2、6、7腳為碼輸入端，915腳為七個(gè)輸出端，直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼二極管顯示器，接通電源開(kāi)關(guān)，數(shù)碼管顯示“”。CD4511真值表如下：3鎖存電路與7段顯示譯碼器 74LS30引腳圖74LS00引腳圖 74LS04引腳圖07為8個(gè)搶答按鍵，是碼段譯碼器。74LS30是輸入與非門(mén).初始狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，即、這六個(gè)筆畫(huà)為，僅筆畫(huà)為，現(xiàn)將筆畫(huà)信號(hào)用三極管9013反相，這樣，在初始狀態(tài)下，74LS30的個(gè)輸入端便全為，其輸出為，使段譯碼器處在譯碼狀態(tài)，這時(shí)按鍵信號(hào)可以輸入。又因顯示除以外的其他數(shù)字時(shí)，a這個(gè)圖畫(huà)信號(hào)至少有一個(gè)是，使74LS30輸出，相應(yīng)地，段譯碼器處于鎖存狀態(tài)。所以當(dāng)某一按鍵按下時(shí)，74LS20就輸出鎖存信號(hào)，使段譯碼器將已鍵入的數(shù)字鎖存顯示。這樣，后按下的鍵就不起作用了，數(shù)碼管就只顯示最先按下的鍵號(hào)，起到了搶答的作用。和組成積分電路對(duì)鎖存信號(hào)作短暫的延時(shí)，其作用是讓數(shù)字電路有足夠的響應(yīng)時(shí)間，使鎖存穩(wěn)定，以免顯示亂碼。8為復(fù)位鍵，該鍵在主持人喊“開(kāi)始”前按下，按下后數(shù)碼管顯示。74LS20的引腳圖4. 數(shù)碼管引腳圖5所需的實(shí)驗(yàn)器材：a.實(shí)驗(yàn)電路面包板一塊b.CD4511、74LS20、74LS00、74LS04、共陰譯碼管各1只c.二極管9只、開(kāi)關(guān)9只、蜂鳴器1只、9013三極管1只d.1K電阻4只、8050三極管1只三一些錯(cuò)誤1 顯示器上不顯示數(shù)字，我們從后級(jí)往前級(jí)進(jìn)行測(cè)試，首先用1.52V的電壓作用各個(gè)筆段,看對(duì)應(yīng)各筆段是否亮,判斷是否完好。若完好則繼續(xù)檢測(cè)CD4511芯片是否完好。在CD4511的A、B、C、D四個(gè)輸入端隨意輸入一組二進(jìn)制數(shù)碼（用高低電平表示1和0，此處注意要用到8V以上的電源電壓），看是否能顯示數(shù)字。無(wú)顯示的故障一般問(wèn)題出在這兩個(gè)環(huán)節(jié)。2 若顯示器上顯示的是不符合要求的數(shù)字，在設(shè)計(jì)原理正確的前提下，首先通過(guò)測(cè)試判斷CD4511的輸出ag與LED管的ag筆段是否連接有錯(cuò)。其方法是CD4511的輸出ag分別按規(guī)律輸入高低電平，觀察LED管是否顯示相應(yīng)的數(shù)字。如果這個(gè)環(huán)節(jié)正常，則問(wèn)題在二極管編碼電路，再逐一進(jìn)行檢查。3 如果不能鎖存，或是鎖存不了1和7，則問(wèn)題在鎖存電路，應(yīng)該從原理上進(jìn)行分析。鎖存電路的設(shè)計(jì)原理是：?jiǎn)⒂肅D4511的鎖存功能端LE，高電平有效，即輸入高電平時(shí)執(zhí)行鎖存功能。鎖存器應(yīng)能鎖定第一個(gè)搶答信號(hào)，并拒絕后面搶答信號(hào)的干擾。如何設(shè)計(jì)呢，我們對(duì)09十個(gè)數(shù)字的顯示筆段進(jìn)行分析，只有0數(shù)字的d筆段亮與g筆段滅，其它數(shù)字至少有一點(diǎn)不成立。由此可以區(qū)分0與其它數(shù)字。我們將LED管的a筆段與g筆段的輸入信號(hào)反饋到鎖存電路，通過(guò)鎖存電路控制鎖存端LE輸入為0或1（鎖存與否）。當(dāng)LED顯示器顯示為0時(shí)，LE=0，CD4511譯碼芯片不鎖存；當(dāng)LED顯示器顯示其它數(shù)字時(shí)， LE=1，芯片鎖存。這樣只要顯示器上顯示為0，CD4511譯碼芯片才不鎖定，顯示其它數(shù)字均鎖存。所以只要有選手按了按鍵，顯示器上一定是顯示18的數(shù)字，LE=1芯片鎖存，之后任何其他選手再按下按鍵均不起作用。例如SB1鍵先按下，顯示器上顯示1，LE=1芯片鎖存，其他選手再按SB2SB8，顯示器上仍顯示1，SB1按下之后的任一按鍵信號(hào)均不顯示。直到主持人按清零鍵SB9，顯示器上又顯示0，LE=0，鎖存功能解除，又開(kāi)始新一輪的搶答。若所有的數(shù)字都不能鎖存，說(shuō)明不管LED顯示什么數(shù)字，CD4511管腳的5腳輸入為電平，可能是5腳與地短接或者是鎖存電路的兩個(gè)二極管VD13和VD14斷開(kāi)等故障；若只有1和7兩個(gè)數(shù)字不顯示則可以分析一下其原因：顯示1和7數(shù)字時(shí)g段不亮，CD4511的g輸出端為低電平，VD14截止，而b段亮d段不亮本應(yīng)該三極管VT截止而使VT13導(dǎo)通，產(chǎn)生高電平（鎖存信號(hào)）給LE，現(xiàn)在不能鎖存說(shuō)明VD13截止，推斷是三極管擊穿損壞。4 在測(cè)試的過(guò)程中我們一定要注意，高低電平的測(cè)試電壓數(shù)值要針對(duì)不同的電路而選取不同的數(shù)值。比如，針對(duì)LED管，高電平只能用1.52V,而在CD4511的輸入端高電平要用到8V以上的電源電壓。選高了，會(huì)燒管子；選低了，會(huì)看不到效果，甚至產(chǎn)生誤判斷。 5. 判斷PNP型和MPN型晶體管：用萬(wàn)用表的R1k(或者R100)檔。用黑表筆接晶體管的某一個(gè)管腳，用紅表筆分別接其它兩腳。如果表針指示的兩個(gè)阻值都很大，那么黑表筆接晶體管的某一個(gè)管腳，用紅表筆接其它兩腳。如果表針指示的兩個(gè)阻值都很大，那么黑表筆所接的那一個(gè)管腳是PNP型的基極，如果表針指示的兩個(gè)阻值都很小，那么黑表筆所接的那個(gè)一個(gè)管腳是NPN型的基極；如果表針指示的阻值一個(gè)很大，一個(gè)很小，那么黑表筆所接的那一個(gè)管腳不是基極。這就要另?yè)Q一個(gè)管腳來(lái)試。以上方法，不但可以判斷基極，而且可以判斷是PNP型還是NPN型晶體管。判斷基極后就可以進(jìn)一步判斷集電極和發(fā)射極。先假定一個(gè)管腳是集電極，另一個(gè)管腳是發(fā)射極。然后反過(guò)來(lái)，把原先假定的管腳對(duì)調(diào)一下，再估測(cè)值，其中，值大的那次的假定是對(duì)的。這樣就把集電極個(gè)發(fā)射極也判斷出來(lái)了。四.遇到的困難及解決的方法:1.我們這次做的八路搶答器是安裝在面包板上的。在安裝電路之前要仔細(xì)的檢查一下面包板的導(dǎo)通狀態(tài)。也許在面包板的插孔里面留下硬線(xiàn)的鐵絲?；蛴械?個(gè)孔之間不能導(dǎo)通的倒通了。在安裝元件之前都要把這些問(wèn)題排除掉。要不然在調(diào)試的時(shí)候很難找到問(wèn)題的出錯(cuò)點(diǎn)。2.在安裝的時(shí)候要小心不要把二極管的正反接錯(cuò)了。要不然在數(shù)碼管就不能顯示正常的數(shù)字。有時(shí)候連數(shù)碼管都不亮。3.在安裝開(kāi)關(guān)的時(shí)候要注意4腳開(kāi)關(guān)的腳的導(dǎo)通狀態(tài)。在接導(dǎo)線(xiàn)的腳和接二極管的腳之間不能讓他們短路。要不然開(kāi)關(guān)就起不到開(kāi)關(guān)的作用了。相當(dāng)于導(dǎo)線(xiàn)。在設(shè)計(jì)中還有一只三極管，同樣也要正確的判斷它們3只腳的b，c，e，如果出錯(cuò)了，則74LS30的鎖存功能將遭到破壞。4.在布線(xiàn)的時(shí)候也要注意，鐵絲不能插的太深，也不能搭高架橋似的，因?yàn)檫@些細(xì)節(jié)的出錯(cuò)往往很難找到錯(cuò)的原因。 六、總結(jié)在這段時(shí)間中自己學(xué)會(huì)了很多東西，如設(shè)計(jì)電路最重要的是思路要清晰，一旦有了自己的思路就應(yīng)該有層次有條理的探索下去，只要堅(jiān)持自己的觀點(diǎn)和判斷，就一定能實(shí)現(xiàn)，即便最后發(fā)現(xiàn)走進(jìn)了死胡同，但是探索設(shè)想與求證的過(guò)程卻是通往另一條道路必不可少的環(huán)節(jié)。在完成這次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我也有參考相關(guān)的設(shè)計(jì)課題，甚至還花了很長(zhǎng)的時(shí)間去弄清楚別人的設(shè)計(jì)，以至于后來(lái)被束縛住，對(duì)自己的設(shè)計(jì)沒(méi)有了頭緒。學(xué)習(xí)吸收別人的長(zhǎng)處是應(yīng)該的，但是不能完全沉浸進(jìn)去，要有自己的思路和觀點(diǎn)，并且努力去實(shí)現(xiàn)。這就是快樂(lè)的最大源泉。在完成本次課設(shè)的過(guò)程中開(kāi)始的頭幾天一直在糾結(jié)于用74LS194實(shí)現(xiàn)移位寄存器，因?yàn)樗脑硎呛芎?jiǎn)單的，可是在實(shí)際連電路的過(guò)程中，一下子遇到了很大的困難，因?yàn)橥饨绲母蓴_因素實(shí)在太多了，稍不注意就碰到某個(gè)導(dǎo)線(xiàn)了，結(jié)果發(fā)光二極管就不亮，于是自己得檢查到底哪里出現(xiàn)了問(wèn)題，有得費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間去檢查管腳是否連錯(cuò)，導(dǎo)線(xiàn)是否松動(dòng)，或者導(dǎo)線(xiàn)是否壞掉等等情況。經(jīng)過(guò)這次試驗(yàn)，終于感覺(jué)到了理論與實(shí)際的差別有多大了，當(dāng)然這個(gè)過(guò)程也是非常的考驗(yàn)人的，不僅僅是考察你的理論知識(shí)，動(dòng)手能力，以及檢查問(wèn)題并解決問(wèn)題的能力，更是在考驗(yàn)一個(gè)人的耐心，細(xì)心。在連接電路的過(guò)程中，絲毫不得馬虎，必須清楚的了解每個(gè)芯片的管腳分布圖，功能表。 說(shuō)實(shí)話(huà)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題并不可怕，可怕的是在反復(fù)的受挫中沒(méi)有革新，不能改進(jìn)自己的方法和思路。因此自己應(yīng)該具有創(chuàng)新思維。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)電子技術(shù)中的諸多知識(shí)有了更深層次的理解，也初步學(xué)會(huì)了如何將