四路智力搶答器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、目錄前言2摘要3第1章 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求4 1.1設(shè)計(jì)目的41.2設(shè)計(jì)要求4第2章 設(shè)計(jì)思路方框圖52.1 設(shè)計(jì)思路52.2 設(shè)計(jì)原理方框圖5第3章 單元電路圖及其原理說明63.1 方案一設(shè)計(jì)原理6 3.2 方案二設(shè)計(jì)原理93.3 方案的選擇13第四章 電路測試與仿真14 4.1電路測試與仿真14第五章 四路搶答器元器件清單16 5. 1四路搶答器元器件清單16第六章 焊接電路圖及元件資料17 6.1 元件資料17 6.2焊接電路19第七章 實(shí)驗(yàn)總訓(xùn)20第八章 參考文獻(xiàn)21前言進(jìn)入21世紀(jì)越來越來多的電子產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的日常生活中，例如企業(yè)、學(xué)校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽, 搶答記分器是必

2、要設(shè)備。過去在舉行的各種競賽中我們經(jīng)?？吹接袚尨鸬沫h(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會因?yàn)橹鞒秩说闹饔^誤斷造成比賽的不公平性。人們于是開始尋求一種能不依人的主觀意愿來判斷的設(shè)備來規(guī)范比賽。因此，為了克服這種現(xiàn)象的慣性發(fā)生人們利用各種資源和條件設(shè)計(jì)出很多的搶答器，從最初的簡單搶答按鈕，到后來的顯示選手號的搶答器，再到現(xiàn)在的數(shù)顯搶答器，其功能在一天的趨于完善不但可以用來倒計(jì)時搶答，還兼具報(bào)警，計(jì)分顯示等等功能，有了這些更準(zhǔn)確地儀器使得我們的競賽變得更加精彩紛呈，也使比賽更突顯其公平公正的原則。今天隨著科技的不斷進(jìn)步搶答器的制作也更加追求精益求精，人們擺脫了

3、耗費(fèi)很多元件僅來實(shí)現(xiàn)用指示燈和一些電路來實(shí)現(xiàn)簡單的搶答功能，使第一個搶答的參賽者的編號能通過指示燈顯示出來，避免不合理的現(xiàn)象發(fā)生。但這種電路不易于擴(kuò)展，而且當(dāng)有更高要求是酒無法實(shí)現(xiàn)，例如參賽人數(shù)的增加。隨著數(shù)字電路的發(fā)展，數(shù)字搶答器誕生了，它易于擴(kuò)展，可靠性好，集成度高，而且費(fèi)用低，功能更加多樣話，是一種高效能的產(chǎn)品。而如今在市場上銷售的搶答器大多采用可編程邏輯元器件，或利用單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)主要利用常見的74ls系列集成電路芯片和555芯片，并通過劃分功能模塊進(jìn)行各個部分的設(shè)計(jì)，最后完成了四路智力競賽搶答器的設(shè)計(jì)。四路智力搶答器摘 要本設(shè)計(jì)是四路智力搶答器。設(shè)計(jì)電路是當(dāng)主持人按下復(fù)

4、位開關(guān)k, 搶答開始，按下清零開關(guān),搶答電路清零。利用邏輯電路的原理，使搶答器具有第一個搶答信號的鑒別，鎖存及顯示功能。既有搶答信號輸入時，鎖存相應(yīng)的編號，并在led數(shù)碼管上顯示出來，同時揚(yáng)聲器發(fā)出響聲。此時再按其他任何一人搶答均無效，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持不變，直到主持人清除為止。關(guān)鍵詞：四路搶答器 清零 鎖存 主持人第一章 設(shè)計(jì)目的及要求1.1設(shè)計(jì)目的:本課程為電子、通信類專業(yè)的獨(dú)立實(shí)踐課，該課程設(shè)計(jì)建立在電路基礎(chǔ)、數(shù)電與模電電子線路等課程的基礎(chǔ)上，主要讓學(xué)生加深對電子線路理論知識的掌握，使學(xué)生能把學(xué)的知識系統(tǒng)地、高效地貫穿到實(shí)踐中來，避免理論與實(shí)踐的脫離，同時提高學(xué)生的動手能力，并在

5、實(shí)踐中不斷完善理論基礎(chǔ)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。1）、學(xué)習(xí)數(shù)字電路中的優(yōu)先編碼器、鎖存器 、多諧振蕩器、譯碼器、數(shù)據(jù)顯示管的綜合應(yīng)用。2)、熟悉搶答器的工作原理3）、了解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，調(diào)試及故障排除方法。1.2設(shè)計(jì)要求:設(shè)計(jì)一個搶答電路：1） 可以容納四組參賽者，每組設(shè)置一個搶答按鈕，分別用j1-j4表示；2） 設(shè)置一個系統(tǒng)清零的搶答控制開關(guān)j5和復(fù)位開關(guān)k（開關(guān)由主持人控制），當(dāng)開關(guān)j5按下時清零，當(dāng)開關(guān)k被按下時，搶答開始。3） 搶答器具有第一個搶答信號的鑒別,鎖存及顯示功能。即有搶答信號輸入（開關(guān)j1-j4中的任意一個開關(guān)被按下）時，鎖存相應(yīng)的編號，并在led數(shù)碼管上顯示出來，同時揚(yáng)聲

6、器發(fā)出響聲。此時再按其他任何一個搶答開關(guān)均無效，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持不變，直到主持人將系統(tǒng)清除為止。第二章 設(shè)計(jì)思路及原理方框圖2.1設(shè)計(jì)思路:數(shù)字式智力搶答器一般包括門控電路、搶答編碼電路、譯碼電路、優(yōu)先鎖存電路、數(shù)顯電路、聲響報(bào)警電路。其中，門控電路、搶答編碼電路、譯碼電路是核心，用于完成各組搶答信號的識別、判斷；數(shù)顯電路、聲響報(bào)警電路用于顯示搶答的組號并同時用揚(yáng)聲器提醒；優(yōu)先鎖存電路用于判斷、鎖存參賽者的第一個搶答信號并使其他搶答信號無效。功能要求電路設(shè)置系統(tǒng)清零和控制開關(guān)，因此需要一個門控電路。2.2工作原理框如圖2-1所示：搶答編碼電路譯碼、驅(qū)動電路報(bào)警電路優(yōu)先鎖存電路門控電路

7、數(shù)顯電路 圖2-1 第三章 單元電路圖及方案的選擇3.1方案一的設(shè)計(jì)：1.鎖存電路： 主要用到74ls373 1).1腳是輸出使能(oe),是低電平有效,當(dāng)1腳是高電平時,不管輸入3、4、7、8、13、14、17、18如何,也不管11腳(鎖存控制端,g)如何,輸出2(q0)、5(q1)、6(q2)、9(q3)、12(q4)、15(q5)、16(q6)、19(q7)全部呈現(xiàn)高阻狀態(tài)(或者叫浮空狀態(tài));.當(dāng)1腳是低電平時,只要11腳(鎖存控制端,g)上出現(xiàn)一個下降沿,輸出2(q0)、5(q1)、6(q2)、9(q3)、12(q4)、15(q5)、16(q6)、19(q7)立即呈現(xiàn)輸入腳3、4、7、

8、8、13、14、17、18的狀態(tài).鎖存端le 由高變低時，輸出端8 位信息被鎖存，直到le 端再次有效。 當(dāng)三態(tài)門使能信號oe為低電平時，三態(tài)門導(dǎo)通，允許q0q7輸出，oe為高電平時，輸出懸空。當(dāng)74ls373用作地址鎖存器時，應(yīng)使oe為低電平，此時鎖存使能端c為高電平時，輸出q0q7 狀態(tài)與輸入端d1d7狀態(tài)相同；當(dāng)c發(fā)生負(fù)的跳變時，輸入端d0d7 數(shù)據(jù)鎖入q0q7。51單片機(jī)的ale信號可以直接與74ls373的c連接。電路如圖3-1所示：圖3-12.優(yōu)先編碼器如圖3-2所示;圖3-2輸入輸出eii0i1i2i3i4i5i6i7a2a1a0gseo1xxxxxxxx111110111111

9、11111100xxxxxxx0000010xxxxxx01001100xxxxx011010100xxxx0111011100xxx01111100100xx011111101100x0111111110100011111111111074ls138真值表如表3-1表3-174ls148優(yōu)先編碼器管腳功能介紹:為16腳的集成芯片，電源是vcc(16) gnd(8),i0i7為輸入信號，a2,a1,a0為三位二進(jìn)制編碼輸出信號，ie是使能輸入端，oe是使能輸出端，gs為片優(yōu)先編碼輸出端。使能端oe(芯片是否啟用)的邏輯方程： oe =i0i1i2i3i4i567ie 當(dāng)oe輸入ie=1時，禁止

10、編碼、輸出(反碼)： a2,a1,a0為全1。當(dāng)oe輸入ie=0時，允許編碼，在i0i7輸入中，輸入i7優(yōu)先級最高，其余依次為：i6,i5,i4,i3,i2,i0，i0等級排列。 從以上的的功能表中可以得出，74ls148輸入端優(yōu)先級別的次序依次為i7，i6，i0 。當(dāng)某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級別高的輸入端沒有低電平輸入時，輸出端才輸出相應(yīng)該輸入端的代碼。例如：i5=0且i6=i7=1(i6、i7優(yōu)先級別高于i5) 則此時輸出代碼010 (為(5)10=(101)2的反碼)這就是優(yōu)先編碼器的工作原理。 圖3-33.顯示電路如圖3-4所示：圖3-4將cd 4511的七段譯碼輸出端分別與

11、數(shù)碼管的7個端口連接，由于cd4511輸出端的電壓為5v，而數(shù)碼管的前向?qū)妷簽?.66v，這時cd4511與數(shù)碼管連接時中間需要加限流電阻，通過計(jì)算，我們?nèi)=300。連接后的譯碼、數(shù)顯電路如圖所示：4.報(bào)警電路要求在搶答后顯示編號的同時，揚(yáng)聲器發(fā)生聲響，以示搶答成功，即只有數(shù)碼管顯示“1”、“2”、“3”、“4”時給揚(yáng)聲器一個高電平使之報(bào)警，其他情況均不響。分析cd4511的真值表可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)碼管熄滅、顯示“0”時，cd4511的c、e端口輸出同時為“0”或“1”，因此可以將這兩個端口作為異或門的輸入，異或門的輸出接揚(yáng)聲器輸入端。報(bào)警電路如圖3-5所示：圖3-55完整電路如圖3-6所示：

12、圖3-63.2 方案二的設(shè)計(jì)：1譯碼、數(shù)顯電路 由于需要用led數(shù)碼管顯示搶答的相應(yīng)編號，因此選用常見的bcd-七段數(shù)碼管和驅(qū)動集成電路cd4511。其工作的邏輯真值表如表3-1所示：輸入輸出lebiltdcbaabcdefg顯示xx0xxxx1111111日x01xxxx0000000熄滅0110000111111000110001011000110110010110110120110011111100130110100011001140110101101101150110110001111060110111111000170111000111111180111001111001090111

13、0100000000熄滅01110110000000熄滅01111000000000熄滅01111010000000熄滅01111100000000熄滅01111110000000熄滅111xxxx鎖存表3-1將cd 4511的七段譯碼輸出端分別與數(shù)碼管的7個端口連接，由于cd4511輸出端的電壓為5v，而數(shù)碼管的前向?qū)妷簽?.66v，這時cd4511與數(shù)碼管連接時中間需要加限流電阻，通過計(jì)算，我們?nèi)=300。連接后的譯碼、數(shù)顯電路圖如圖3-7所示：圖3-72搶答編碼電路j1-j4組成1-4路搶答器，任一搶答鍵按下都需編成bcd碼，將高電平加到cd4511的a、b、c、d4個bcd碼輸入

14、端。分析cd4511的邏輯真值表，要在數(shù)碼管上顯示4個十進(jìn)制編號“1”“2”“3”“4”，所對應(yīng)輸入的bcd碼應(yīng)為“0001”、“0010”、“0011”、“0100”，4個二進(jìn)制位從左到右分別對應(yīng)cd4511的d、c、b、a4個編碼輸入端。顯示“1”、“2”、“4”比較容易實(shí)現(xiàn)，只需要通過按鍵接通電源將高電平加到相應(yīng)的端口即可。顯示“3”則必須在a、b端口加高電平，這可以通過編碼二極管來實(shí)現(xiàn)，按鍵同時接在兩個二級管的正極，二極管的負(fù)極分別接在cd4511的a、b端，只要按鍵接通電源就可同時給兩個端口加高電平，以實(shí)現(xiàn)編碼。按下第幾號搶答鍵，輸入的bcd碼就是鍵的號碼并自動由cd4511內(nèi)部電路

15、譯碼為十進(jìn)制數(shù)在數(shù)碼管上顯示出來。四路搶答器編碼、譯碼、數(shù)顯電路如圖3-8所示：圖3-83優(yōu)先鎖存、門控電路：門控電路用來實(shí)現(xiàn)允許搶答和清零復(fù)位的功能，由一個開關(guān)k連入電路實(shí)現(xiàn)。分析cd4511的邏輯真值表可知，只需要給cd4511的端口le加高電平就能實(shí)現(xiàn)這一鎖存功能。功能要求在搶答的準(zhǔn)備階段，主持人按下開關(guān)k后，數(shù)顯為“0”，le端口應(yīng)為低電平，只有當(dāng)?shù)谝粋€在搶答鍵按下時，數(shù)碼管顯示相應(yīng)的編號，并且給le一個高電平，鎖存此時的編號，觀察cd4511的邏輯真值表發(fā)現(xiàn)，數(shù)碼管顯示“0”時與數(shù)碼管顯示“1”、“2”、“3”、“4”時，cd4511的輸出端e、f有不同的特性，顯“0”時兩個端口與非

16、可以給le端一個低電平，顯“1”、“2”、“3”、“4”時兩個端口與非可以給le端一個高電平，但此電平不能直接加在le端，因?yàn)槿绻_關(guān)k斷開，bi為低電平，此時數(shù)碼管熄滅，給le的是高電平，將始終鎖存這個熄滅狀態(tài)。因此與非門的輸出端應(yīng)和門控電路的開關(guān)k輸出相與加在le端，這樣le端只有在開關(guān)接通時才有效。四路搶答器鎖存、編碼、譯碼、數(shù)顯電路圖如圖3-9所示：圖3-94報(bào)警電路要求在搶答后顯示編號的同時，揚(yáng)聲器發(fā)生聲響，以示搶答成功，即只有數(shù)碼管顯示“1”、“2”、“3”、“4”時給揚(yáng)聲器一個高電平使之報(bào)警，其他情況均不響。分析cd4511的真值表可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)碼管熄滅、顯示“0”時，cd4511

17、的c、e端口輸出同時為“0”或“1”，因此可以將這兩個端口作為異或門的輸入，異或門的輸出接揚(yáng)聲器的輸入端。報(bào)警電路如圖3-10所示圖3-105完整電路圖如圖3-11所示：圖3-113.3 方案的選擇通過以上分析我們可以看出，這兩種方案所用的元器件數(shù)量差不多，所以從價格和焊接難易程度上說沒什么不同。但我們可以發(fā)現(xiàn)方案一的設(shè)計(jì)更巧妙，其鎖存功能用4511芯片非常簡單，所以我們選擇方案一。第四章 電路測試與仿真5.1啟動仿真電路，可觀察到按鍵k沒有按下時，數(shù)碼管處于熄滅狀態(tài)。5.2將按鍵k按下，搶答處于開始狀態(tài)，數(shù)碼管此時顯示“0”。仿真如圖4-1所示;圖4-15.3按j1鍵，數(shù)碼管立即顯示“1”，

18、揚(yáng)聲器發(fā)出“嘟嘟”聲響，再有其他鍵按下時數(shù)碼管未發(fā)生改變，保持“1”不變，說明編碼、譯碼、鎖存及數(shù)顯、聲響電路正確。仿真如圖4-2所示;圖4-25.4當(dāng)主持人打開按鍵k時，復(fù)位，數(shù)碼管熄滅。此時按任一鍵都改變不了此狀態(tài)，門控電路正常。5.5如此循環(huán)，按下其他鍵測試。5.6完成測試，仿真成功第五章 四路搶答器元器件清單器材數(shù)量（個）單刀單擲開關(guān)1按鈕開關(guān)5二極管（1n4148）2三極管（9013）20.02k電阻10.3k電阻80.33k電阻112k電阻15.1k電阻1蜂鳴器（speaker）1555芯片（ne555）11微法電容10.01微法電容1與非門（74ls00）1與門（74ls08）1異或門(74ls86)1共陰極數(shù)碼管（7seg-com-cathode）1芯片底座（16引腳）4芯片底座（8引腳）1cd4511芯片1導(dǎo)線及焊錫絲若干第六章 焊接電路圖及元件資料6.1 各芯片引腳圖：cd4511引腳圖74ls08引腳圖74ls00引腳圖ne555引腳圖數(shù)碼管引腳圖6.2焊接