抢答器设计报告1

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1 多路抢答器

09通信工程A

2011-11-22

一、任务任务

设计一个多路抢答器

二、设计要求

基本部分:

(1)设计一个智力竞赛抢答器,可同时提供10名选手参加比赛,按钮的编号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10。

(2)给主持人设置一个控制开关,用来控制系统的清零。

(3)抢答器具有数据锁存和显示的功能,主持人将系统复位后,参赛者按抢答开关,则有一个发光二极管发光表明已经抢答完成,数码管显示抢答者的序号,同时发出报警声音。

扩展部分:

(1)抢答器具有定时抢答的功能,且一次抢答的时间可以由主持人设定(如30s)。当节目主持人启动“开始”键后,要求定时器立即减计时,并用显示器显(2)参赛选手在设定的时间内抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号并且清零定时器的时间,并保持到主持人将系统清零为止。

(3)如果定时抢答的时间已到,却没有选手抢答时,本次抢答无效,系统报警,时间显示器上显示00。

图1 定时抢答器总体框图

二、方案设计

本抢答器电路完成基本的抢答功能,即开始抢答后,当选手按动抢答键时,能显示选手的编号,同时能封锁输入电路,禁止其他选手抢答。

抢答器的工作过程是:接通电源时,节目主持人将开关置于“清除”位置,抢答器处于禁止工作状态,编号显示器灭灯,当节目主持人宣布抢答题目后,说一声“抢答开始”。当选手按动抢答键时,抢答器要完成以下三项工作:①优先编码电路立即分辨出抢答者的编号,并由锁存器进行锁存,然后由译码显示电路显示编号;②扬声器发出声响,提醒节目主持人注意;③控制电路要对输入编码电路进行封锁,避免其他选手再次进行抢答。当选手将问题回答完毕,主持人操作控制开关,使系统回复到禁止工作状态,以便进行下一轮抢答。 抢答按钮 编码器电路 锁存器 译码器电路 显示电路

主持人

控制开关 控制电路 报警电路

1秒脉冲

产生电路 定时电路 译码电路 显示电路 主体

电路

扩展

电路

2 三、电路设计

图2 抢答器部分电路

抢答电路的功能有两个:一是能分辨出选手按键的先后,并锁存优先抢答者的编号,供译码显示电路用;二是要使其他选手的按键操作无效。选择二极管1N4148和CD4511译码芯片以及一个反馈回路可以完成上述功能,其电路组成如图2所示。其工作原理是:当主持人控制开关处于“按下”状态时,数码管灭灯。当主持人开关为“断开”状态时,抢答器处于等待工作状态,等待输入端S1-S8输入信号,当有选手将键按下时(如按S5),二极管D6、D7导通,经CD4511译码后,显示器显示出“5”,经过反馈回路使CD4511的LE脚为高,锁存住“5”,封锁了其它按键的输入,其它按键的输入信号不会被接收。第5脚有接一个发光二极管,此时为高电平,红色LED亮,表明已经有参赛者抢答。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后,由主持人操作控制开关S,使抢答电路复位,以便进行下一轮抢答。具体电路如图2所示。

节目主持人根据抢答题的难易程度,设定一次抢答的时间,通过拨码开关对计数器进行预置,选用十进制同步加/减计数器74LSl92进行设计,计数器的时钟脉冲由1秒脉冲电路提供,芯片主要有NE555、74LS192、CD4511组成。其电阻和电容参数计算:由公式:CRRCRRfo2121243.12ln21选取C=10uF,R1=47K,R2=47K。具体电路如图3所示。

报警电路在图3中也有表现,在74LS192的13脚借位端通过或门后接上蜂鸣器,当计时器数码管显示为“00”是,两个74LS192的13脚同时为0,蜂鸣器产生报警声音。并且与之相连的绿色LED亮。

3

图3 定时器部分电路

四、测试结果

用蓄电池(4.5V)作为电源,接上电源,先要按下主持人的按键,定时“30”秒,然后才开始计时抢答。按下1—8按钮的任意一个,数码管显示第一次按下对应的数值,并且不会熄灭,锁存住,而且CD4511第5脚的红色LED会保持亮着,计时器上的时间清零,绿色LED闪亮,蜂鸣器鸣叫报警,表明抢答有效。下一轮抢答,主持人按下按键,数码管显示“0”,红色LED熄灭,计时器又从“30”开始,可以继续抢答。若时间到“0”仍无按键按下,则红色LED保持熄灭,绿色LED闪亮,蜂鸣器报警,表示抢答无效。

测试结果完全满足了设计要求,并且在原有的基本要求下,添加了能随意定时的计时器的功能,适合多种类型的竞赛抢答,可以根据题目的难易程度选择不同的倒计时间。

五、总结心得

通过这次的实验,使我能更加掌握protel,proteus的应用,在设计电路中学会了很多的细节问题,比如参数的计算,芯片的选择,创新的设计思路等等。在制作成品中,发现了并且改正了很多的问题,让我对做电路板能有更深入的认识和知识。

通过此次的实验做板,还让我对PCB的排版问题产生了思考,要怎么样的排版才能既实用又美观,是我以后做电路板要考虑的一个问题。还有元器件的选择,要怎么样才能做到花最少的钱,设计最实用的电路,并且要有创新意识,一块芯片要懂得多种应用。

在以后的学习中,还要多动脑筋多思考才行。

附录1:主要元件清单:

二极管1N4148*17个 微动开*10个 芯片CD4511*3个 74LS192*2个

74HC32*1个 74LS04*1个 NE555*1个 双刀双掷开关*3个

共阴数码管*3个 三极管9013*1个 发光二极管红色和绿色各1个

电阻100K*1 3.9K*1 10K*15 360*23 100*1 电解电容10uF*1个

瓷片电容104*1 蜂鸣器*1个 插槽若干

4 附录2:电路原理图:

2345TitleSizeBDate:File:TRIG2Q3R4CVolt5THR6DIS7VCC8GND1U1NE555C1104+C210UR147KR247K+5VS1P015P11P210P39CU5CD4Q03QB2QC6QD7TCU12TCD13PL11MR14U274HC192P015P11P210P39CU5CD4Q03QB2QC6QD7TCU12TCD13PL11MR14U374HC192A7B1C2D6LT3BI4LE5A13B12C11D10E9F15G14U54511A7B1C2D6LT3BI4LE5A13B12C11D10E9F15G14U44511A7B1C2D6LT3BI4LE5A13B12C11D10E9F15G14U84511R3330R4330R5330R6330R7330R8330R9330R10330R11330R12330R13330R14330R15330R1633012345678161514131211109S2abfcgdeDPY[LEDgn]1234567abcdefgDS1abfcgdeDPY[LEDgn]1234567abcdefgDS2+5VR1710KR1810KR1910KR2010KR2110KR2210KR2310KR2410KR2510K+5VR2610KS3S4+5V123U6A74LS32456U6B74LS328910U6C74LS32111213U6D74LS3212U7A74LS04D1A1K2D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D13A1K2D14A1K2D15A1K2D16D17S5+5V1122LS+5VS6S7S8S9S10S11S121122S13S14R2810KR2910KR3010KR3110KR3210KR3310K+5V+5VR342.2KR35100KQR36330R37330R38330R39330R40330R41330R42330abfcgdeDPY[LEDgn]1234567abcdefgDS3R43360+5VD18LEDR271KD20LED

5 附录3:印刷电路版图: