八路抢答器的设计

一、设计任务书设计、制作一个能够实现一下功能的八路抢答器：（1）输入为八个抢答开关、一个复位开关，抢答结果由LED数码显示；（2）当无人抢答时，LED数码管应显示为0；（3）当某人抢答按下某个开关时，其输出应显示相应的抢答者的位置编号并保持锁存，且对于后续抢答者的抢答请求不予反应；（4）下一轮抢答开始时，能够通过按键实现解锁，解锁后电路恢复允许抢答状态，进行下一轮抢答；1、所设计的电路必须存在抢答开关阵列才能实现抢答功能；二、设计任务分析2、电路中必须存在能够显示抢答结果的LED数码管，该数码管在抢答结束后，应当立即显示对应的抢答结果。抢答器复位后，该数码管显示为“0”，以表明当前状态为待抢答状态；3、电路中必须存在锁存电路，以使抢答器在响应某个抢答请求后，对后续抢答者的抢答请求不予反应；二、设计任务分析5、电路中必须设置一个复位按键，使抢答器复位，以便在本轮抢答结束后，能够可靠地进入下一轮抢答。4、电路中必须存在编码电路，以便将抢答者的抢答信息进行编码，并供显示电路进行显示。6、倒计时功能，抢答开始后开始计时，30秒到停止抢答。（1）开关阵列电路：抢答输入八人抢答器原理开关阵列电路电路触发锁存编码器七段显示译码器数码显示器解锁电路（2）触发锁存电路：抢答控制（3）编码器：抢答者序号编码（4）7段显示译码器：抢答结果译码驱动（5）数码显示器：抢答结果显示（6）解锁电路：本轮抢答后复位，以便进入下一轮抢答1、电路作用抢答者序号显示电路主要用于显示抢答者的序号，以便主持人能够及时了解抢答的情况。抢答者序号显示电路2、电路组成抢答者序号显示电路主要由译码驱动电路及数码显示电路组成。在实际电路设计过程中，译码驱动电路一般可以直接使用专用数字集成电路，而数码显示电路一般使用七段LED数码管。常用的数字显示器有多种类型，按显示方式分，有字型重叠式、点阵式、分段式等。按发光物质分，有半导体显示器，又称发光二极管(LED)显示器、荧光显示器、液晶显示器、气体放电管显示器等。目前应用最广泛的是由发光二极管构成的七段数码显示器。七段数码显示器就是将七个发光二极管（加小数点为八个）按一定的方式排列起来，七段a、b、c、d、e、f、g（小数点DP）各对应一个发光二极管，利用不同发光段的组合，显示不同的阿拉伯数字。LED数码显示器按照器件内部的不同连接方式，LED七段数码显示器可以分为共阳和共阴两种，具体内部电路连接方式如上图所示。在实际使用时，为了避免LED因为工作电流过大而损坏，一般在COM端与电源（共阳）或地（共阴）之间串连一只限流电阻，该电阻一般为100欧姆（功率一般为0.5W）。COMCOMaabbccddeeffggDPDP共阳共阴LED数码管内部电路七段显示译码器CD4511是一种与共阴极数字显示器配合使用的集成显示译码驱动器，是一种以CMOS制成的中规模集成电路（Medium-ScaleIntegratedCircuit，简称MSI），它的功能是将输入的4位二进制BCD码转换成显示器所需要的七段驱动信号a～g，它与共阴极数码显示管配合使用。该芯片为DIP16封装（Dualin-linePackage，简称DIP），其引脚分布如下图所示：译码驱动电路CD4511介绍BCLTVccfgabcdeGNDDLEBLACD4511CD4511真值表LTBL911001111001011811111110001011700001111110011611111000110011511011011010011411001100010011311001111100011210110110100011100001101000011001111110000011锁存***********111灭0000000XxXXX0181111111xxxxxx0显示gfedcbaABCDLEBCLTVccfgabcdeGNDDLEBLACD4511思考：依据CD4511的真值表和共阴LED数码管，如何设计数码管显示电路?LED数码显示电路设计LED数码显示电路检查图中是否存在错误？同时在进行电路装配时。注意图中LED数码管的引脚排列顺序，如果引脚顺序弄错，将导致LED数码管显示错误或者为乱码。抢答信号编码1、电路作用编码电路主要用于依据抢答者的抢答情况，对其进行编码，以产生满足显示电路所需要的对应于抢答者序号的十进制编码。编码电路2、电路组成在实际电路设计过程中，编码电路一般可以直接使用专用数字集成电路，在本设计中主要采用74LS147作为编码电路。1、芯片功能介绍74LS147是DIP16封装，为10线-4线优先编码器，具备9路输入，输出为4位十进制编码。74LS147简介2、真值表3、芯片引脚1、芯片功能介绍74LS147是DIP14封装，为6非门电路，可以实现对6路信号取反。74LS04简介2、逻辑符号3、芯片引脚1Y=1A，其余以此类推。1、芯片使用注意事项在本设计中，只需要使用8路，因此对多余的一个引脚必须进行处理，结合该芯片的真值表，对多余的引脚（10脚）进行处理（在数字电路中对多余引脚的处理方法一般为接地或者接电源的方法，需要视具体电路作不同的处理。）。该芯片的15脚为空余端子，在使用时可以不作任何处理。该电路的输出为十进制编码的反码，为了确保译码显示电路能够正确译码及显示，在实际电路中还需要对该电路的十进制编码输出端进行取反处理，一般在其每个输出端接一个非门即可。编码器电路设计2、编码电路抢答信号输入抢答者序号编码输出1、电路作用锁存电路主要用于对抢答者的抢答信息进行锁存，以确保电路只响应一位抢答者的抢答请求。解锁电路主要用于在本轮抢答后，主持人解除本轮抢答信息，以便能够进入下一轮抢答。锁存及解锁电路2、电路组成在实际电路设计过程中，锁存电路一般可以直接使用触发器构成，该电路有别于前面使用的数字集成电路。该电路的输出不经取决于电路的当前输入状态，还与电路的上一个状态有关，称为时序逻辑电路（前面介绍的为组合逻辑电路）。在本设计中采用74LS373作为锁存电路。解锁电路主要对锁存器的控制端进行控制，为不影响锁存器的正常工作，需要和锁存电路共同控制锁存器的控制端（借助于或门电路实现）。1、芯片功能介绍74LS373是DIP20封装，8路锁存器，三态输出（0，1，高阻）。74LS373简介4、内部结构2、芯片引脚3、功能表1、芯片功能介绍74LS30是DIP14封装，8输入与非门。74LS30简介5、内部结构2、芯片引脚3、功能表4、逻辑关系1、芯片功能介绍74LS32是DIP14封装，4-2输入或门集成电路。74LS32简介5、内部结构2、芯片引脚3、功能表4、逻辑关系1、电路设计注意事项为可靠地实现锁存器的锁存功能，需要对锁存器的使能端进行控制，主要借助于抢答信号对74LS373的使能端进行控制（依据74LS373的11脚的控制特性，锁存器输出经过74LS30后控制。）。为不影响锁存电路的正常工作，通过外电路产生一个高电平和抢答锁存信号相或之后控制74LS373的11脚。锁存及解锁电路设计2、锁存及解锁电路抢答开关信号抢答信号1、电路作用开关阵列电路主要用于对提供抢答者抢答手段，该电路产生抢答开关信号，为锁存电路提供抢答开关信号。开关阵列电路2、电路组成结合实际要求，该电路主要由开关及上拉电阻构成。1、电路设计注意事项结合锁存电路及编码电路的要求，在待抢答状态时，开关阵列电路提供高电平信号，在抢答者抢答时，对应的抢答信号应当为低电平。开关阵列电路设计2、开关阵列电路抢答开关信号结合整体电路框图，设计整体电路并绘图。绘图时不要忘记集成电路的电源及接地引脚的正确连接。整体电路设计整体电路（错误）整体电路（正确）元器件清单名称型号（规格）数量按键不带锁8集成电路74LS373174LS30174LS32174LS041CD4511174HC1471LED数码管单字共阴1电阻100/0.25W110K/0.25W8510/0.25W1集成电路插座DIP143DIP162DIP201DIP2411.电源线与地线的颜色要有区分：电源（红线），地线（黑线）。其余（白线或者其他颜色，但是不能是红色和黑色）2.做到横平竖直，紧贴PCB板。包括元器件也紧贴印制板（贴底焊），集成电路首先焊接插座，插座焊好后，将集成电路直接装入集成电路插座即可。3.线与线不能交叉。4.尽可能不要在焊接面布线。5.焊点均匀饱满，不虚焊、不漏焊。6.按键及LED数码管的放置要符合常规使用习惯。PCB布线及装配注意事项1.首先装配译码驱动及显示电路，并完成该部分电路的测试；电路装配及测试流程2.装配译码电路，并完成该部分电路的测试；3.开关阵列、锁存及解锁部分，并完成该部分电路的测试。在电子制作中，元器件的连接处需要焊接。焊接的质量对制作的质量影响极大。所以，学习电子制作技术，必须掌握焊接技术，练好焊接基本功。1.焊接准备:清理工作台、准备好焊料、焊剂、镊子、剪刀等必备工具.特别是准备好烙铁。(功率合适、调整好电烙铁的温度、使烙铁头始终处于吃锡状态)焊接准备1)元器件引出脚上锡。2)手工焊接的基本步骤。焊接过程焊接要求焊接要求1、当无人抢答器，数码管应显示“0”。2、1～8开关分别按下时分别有“1～8”的数码显示，并有锁存功能。3、具有解锁功能，当按下解锁健时，八人抢答器应能解锁。电路调试