四路抢答器设计报告

一、设计目的1.掌握四人智力竞赛抢答器电路的设计、组装与调试方法。2.熟悉数字集成电路的设计和使用方法。二、设计任务与要求1.设计任务设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。选手时，数码管显示选手组号，同时对应的LED灯亮。2.设计要求1)四名选手编号为:1,2,3,4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的组号对应，也分别为1,2,3,4。2)给主持人设计一个控制按钮，用来控制系统清零(抢答显示数码管灭灯）和抢答开始。3)抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即被锁存，并在抢答器上显示该编号，同时LED灯给出灯光提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。抢答选手编号一直保持到主持人清零为止。4)用555产生频率为1Hz的脉冲信号，作为定时计数器的ＣP信号。三、四人智力竞赛抢答器的电路原理及设计方案一:1.四人智力竞赛抢答器的原理仿真图如下其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到清除状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯；主持人将开关置开始状态，宣布开始抢答器工作。选手按抢答按钮抢答时，信号通过D触发器锁存并输出到后级得CD4511BCD译码器和发光二极管；根据信号点亮发光二极管和数码管显示按钮的编号。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作清除和开始状态开关。２．单元电路的原理分析：1）抢答器电路其功能主要有74LS175D触发器和74LS20和74LS00完成。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，；二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程：开关J2置于清除端时，74LS175D触发器的CLR端均为０，Q端均为0,Q=1，所以数码管显示0所有发光二管不亮；。当开关J2不接地即打开时抢答开始，当无人按抢答开关时锁存器Q输出全为高电平经为几个非门仍为高电平锁存器处于等待接收触发状态当选手按下抢答开关时（如第一个抢答开关）1D=1，Q=0，使得CP=1这样使得无论输入何种信号输出将保持不变（脉冲信号不能进入触发器）从而禁止了其他选手的按键操作，当按键松开即按下时，74LS175的锁存保持功能，此时由于仍为１Ｑ＝１，使CP＝１，所以74LS175仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将J2开关重新置清除端，然后再进行下一轮抢答。74LS175其功能表如下：2）数码管显示电路采用CD4511BCD译码器和七段数码管来实现。CD4511的真值表如下：七段数码管的管脚如图3）脉冲产生电路这部分电路主要通过NEE555定时器来产生，频率课通过RC来改变。4）LED电路主要用发光二极管和三极管来实现。四、安装与调试过程①首先应对整个电路在电路上布好局，画出电路的布局图表上芯片各封装管脚号，方便焊接和连线。②先把所有元件都插到电路板上（通过把管脚弯曲使其稍微固定）而后一个模块一个模块的焊接，焊接时尽量能借助各元件的管脚（有的管脚比较长）来实现元件的来连接，无法避免的交叉处和够不着在使用导线连接。各模块焊接完后在焊接模块间的连接。③调试，开始每一个灯亮，后来发现555定时器没节5V电源;又有只两个灯，且开关失效，经检查发现控制开关和74ＬＳ175输入端的电阻一端没接地。接好后仍然有两灯亮着，按下控制开关能让两者的灯灭松开后又亮；这因该是74ＬＳ175芯片上出错了，就是有两个输出始终为高点平，两个始终为低电平。④排除故障的方法；1）首先用万用表调到测各该联通的地方有没连上接上或是否有地方短路了。2）对着电路板（焊接面）把焊接的电路画了出来，再对照原理图查。五、元件清单数字集成电路74LS175、CD4511、74LS20、74LS00各一片，NE555定时器一片，510欧姆的电阻8各，10K的电阻10个，100K的电阻1个，三极管4个，发光二极管4个，0.01uF电容2个，4个二极管。五个开关。方案二：我自己通过在图书馆和网络上查阅资料，自行设计出了一个四路抢答器，我通过原理检查和模拟仿真证实我自己设计出来的电路是可以实现抢答功能的。下图就是我自己设计出来的抢答器电路通过仿真后的仿真原理图：我设计出来的电路图实现了抢答功能，即当第一位选手摁下抢答开关并不放的时候，其他选手再抢答为无效，同时指示灯显示第一位抢答选手的位置，如果再接入基于cd4511的七路数码管显示器就能显示抢答选手的序号。我自己设计的电路图与老师给我们的示例原理图相比，优点是所用的元器件少而且简单此原理图是通过简单的数电逻辑推导出来的，因此，实现简单、所用元器件少是它的一个突出的优点。由于我设计的思路不是很完善，设计出来的抢答器电路有一些缺陷:由于没有使用锁存电路导致我设计的抢答器不能实现锁存功能，以至于需要选手们在抢答的时候要按着抢答开关一直不放，这是我在设计抢答器的过程中犯下的一个致命的错误，也是我在课程设计中没有用此简单的方案二设计电路而改用方案一的主要原因。六、心得体会1.通过本次数字电子实习加强了我们动手、思考、解决问题的能力。在整个实习过程中，我们通过自己的努力设计出了一些抢答器的原理图，但是由于考虑不周全导致一些电路虽然实现了抢答功能，但由于原理上的不完善而不具备基本的实用功能。通过分析比较我们选出了最佳的设计电路。这是一种自我批判和积极进取的精神。2.通过本次课程设计，我们培养了一种认真细致，思维严谨的科学精神，我们通过自己的行动来让自己明白了这些精神在我们以后的学习和生活中必不可少。我们在焊接的过程中只要稍稍的不留神就很有可能接错线和管脚，由于一时的不细致将导致整个抢答器不能工作，将要花费我们大量的时间去发现错误排除错误，这将大大的延期我们完成作品时间。这就是所谓的欲速则不达。3.通过实习我们对这些几本的芯片的功能有了一定的了解，能够熟知他们的封装管脚图和实现的基本功能。对各种抢答器的电路原理已经烂熟于心，还有对每种不同的抢答器的原理区别和电路设计的优缺点已经有了一些了解。4.我们在学习了模电之后对数电有了一个比较深厚的认识，了解到了数电和模电在我们学习和生活中的应用，同时我们也深感我们没完全理解数字电子技术在上理论上的学习和研究，我们还有很多东西要学，现在所学到不过是九牛一毛！我们应结合一些实例来学习理论知识！5.通过本次课程设计我学到了很多在理论课上所学不到的东西，这提醒着我们要将理论用于实践，这样我们才会对所学的东西有一个跟家深刻的理解。最后感谢老师给我们提供了这次让我们受益匪浅的实习机会。