1、4人智力競(jìng)賽搶答器摘要：數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出；主持人按開始按鈕示意開始，以上兩部分組成主體電路。通過定時(shí)電路實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。經(jīng)過布線、焊接、調(diào)試等工作后數(shù)字搶答器成形。在搶答電路中利用一個(gè)優(yōu)先編碼器譯出最先選手再搶答。當(dāng)選手問答完成后，主持人將系統(tǒng)恢復(fù)至零。關(guān)鍵詞：搶答、計(jì)時(shí)1、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求：1. 設(shè)計(jì)內(nèi)容搶到答題權(quán)的選手的編號(hào)并經(jīng)led顯示器顯示出來，同時(shí)還要封鎖電路以防其他：本課題要求設(shè)計(jì)一臺(tái)可供4名選手參加比賽的智力競(jìng)賽搶答器。2. 設(shè)計(jì)要求：（1）4名選手編號(hào)為；1，2，3，4。各有一個(gè)搶答按鈕

2、，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)對(duì)應(yīng)，也分別為1，2，3，4。（2）給主持人設(shè)置一個(gè)控制按鈕，用來控制系統(tǒng)清零（編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。（3）搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，改選手編號(hào)立即鎖存，并在編號(hào)顯示器上顯示該編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示，同時(shí)封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。（4）搶答器具有定時(shí)（9秒）搶答的功能。當(dāng)主持人按下開始按鈕后，要求定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)，并用定時(shí)顯示器顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出音響，音響持續(xù)0.5秒。參賽選手在設(shè)定時(shí)間（9秒）內(nèi)搶答，搶答有效，揚(yáng)聲器發(fā)出音響，音響持續(xù)0.5

3、秒，同時(shí)定時(shí)器停止倒計(jì)時(shí)，編號(hào)顯示器上顯示選手的編號(hào)，定時(shí)顯示器上顯示剩余搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。（5）如果定時(shí)搶答時(shí)間已到，卻沒有選手搶答時(shí)，本次搶答無效。系統(tǒng)揚(yáng)聲器報(bào)警（音響持續(xù)0.5秒），并封鎖輸入編碼電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器顯示0。（6）石英晶體振蕩器產(chǎn)生頻率為1hz的脈沖信號(hào)，作為定時(shí)計(jì)數(shù)器的cp信號(hào)。2、電路工作原理：電路由脈沖產(chǎn)生電路，鎖存電路，編碼及譯碼顯示電路，倒計(jì)時(shí)電路和音響產(chǎn)生電路組成。當(dāng)有選手搶答時(shí)，首先鎖存，阻止其他選手搶答，然后編碼，再經(jīng)4線7段譯碼器將數(shù)字顯示在顯示器上同時(shí)音響產(chǎn)生。主持人開始時(shí)，倒計(jì)時(shí)電路啟動(dòng)由9計(jì)到0，如有選手搶答，

4、倒計(jì)時(shí)停止。3、選定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，畫出系統(tǒng)框圖4人智力競(jìng)賽搶答器系統(tǒng)框圖如下所示： 振蕩器譯碼器計(jì)時(shí)器顯示器 主持人 顯示編碼轉(zhuǎn)換電路譯碼器鎖存器顯示器顯示選手 4、單元電路設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算及元器件選擇電路是由雙d型觸發(fā)器cd4013、雙四輸入與非門cd4012、四二輸入端與非門cd4011組成的智力競(jìng)賽搶答器。電路工作時(shí)，cd4012中的與非門f1四個(gè)輸入均呈高電平，f1輸出低電平。由于按鍵開關(guān)sa1sa2均未按動(dòng)，cd4013中的a1a4的d端，r端為低電平，則a1a4的q均輸出高電平“1”狀態(tài)，發(fā)光二極管vd1vd4不亮，cd4012中的與非門f2輸出低電平，cd4011中的與非門f3無信號(hào)

5、輸出，蜂鳴片bc不發(fā)聲響。若第一組先按動(dòng)按鍵開關(guān)sa2時(shí)，a1的d1端呈高電平，a1狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，a1的q|輸出低電平“0”狀態(tài)，發(fā)光二極管vd1顯示發(fā)光。a1的q1|輸出送出兩路信號(hào)，一路送至f2的輸入端，f2輸出高電平使f3輸出1khz音頻信號(hào)，蜂鳴片ha發(fā)出聲響；另一路反饋給f1的輸入端，使f1輸出呈高電平。因此，無論是第二組，還是其它兩組再按鍵開關(guān)時(shí)，由于cd4013的cp端為時(shí)鐘脈沖下降沿，雖d端為高電平而不起作用。故此，a2a4被鎖住保持原狀態(tài)，發(fā)光管vd2vd4不亮。當(dāng)主持人知曉是第一組最先搶答時(shí)，便按動(dòng)按鍵開關(guān)sa1，a1的s1端復(fù)位，a1的q1|輸出高電平“1”狀態(tài)，發(fā)光管v

6、d1熄滅，bc發(fā)聲停止，搶答器則又重新開始新的一輪搶答。41單元電路設(shè)計(jì)4.1.1以鎖存器為中心的編碼顯示電路：此電路是以四d觸發(fā)器74ls175為中心的編碼鎖存系統(tǒng)，編碼器的作用是把鎖存器的輸出轉(zhuǎn)化成8421bcd碼，進(jìn)而送給7段顯示譯碼器。其真值表為： 鎖存器輸出 編碼器輸出q4q3q2q1dcba00010001001000100100001110000100由真值表可得出 a= q4 q3 q2 q1+q4 q3 q2 q1 ，b= q4 q3 q2 q1+q4 q3 q2 q1，c=q4q3 q2 q1, d=0 無人搶答時(shí)，輸出為零，有人搶答時(shí)，d觸發(fā)器將數(shù)據(jù)送出同時(shí)封鎖觸發(fā)器脈沖

7、，使其他人不能搶答，送出數(shù)據(jù)經(jīng)編碼器成為8421bcd碼，送到七段顯示器上，顯示搶答選手的號(hào)碼。該部分電路如下圖所示4.1.2 搶答電路：無人搶答時(shí)，輸出為零。有人搶答時(shí)，d觸發(fā)器將數(shù)據(jù)送出同時(shí)封鎖觸發(fā)器脈沖，使其他人不能搶答，通過蜂鳴器輸出。如圖所示，當(dāng)無人搶答時(shí)，4個(gè)d觸發(fā)器的輸出q “與”在一起，為“1”，使脈沖能夠進(jìn)入觸發(fā)器，有一人搶答時(shí)，與門中有一個(gè)變?yōu)椤?”，使脈沖不能進(jìn)入觸發(fā)器，從而防止其他人搶答，而顯示器上只顯示先搶答人的編號(hào)。4.1.3 脈沖產(chǎn)生電路：該電路是由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，使其產(chǎn)生需要的方波作為觸發(fā)器和計(jì)數(shù)器的cp脈沖，由于電路對(duì)脈沖的精確度要求不是很高而晶

8、體振蕩需要分頻，所以采用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，電路及波形如下圖所示：4.1.4 報(bào)警電路：它是由集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74ls121構(gòu)成一個(gè)在下降沿出發(fā)的觸發(fā)器，再接入蜂鳴器，根據(jù)74ls121產(chǎn)生的脈沖寬度t=0.69rc計(jì)算，使得蜂鳴器的鳴叫時(shí)間為0.5秒。再由主持人，選手，倒計(jì)時(shí)共同控制它的輸入，使其在主持人開始，選手搶答，倒計(jì)時(shí)到零時(shí)都能鳴叫。電路圖如下：（74ls121用monostable代替）42 電路性能測(cè)定二極管的檢測(cè):極性的判別：將萬用表置于r100檔或r1k檔，兩表筆分別接二極管的兩個(gè)電極，測(cè)出一個(gè)結(jié)果后，對(duì)調(diào)兩表筆，再測(cè)出一個(gè)結(jié)果。兩次測(cè)量的結(jié)果中，有一次測(cè)量的阻值較

9、大（為反向電阻），一次測(cè)量出的阻值較小（為正向電阻）。在阻值較小的一次測(cè)量中，黑表筆接的是二極管的正極，紅筆接的是二極管的負(fù)極。單負(fù)導(dǎo)電性能的檢測(cè)及好壞的判斷：通常硅二極管的電阻值為5k左右，反向電阻值為無窮大。正向電阻越小越好，反向電阻越大越好。正、反向電阻值相差越懸殊。說明二極管的單項(xiàng)導(dǎo)電性越好。若測(cè)得二極管的正反向電阻值均接近0或阻值較小。則說明該二極管內(nèi)部已擊穿短路或漏電損壞。若測(cè)得二極管正反向電阻值都為無窮大，測(cè)管芯斷路。43元器件選擇集成電路a1a4，f1f2，f3的外形及管腳排列圖如下圖所示。發(fā)光二極管最好選用直徑為10mm以上的，這樣，顯示的亮度清晰，但電阻r1r4的阻值微減少

10、點(diǎn)，其它元器件如圖標(biāo)注選用。 電路中cd4012的輸入只有四個(gè)，本電路則需要五個(gè)輸入端。為此，采用了兩只二極管vd5、vd6進(jìn)行擴(kuò)展，實(shí)際上是利用二極管組成一個(gè)與門，然后移植到與非門電路上去，其效果一樣理想。若感到1n4148的硅二極管導(dǎo)通電壓較高，可選項(xiàng)用2ao或2ak型鍺二極管。為使搶答器中的按鍵開關(guān)與聲音和亮度同步進(jìn)行，將時(shí)鐘脈沖的頻率選為5khz，這樣較高的頻率，可使d觸發(fā)器在發(fā)生狀態(tài)改變過程中，翻轉(zhuǎn)速度加快。5、完整的電路圖6、調(diào)試過程中遇到的問題及解決方法1、在設(shè)計(jì)過程中，我們首先遇到的問題是如何把選手的編號(hào)鎖存起來。后來經(jīng)過查閱資料，我們利用4d觸發(fā)器74ls175的鎖存功能，用

11、74ls175的輸出來控制cp脈沖的通斷，從而完成瑣存功能。2、如何把74ls175的輸出轉(zhuǎn)化成8421bcd碼也是我們遇到的一個(gè)主要問題。后來通過列出真值表（見上面），經(jīng)過反復(fù)比較選用24輸入與門74ls21才得以實(shí)現(xiàn)。3、設(shè)計(jì)題目所要求的在主持人，選手，到計(jì)時(shí)到零時(shí)蜂鳴器的響聲是最棘手的問題，通多次對(duì)電路的改進(jìn)，上機(jī)仿真以及接線調(diào)試，我們利用74ls121來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，從而實(shí)現(xiàn)此要求。其工作情況如下圖所示：主持人到計(jì)時(shí)到零無人搶答時(shí)有人搶答時(shí)7、設(shè)計(jì)心得體會(huì)三周的電子實(shí)習(xí)，留給我印象最深的是要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須要有耐心，要有堅(jiān)持的毅力。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，如cp脈沖的供給通斷，到計(jì)時(shí)電路的零時(shí)刻鎖存，和搶答器的選手號(hào)鎖存等。在多種方案的選擇中，我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因，最后還是在老師的耐心指導(dǎo)下，使整個(gè)電路可穩(wěn)定工作。實(shí)習(xí)過程中，我深刻的體會(huì)到在設(shè)計(jì)過程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過程很可能相當(dāng)煩瑣，有時(shí)花很長時(shí)間設(shè)計(jì)出來的電路還是需要重做，那時(shí)心中未免有點(diǎn)灰心，有時(shí)還特別想放棄，此時(shí)更加需要靜下心，查找原因。總體來說，這次實(shí)習(xí)我受益匪淺。在摸索該如何設(shè)計(jì)電路使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增加了實(shí)際操作能力。在讓我體會(huì)到了設(shè)計(jì)電路的艱辛的同時(shí)，更讓我體會(huì)到成功的喜悅和快樂。