八路抢答器及彩灯循环控制器_百度文库

1、八路智力竞赛抢答器的设计与制作一 设计任务与要求1. 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0 S7表示。2. 设置一个系统清除和抢答控制开关S ，该开关由主持人控制。3. 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED 数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。4. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动 开始 键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停

2、止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。二、设计原理与参考电路1数字抢答器总体方框图如图所示为总体方框图。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，定时器显示设定时间；选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。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单元电路设计本抢答器仅用两块数字芯片便实现了数显抢答的功

3、能，与其他抢答器电路相比，有结构简单、成本低、制作方便的优点。实用可靠、成本极低，十分适合学校教学使用。设计原理图： 原理图见上图所示，为常用的四七段译码器，其为试灯脚；为消隐（灭灯）脚，和接高电平（电源）；端为选通脚，开始抢答前接低电平。1、2、6、7脚为码输入端，915脚为七个输出端，直接驱动数码二极管显示器，接通电源开关，数码管显示“”。CD4511真值表如下： 3锁存电路与7段显示译码器 74LS30引脚图 74LS00引脚图 74LS04引脚图07为8个抢答按键，是码段译码器。74LS30是输入与非门. 初始状态下，驱动数码管显示，即、这六个笔画为，仅笔画为，现将笔画信号用三极管90

4、13反相，这样，在初始状态下，74LS30的个输入端便全为，其输出为，使段译码器处在译码状态，这时按键信号可以输入。又因显示除以外的其他数字时，a 这个图画信号至少有一个是，使74LS30输出，相应地，段译码器处于锁存状态。所以当某一按键按下时，74LS20就输出锁存信号，使段译码器将已键入的数字锁存显示。这样，后按下的键就不起作用了，数码管就只显示最先按下的键号，起到了抢答的作用。和组成积分电路对锁存信号作短暂的延时，其作用是让数字电路有足够的响应时间，使锁存稳定，以免显示乱码。8为复位键，该键在主持人喊“开始”前按下，按下后数码管显示。 74LS20的引脚图4. 数码管引脚图5所需的实验器

5、材： a.实验电路面包板一块 b.CD4511、74LS20、74LS00、74LS04、共阴译码管各 1 只 c.二极管 9 只、开关 9 只、蜂鸣器 1 只、9013 三极管 1 只 d.1K 电阻 4 只、8050 三极管 1 只 三一些错误 1 显示器上不显示数字，我们从后级往前级进行测试，首先用 1.52V 的电 压作用各个笔段,看对应各笔段是否亮,判断是否完好。若完好则继续检测 CD4511 芯片是否完好。在 CD4511 的 A、B、C、D 四个输入端随意输入一组二进 制数码（用高低电平表示 1 和 0，此处注意要用到 8V 以上的电源电压），看是 否能显示数字。无显示的故障一般

6、问题出在这两个环节。 2 若显示器上显示的是不符合要求的数字，在设计原理正确的前提下，首先 通过测试判断 CD4511 的输出 ag 与 LED 管的 ag 笔段是否连接有错。其方法 是 CD4511 的输出 ag 分别按规律输入高低电平，观察 LED 管是否显示相应的 数字。如果这个环节正常，则问题在二极管编码电路，再逐一进行检查。 3 如果不能锁存，或是锁存不了 1 和 7，则问题在锁存电路，应该从原理上进 行分析。锁存电路的设计原理是：启用 CD4511 的锁存功能端 LE，高电平有效， 即输入高电平时执行锁存功能。锁存器应能锁定第一个抢答信号，并拒绝后面 抢答信号的干扰。如何设计呢，我

7、们对 09 十个数字的显示笔段进行分析，只 有 0 数字的 d 笔段亮与 g 笔段灭，其它数字至少有一点不成立。由此可以区分 0 与其它数字。我们将 LED 管的 a 笔段与 g 笔段的输入信号反馈到锁存电路，通 过锁存电路控制锁存端 LE 输入为 0 或 1（锁存与否）。当 LED 显示器显示为 0 时，LE=0，CD4511 译码芯片不锁存；当 LED 显示器显示其它数字时， LE=1，芯 片锁存。这样只要显示器上显示为 0，CD4511 译码芯片才不锁定，显示其它数 字均锁存。所以只要有选手按了按键，显示器上一定是显示 18 的数字，LE=1 芯片锁存，之后任何其他选手再按下按键均不起作

8、用。例如 SB1 键先按下，显 示器上显示 1，LE=1 芯片锁存，其他选手再按 SB2SB8，显示器上仍显示 1， SB1 按下之后的任一按键信号均不显示。直到主持人按清零键 SB9，显示器上又 显示 0，LE=0，锁存功能解除，又开始新一轮的抢答。 若所有的数字都不能锁存，说明不管 LED 显示什么数字，CD4511 管脚的 5 脚输 入为电平，可能是 5 脚与地短接或者是锁存电路的两个二极管 VD13 和 VD14 断 开等故障；若只有 1 和 7 两个数字不显示则可以分析一下其原因：显示 1 和 7 数字时 g 段不亮，CD4511 的 g 输出端为低电平，VD14 截止，而 b 段亮

9、 d 段不亮 本应该三极管 VT 截止而使 VT13 导通，产生高电平（锁存信号）给 LE，现在不 能锁存说明 VD13 截止，推断是三极管击穿损坏。 4 在测试的过程中我们一定要注意，高低电平的测试电压数值要针对不同的 电路而选取不同的数值。 比如， 针对 LED 管， 高电平只能用 1.52V,而在 CD4511 的输入端高电平要用到 8V 以上的电源电压。选高了，会烧管子；选低了，会看 不到效果，甚至产生误判断。 5. 判断 PNP 型和 MPN 型晶体管：用万用表的 R1k(或者 R100档。用黑 表笔接晶体管的某一个管脚，用红表笔分别接其它两脚。如果表 针指示 的两个阻值都很大，那么

10、黑表笔接晶体管的某一个管脚，用红表笔接其它两脚。 如果表针指示的两个阻值都很大，那么黑表笔所 接的那一个管脚是 PNP 型的基极，如果表针指示的两个阻值都很小，那么黑表笔所接的那个一个管脚 是 NPN 型的基极；如果表针指示的阻 值一个很大，一个很小，那么黑表 笔所接的那一个管脚不是基极。这就要另换一个管脚来试。以上方法，不但可 以判断基极，而且可以 判断是 PNP 型还是 NPN 型晶体管。 判断基极后就可以进一步判断集电极和发射极。先假定一个管脚是集电极， 另一个管脚是发射极。然后反过来，把原先假定的管脚对调一下，再估测值， 其中，值大的那次的假定是对的。这样就把集电极个发射极也判断出来了

11、。 四.遇到的困难及解决的方法: 1.我们这次做的八路抢答器是安装在面包板上的。在安装电路之前要仔细的检 查一下面包板的导通状态。也许在面包板的插孔里面留下硬线的铁丝。或有的 2 个孔之间不能导通的倒通了。在安装元件之前都要把这些问题排除掉。要不然 在调试的时候很难找到问题的出错点。 2.在安装的时候要小心不要把二极管的正反接错了。要不然在数码管就不能显 示正常的数字。有时候连数码管都不亮。 3.在安装开关的时候要注意 4 脚开关的脚的导通状态。在接导线的脚和接二极 管的脚之间不能让他们短路。要不然开关就起不到开关的作用了。相当于导线。 在设计中还有一只三极管，同样也要正确的判断它们 3 只脚

12、的 b，c，e，如果出 错了，则 74LS30 的锁存功能将遭到破坏。 4.在布线的时候也要注意，铁丝不能插的太深，也不能搭高架桥似的，因为这 些细节的出错往往很难找到错的原因。 六、总结 在这段时间中自己学会了很多东西，如设计电路最重要的是思路要清晰， 一旦有了自己的思路就应该有层次有条理的探索下去，只要坚持自己的观点和 判断，就一定能实现，即便最后发现走进了死胡同，但是探索设想与求证的过 程却是通往另一条道路必不可少的环节。 在完成这次设计的过程中，我也有参考相关的设计课题，甚至还花了很长 的时间去弄清楚别人的设计，以至于后来被束缚住，对自己的设计没有了头绪。 学习吸收别人的长处是应该的，

13、但是不能完全沉浸进去，要有自己的思路和观 点，并且努力去实现。这就是快乐的最大源泉。 在完成本次课设的过程中开始的头几天一直在纠结于用 74LS194 实现移位 寄存器，因为它的原理是很简单的，可是在实际连电路的过程中，一下子遇到 了很大的困难，因为外界的干扰因素实在太多了，稍不注意就碰到某个导线了， 结果发光二极管就不亮，于是自己得检查到底哪里出现了问题，有得费很长时 间去检查管脚是否连错，导线是否松动，或者导线是否坏掉等等情况。 经过这次试验，终于感觉到了理论与实际的差别有多大了，当然这个过程 也是非常的考验人的，不仅仅是考察你的理论知识，动手能力，以及检查问题 并解决问题的能力，更是在考验一个人的耐心，细心。在连接电路的过程中， 丝毫不得马虎，必须清楚的了解每个芯片的管脚分布图，功能表。 说实话，在实验过程中出现问题并不可怕，可怕的是在反复的受挫中没有革 新，不能改进自己的方法和思路。因此自己应该具有创新思维。 通过这次课程设计，我对电子技术中的诸多知识有了更深层次的理解，也 初步学会了如何将理论知识有