单片机电子系统课程设计报告—八路定时抢答器

1、-电子系统设计课程设计实训报告*： *： 专业班级： 指导教师： 设计题目： 定时8路抢答器完成时间： 2021年6月24日功能20%实训60% 设计报告20%总评简易难度10%控制方式10%原理图10%装配图10%元器件焊接10%自控质量10%功能实现10%质量评估10%格式5%容15%指导教师签名：摘要抢答器是一种常见的电子产品，尤其是在各类智力竞猜中，为了实现选手的公平性，性能优良的抢答器往往更能得到各单位的青睐。本系统设计，采用了简单常用的芯片而实现了8路可定时及可预置数的抢答器。抢答器采用了优先编码锁存的功能，解决了抢答会出现一些根本问题，提高了抢答的效率和趣味，采用了可随意预置数以

2、及自动封锁电路的功能，增强了灵活性和自控性。它用3个七段数码管来显示，且具有简单精准的报警电路。所选方案的一个很重要的特点在于具有灵活性，主持人可以根据题目难易进展时间设定，这样进一步保证了公平性。由于它具有本钱低廉，构造简单，且性能优良的诸多优点，必定会得到广泛的应用。关键词：NE555P多谐振荡、优先编码、HCF4511、时间设定、74LS192。目录第一章设计要求及原理- 3 -1.1设计要求- 3 -1.2根本原理- 4 -1、 电路的总体模块- 4 -2、电路系统总框图- 4 -3、工作原理- 4 -1.3 系统总体原理图- 5 -1.4系统各模块设计- 5 -1、电源模块- 5 -

3、2、抢答模块- 6 -3、 定时模块- 7 -4、 控制模块- 8 -第二章数码管及芯片- 10 -3.1 数码管显示原理- 10 -3.2 74LS192芯片- 10 -1、芯片引脚图- 11 -2、引脚功能符号的意义- 11 -3.3 HCF4511芯片- 11 -1、芯片引脚图- 11 -2、芯片增值表- 12 -3.4 TC4011芯片- 12 -1、芯片引脚图与逻辑图- 12 -2、芯片功能- 12 -第三章制作- 13 -2.1 元器件的选择- 13 -2.2 元器件焊接- 13 -2.3 功能的调试- 13 -2.4 装配图- 14 -第四章心得体会- 15 -第五章参考文献-

4、16 -附录- 17 -第一章 设计要求及原理1.1 设计要求1、根本要求（1） 选手每人一个抢按钮，按钮的编号与选手的编号一样。（2） 抢答器具有优先抢答功能，先按按钮的选手编号能被锁存显示，并有音响提示。（3） 主持人有控制开关，可以手动清零复位。2、发挥局部（1） 抢答器具有定时抢答的功能，主持人可以设定抢答时间，抢答开场定时器减计数，并有数码显示，同时有嘟嘟的提示音时间为0.5s。（2） 选手在设定时间抢答，抢答有效。超出设定时间，本次抢答无效。抢答器报警，并封锁电路，显示器显示00。1.2 根本原理1、 电路的总体模块2、电路系统总框图3、工作原理 如电路的总体框图所示，整个电路有电

5、源供电，由选手的抢答器按键编号进展BCD编码，然后将最先按下按键的选手锁存并用数码管显示，使得其他选手无法在改变抢答结果，并由控制电路控制抢答时间及抢答的开场和完毕，由脉冲电路来设定时间间隔及模拟秒钟滴答的声响，且由音响提示电路提醒主持人有人抢答及抢答时间已到，而当抢答时间到时会封锁整个电路，只有控制电路才才能解除锁定。1.3 系统总体原理图1.4系统各模块设计1、电源模块其根本功能是为其他模块提供5V直流稳压电源，Header2接变压器的次级输出，次级电压经桥路整流后，再被C3、C4滤波去高频，后经三端稳压器7805，C6、C7用来滤除杂波，DS2为输出电源指示灯，最终输出5V直流电压供电。

6、2、抢答模块1优先编码电路如图抢答模块电路，优先编码电路由S3S10一共8个按键及D9D21一共13个二极管构成的BCD码编码电路，每一个按键就代表一个选手的编号也就是编码最后显示出按键编号就是18号。（2） 锁存电路这局部电路也就是抢答模块的核心电路，它是通过断码锁存的原理来实现将选手编号进展锁存至数码显示，但只有0不会被锁存。所谓的段码锁存，通过数码管的其中几段来实现将数字锁存的功能，具体实现就是三极管的集电极接4511译码输出12脚也就是数码管的B段，基极接D段，而G段直接接4511锁存端，这样当没有输入时，数码管显示0，这时G段为低电平其他各段均为高电平，且此时三极管导通接地，所以这样

7、0就不会被锁存，当有输入时，只要G段数码管有高电平，就能将数字锁存，当G段为低电平时，如1B段为高电平而D段为低电平，则三极管不导通，仍可以将数字锁存住。（3） 显示电路就是通过4511译码器将编码电路信号转换成相应的二进制码使数码管显示相应的数字。3、 定时模块 该局部电路主要是通过74LS192可逆计数器及拨码开关来实现可预置时间的定时作用，拨码开关同样是按照BCD码编码，然后控制74LS192的预置数控制端来控制时间的设定最后通过4511译码显示将时间通过数码管显示出来。主要实现减计数局部的就是第二用NE555P构成的多谐振荡器，调节电位器使得输出方波频率为1赫兹即周期为1s，占空比趋近

8、于50%。4、 控制模块该控制模块有几个局部组成：1定时模块控制这个局部是用于控制定时模块脉冲输出的启动和停顿及预置数控制。经反复试验，最终选用36k上拉电阻使的74LS192预置数控制端电平的稳定以至较少出现不稳定现象。这局部是对定时模块的清零复位端的控制，用了一个10uF电容及1k下拉电阻实现其上电复位的状态，同时防止按下按键时的短路情况，用一个轻触式开关实现对他的控制。（2） 抢答模块控制该局部电路主要是通过一个按键及上拉电阻实现对锁存状态的复位，和通过一个三级管来对该模块的封锁和开启。控制该三级管的是定时模块高位的借位输出端，当时间到时，借位输出端由原来的高电平变为低电平，而使原本导通

9、的三级管截止，实现对电路的封锁。（3） 报警电路的控制该局部用了4011的一局部来代替反相器，实现对报警电路的控制，当定时模块高位借位输出高电平是，该局部将电平反相变为低电平，则蜂鸣器不响，当时间到时，借位端输出低电平时，则通过该与非门输出高电平，蜂鸣器响到达报警效果。第二章 数码管及芯片3.1 数码管显示原理LED显示器工作方式有两种：静态显示方式和动态显示方式。静态显示的特点是每个数码管的段选必须接一个8位数据线来保持显示的字形码。当送入一次字形码后，显示字形可一直保持，直到送入新字形码为止。这种方法的优点是占用CPU时间少，显示便于监测和控制。缺点是硬件电路比拟复杂，本钱较高。 动态显示

10、的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好似各位数码管同时都在显示。动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。考虑到单片机的接口有限，故采用数码管的动态显示。图3.1共阴及共阳接线图3.2 74LS192芯片74LS192是同步可拟计数器，具有双时钟输入，并具有去除和置数等功能。 利用一块74LS192作十进制09加法计数。用两块74LS192组成二位计数脉冲上升沿触发的计数电路，作十进制数0

11、99计数。用计数器的预置BCD码的输入端和预置数装入端设计一个22进制和特殊15进制1-15的计数器，并验证该电路的正确性。1、芯片引脚图2、引脚功能符号的意义D0D3：并行数据输入端 Q0Q3：数据输出端CU：加法计数脉冲输入端CD：减法计数脉冲输入端RD ：异步置 0 端高电平有效：置数控制端低电平有效 ：加法计数时，进位输出端低电平有效：减法计数时，借位输出端低电平有效3.3 HCF4511芯片七段显示译码器HCF4511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-Scale Integrated Circuit，简称 MSI，

12、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ag，它与共阴极数码显示管配合使用。该芯片为DIP16封装Dual in-line Package ，简称DIP，1、芯片引脚图2、芯片增值表3.4 TC4011芯片1、芯片引脚图与逻辑图2、芯片功能(1)当*=0、Y=0时，将使两个NAND门之输出均为1，违反触发器之功用，故制止使用。 (2)当*=0、Y=1时，由于*=1导致NAND-A的输出为1，使得NAND-B的两个输入均为1，因此NAND-B的输出为0。 (3)当*=1、Y=0时，由于Y=0导致NAND-B的输出为1，使得NAND-1的两个输入均为1，因此NAND-A

13、的输出为0。 (4)当*=1、Y=1时，因为一个1不影响NAND门的输出，所以两个NAND门的输出均不改变状态。第三章 制作2.1 元器件的选择由于大多数元器件都要求不高，在此不多做介绍。1、 芯片选择了常用的译码器4511，可逆计数器74LS192，定时器NE555P，稳压器7805。2、 显示选择了常用的一位共阴数码管。3、 一般下拉电阻选择了10k的电阻。4、 开关管选择了常用的三极管9014。5、 按键为普通的轻触式开关以及控制开关为自锁按键。6、 比拟特殊的是74LS192预置数控制端的上拉电阻，选用的是36k电阻，为了确保电平的稳定，及一些预置数输入端选择了470欧的下拉电阻，原因

14、是当下拉电阻过大时，预置数会自动出现高电平。7、 为了预置数方便选择了4位拨码开关。8、 定时器的调节频率及占空比的电阻选用了15k和电位器100k，以实现周期为1s。2.2 元器件焊接根据前面画好的原理图用万用板焊接出来制作成实物电路板，将选择好的元器件按设计好的焊接图依次焊上，在焊接之前要检测一下元器件是否有损坏的，焊接的时候要注意防止虚焊，防止后面调试时出现不必要的麻烦，有极性的电容及二极管，三极管等焊接时管脚不要焊错，焊完以后对照原理图确认一下是否有少焊的地方，以上步骤都为后面的调试带来了很大的方便。2.3 功能的调试焊接完电路后就进入调试局部，调试由较复杂的减数器开场，在电源灯正常显

15、示的情况下，电路正常工作室数码管在上电时应显示00，按下自锁开关之前，可以用拨码开关随意预置数，根据编码可置3、5、10、15、30等，由于编码特殊还可置7、17等。如果预置数理想且显示正常，说明编码正常及数码显示也正常。在预置数控制及抢答开场控制时计数会有时显示不正常，比方由5跳到3，这局部原因是预置数控制端的上拉电阻不匹配，经屡次试验最终选用36k的电阻，防止在切换后该端的电平不稳定。接下来，就调试NE555P振荡，如果有读秒响声则，NE555P正常。然后调试抢答局部电路，显示正常情况下，当按下其中一个按键时再按下另一按键，数码管显示先按下的按键，而后按下的按键则没有显示。按下按键时都有蜂

16、鸣器报警。2.4装配图万能版焊接反面万能版焊接正面第四章 心得体会 本次课程设计，让我更进一步了解了理论与实际联系的重要性，设计中最重要的就是电路的可行性分析，在电路可行的条件下，在进展各方面功能的实验，然后再将总体的电路原理图设计出，然后就是元器件的焊接，焊接主要是要注意不要虚焊、少焊和错焊。焊接也要分步骤进展，焊接完一局部，调试一局部，最重要的就是焊接和调试的顺序，要先难后易，这样可以加大制作的成功率，如过顺序反了，则一旦后面出现问题，有可能导致整个电路制作失败。当全部都焊接调试完毕后，就是电路的整体测试，看看各方面功能是否到达预期的效果，各个模块之间是否存在干扰，以及一些小问题的解决。最后，就是成品的展示了。通过这次课程设计，使我对整个硬件电路方面的设计有了一个大致的映像，以及对无论什么系统设计都有了一个初步的设计根底和思考方向。总体来说，就是无论什么设计都要考虑到能想到的最深远。第五章 参考文献【1】 童诗白华成英主编. 模拟电子技术根底. 高等教育。2006【2】 金平 明山 余祥编著. 电子系统设计. 电子工业。2021【3】 王港元主编.电子电工实践指导.科学技术。2007附录定时8路抢答器的元器件清单序号编号名称数量说明174LS192十进制可逆计数器2片工作电压5V2NE555P单稳态触发器1片工作电压5V3HCF4511七路显示译码器3片工作电压5V4