智力竞赛抢答器电路课程设计说明书

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1、智力竞赛抢答器电路设计1 技术指标 设计一个四组抢答器,有人抢答时，蜂鸣器发声，同时优先抢答者对应的指示灯亮，而后抢答者对应的指示灯不亮。主持人具有将抢答器复原的功能。 设计方案及其比较2。 方案一采用4LS7为主芯片的设计方案图为74LSl5管脚图.其中，CLR是异步清零控制端（低电平有效）。D是并行数据输入端,CLK为时钟脉冲端，1是并行数据输出端,/Q1/Q4是1Q4的反码数据输出端。(注:/Q代表的非，下同)图1 74LS17管脚图表1为74LS175的功能表.当CK引脚输入上升沿时,D1D4被锁存到输出端(QQ).在CL其他状态时,输出与输入无关。其异步复位端为低电平时,Q14输出为

2、低,/Q/Q4输出为高。表1 7S17的功能表清零时钟输 入输 出工作模式CL12D3D4D1Q23Q4Q00异步清零12D4DD3D4D数码寄存1保持数据保持1保 持数据保持抢答器的电路设计图使用Prote绘制,结果如图所示.图2 抢答器电路设计图方案一其工作原理为：电路上电后，按下复位按键0（裁判）实现清零功能，/1/4 输出高电平，与之相连接的指示用的四个LED全熄灭。同时以Q14作为输入的或非门输出为高电平,经非门输出低电平,蜂鸣器不响；经与门使脉冲正常输入。松开复位键，电路进入准备状态。假设有按键3 (3号选手)被按下，Q输出变为高电平，/Q变为低电平.从而导致对应得LED被点亮，或

3、非门的输出将由高变成低电平，经非门变为高电平使蜂鸣器鸣叫。同时或非门的低输出经过与门使得脉冲信号无法进入CLK端，即芯片的CLK保持低电平，此时芯片处于数据保持状态,按下除复位之外的任何的按键都将不会发生电路状态的变化,即输入被锁定，达到阻止其他选手抢答的目标。而后,裁判按下复位，准备进入下一轮抢答。方案二采用7S92为主芯片的设计方案 7LS192是同步可逆双时钟计数器，具有“异步清零”和“异步置数”功能，它们的外引线管脚排列见图3,功能表如表2所示。R为清零端，/LD为置数端,C+为加计数端,C为减计数端,/CO为非同步进位输出端,/BO为非同步借位输出端，D0D3为数据输入端，Q0Q为数

4、据输出端。本次设计只采用置数，清零,保持三项功能,不需要计数功能。图3 74LS9管脚图表274S92/93的功能表输 入输 出 CP+ CP D1 2 30 1 Q2 Q31 X X X X X0 0 X X I0 I1 I2 I30 1 X X X0 1 1 X X X X0 1 1 1 X X X X0 0 0 0I0 I1I2 I3加计数减计数保持抢答器的电路设计图使用Protel绘制，结果如图4所示.其工作原理为：电路上电后,将CP+（即UP)始终置于高电平，按下清零按键S0（裁判)，0（即QAQD)输出低电平,与之相连接的指示用的四个LED全熄灭。同时以Q0Q作为输入的或门输出为低

5、电平,蜂鸣器不响,C-（即DWN）和/LD均为低电平.松开清零按键，电路进入准备状态（送数状态)。这时，假设有按键2 （2号选手）被按下，被送入高电平，对应的LED被点亮，或门的输出将由低变成高电平，蜂鸣器鸣叫。同时P-和/LD均为高电平，此时芯片处于数据保持状态，按下除复位之外的任何的按键都将不会发生电路状态的变化，即输入被锁定，达到阻止其他选手抢答的目标。而后,裁判按下清零,准备进入下一轮抢答.图4 抢答器电路设计图方案二2方案比较 方案一与方案二整个设计思路是一样的,主要区别就在于根据不同的主芯片稍加改造电路布局。可以发现,方案二设计较简便，只使用了2个芯片，而且不需要外加时钟脉冲，在条

6、件相对简陋的情况下具有优势。3实现方案以CC04锁存器为主芯片设计方案图5为D锁存器C042的外引线排列图,表为其功能表。其中,D1D4是数据输入端,CP为时钟输入端,M为时钟方式控制端，1Q是并行数据输出端, /QQ4是14的反码数据输出端。图5CC4042是四锁存器外引线排列图表3CC402功能表CPMLLL锁 存HHDDH锁存本次设计采用低电平控制,即置M（POL）为低电平，电路设计如图6所示.图 抢答器电路实现方案工作原理为:电路上电后,复位按键S0（裁判）打向低电平，经过与门作用使P处于低电平。由于此时位选手按键均未按下，故14输出低电平,与之相连接的指示用的四个LD全熄灭。/Q1/

7、4输出高电平,以其作为输入的与非门输出为低电平，蜂鸣器不响。将0打向高电平,电路进入准备状态。这时，假设有按键1 （1号选手)被按下，1输出高电平，对应得ED被点亮.同时Q1变为低电平,与非门的输出将由低变成高电平,蜂鸣器鸣叫.同时与非门的输出再经过与门使得CP变为高电平,产生一个上升沿,芯片立即锁存，即输入被锁定，达到阻止其他选手抢答的目标。而后，裁判置开关于低电平,CP重新回到低电平,此时由于选手的按键也都回到了低电平，Q14输出又全为低电平，灯全灭，蜂鸣器停止鸣叫，实现了复位功能。等待进入下一轮抢答。各元器件功能:CC04锁存器，与非门,与门:实现抢答功能.开关：选手和裁判用于抢答或复位

8、。发光二极管：指示抢答成功的对应选手。蜂鸣器：提示有人抢答。电阻：控制电流大小，防止电流过大烧毁元件。实物连线所用元器件清单如表所示。表4四人抢答器电路元件清单序号品 名型号/规格数量配件图号实测情况数字集成电路CC41U正常2数字集成电路L0U2A正常3数字集成电路74S0U3A正常4按键SW-P4S1S4正常5按键SWPD1正常6碳膜电阻 KR5R9正常7碳膜电阻004R14正常8发光二极管4D1D正常4 调试过程及结论第一步：再次核对原理图与连线,并利用万用表测量各条线路是否接通。经测量检验电路基本无误。第二步:检查完毕后,上电调试。一次上电发现的问题:可以多人同时抢答(多人灯亮），裁判

9、无法实现复位功能。原因：仔细查找发现连线错误。解决：更改连线使之正确后全部再复查一遍确保无误，并再次上电测试.二次调试发现的问题:芯片抢答功能在5电压同时下正常工作，蜂鸣器不响；蜂鸣器在6V左右电压下正常鸣叫，芯片无法正常工作，出现多人同时灯亮原因:芯片正常工作电压为5V，而此时作用在蜂鸣器上的电压不足以使其鸣叫或声音极其微小；而当电压为6V左右，蜂鸣器可以正常鸣叫时，7L175输出的所谓低电平实际上已经超过了额定低电平上限值,电路仍认为输出高电平，即产生不了低电平,芯片无法锁存,就出现多人灯亮情况。解决:先用发光二极管代替蜂鸣器进行测试，灯亮即代表蜂鸣器鸣叫。经测试此时一切功能均正常,抢答,

10、复位,灯的指示均可以实现。只要再寻找合适参数的蜂鸣器即可。结论：经过测试,实现方案可以实现预期功能,设计方案及布线连接均正确.5 心得体会本次课程设计是进入大学以来的第一次设计，也是在初步接触了专业知识后第一次加以利用，在这历时两个星期学习实践中，我发现了许多，学会了许多.设计的第一阶段就是自己查找资料，根据所学知识自行设计多种方案。这一阶段让我明白了资料的重要性。以前很多时候做东西都不需要查资料,仅靠课本知识就能完成,或者就是从网上下资料后原封不动的照搬照抄，甚至搞完之后还不知道资料里说的是什么.这一次就有所不同，网上没有现成的也根本不允许抄袭，因此对于设计的大大小小各方面都要靠自己点滴搜寻

11、。从芯片的型号，管脚图，功能表,到电阻的参数，开关的类型，实物连接时的注意事项，方方面面都要涉及到。这些琐碎的东西也让我掌握了查找资料的技巧。比如先总体在局部，从主要到次要,理清设计思路,搞懂设计原理后查找起来就方便快捷多了。在预答辩结束后就进入第二阶段：实物电路的组装与调试。这次是两人一组进行的,团体协作的重要性就体现出来了。首先我们先进行了元器件的检查，这一步常被初学者忽略，但又极为关键.通过检查没有发现问题，而另外一组检查发现蜂鸣器坏了，可见如果不检查,后果就是调试时走向歧途.接着就是布线排版,面包板不大，且布线要求横平竖直、不能弯曲、贴板进行，如何使布线简洁美观就是个大学问。在我们规划

12、时确实碰到了不少问题,并没有想象中那么容易。这也警示我们以后做任何一个项目，前期规划是必须而且要细致进行的。然后开始正式组装了。由于插孔细密,难免看错,于是我们两人一个插线一个检查，确保一次成功,而且检查不只是插孔有没错误，还有电路是否接通。经过万用表的测量让我发现面包板有一排插孔有问题，及时修改了规划，更换了线路,有效减少了调试时间。“检查随时进行”-我得出的又一个心得。而剪线插线过程也是大有技巧，线头的短了插不牢固，长了浪费且损坏面包板，导线弯折不能太用力且最好一次成型,否则容易断.这些技巧都是只有亲自实践过才能体会到的。布线结束，调试发现抢答器不能实现锁存功能，即可以多人抢答，这让我很失

13、望.但一想到要是这么简单的电路都不能自己解决问题,以后如何工作？于是再次鼓足精神,在再次确定了元件和原理没问题后，就是艰难的查找过程.一根根导线，一条条线路，逐步排查,幸运的是很快我们就发现有导线连接错误，待改正后问题解决了。而后碰到的芯片正常工作而蜂鸣器不响,蜂鸣器响则芯片无法正常工作，研究发现是提供的元件参数问题。这一阶段结束后，感触颇多。合作的重要,小技巧的运用,工作要细心，要有坚持不懈的精神，元件参数选择任何一项都是切身感受的，实践是检验真理的唯一标准,说的果然不假。理论上再好,不经过实践验证,永远是行不通的。第三阶段就是撰写说明书。成果是用于造福人类的，要是别人看不懂不明白就无从谈起

14、了，可见成果说明的重要性。既要说的通俗易懂,又要杜绝长篇大论，文笔的技巧包含其中.那些认为自己动手能力强而轻视文字说明的人就吃了苦头。总的看来，通过这次课程设计，能力上的提高是毋庸置疑的，但我认为更重要的是对成果的研发实现流程有了大体的了解,开始提高以后工作所必备的综合素质。以前总感觉设计东西是一件多么复杂困难的事情，自己根本不能胜任。现在我明白了：只要你肯下功夫去做，没有什么是困难的.参考文献1 康华光主编电子技术基础数字部分。北京：高等教育出版社.2 王廷才。电子线路计算机辅助设计Ptl9SE北京：高等教育出版社.03 胡奕涛主编电子技术实践教程。北京：邮电大学出版社2074 高吉祥主编.电子技术基础实验与课程设计。北京:电子工业出版社.025 赵培功，李雷.集成电路应用.成都：电子科技大学出版社.19996 文中如有不足，请您见谅！789 / 9