搶答器課程設計報告

我們要掌握搶答器電路原理和分析電路設計流程，每個電路的設計都要有完整的設計流程。

題目：四人搶答器

學年：三年

學期：第一學期

專業：電子儀器儀表與維修

班級：Z**2

學號：91**11

姓名：***

指導教師：**

時間：**年12月28日——**年01月04日

一、 設計任務與要求

1、本課題要求設計一台可供4名選手參加比賽的智力競賽搶答器。

2、4名選手編號為1、2、3、4各有一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號對應，也分別為1、2、3、4。

3、設置一個系統清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。

4、搶答器具有數據鎖存和顯示的功能。搶答開始後，若有選手按動搶答按鈕，改選手編號立即鎖存，並在編號顯示器上顯示該編號，同時揚聲器給出音響提示，同時封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清零為止。

二、 電路原理分析與方案設計

本設計主要由COMS系列數字集成電路CD4511、NE555等組成。其工作原理為：接通電源後，將開關撥到”清除”狀態，搶答器處於禁止狀態，編號顯示器不亮；將開關置於“開始”狀態，搶答器開始工作。在搶答時，搶答器完成：優先判斷、編號鎖存、編號顯示、蜂嗚發音。當一輪搶答之後，如果再次搶答必須再次操作“清除”和“開始”狀態開關搶答器才能工作。

三、 單元電路分析與設計

1、開關編碼電路

電路中，R1、R2、R3、R4、用於分壓，當任一開關按下時，相應的輸出為高電平，否則為低電平。電路直接把每個開關對應的BCD8421碼中為“1”的隔着二極管連到對應的線上（只有一個為高電平的可省略二極管），其中二極管的作用是防止短路。當某個開關按下時，與它相連的輸出線將為高電平，其它輸出線為低電平，輸出既為這個開關的8421碼（BCD碼）。

2、顯示電路

這部分電路要求將編碼電路送入8421碼，譯為十進制數（對應各個搶答者的編碼）並驅動七段數碼顯示管顯示出答題者的編號。CD4511是一塊BCD—十進制譯碼/驅動器，並帶有鎖存端口。

3、控制電路

這部分電路的作用完成三個任務：一是分辨出選手按鍵的先後，並鎖存優先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是使其他選手按鍵操作無效；三是防止提前按鍵。

按下未按下“開始”按鈕前，CD4511BLANKING引腳為低電平，CD4511不工作，可防止搶答者提前按鍵。當“開始”按下後，當所有搶答者開關均未按下時，鎖存器輸出全為低電平，該信號作為鎖存器使能端LD的控制信號，使鎖存器處於等待接收觸發輸入狀態；當任一開關按下時，輸出信號中必有一路為高電平，經邏輯或運算後U1A輸出為高電平。一但有高電平輸入，不管另一輸入端狀態如何，輸出保持高電平不變，這個電平控制CD4511鎖存端使其他按鍵操作無效。當搶答完成後，按下“清除”按鈕強行使U1B輸出置零，CD4511鎖存解除，開始新一輪搶答。

4、蜂鳴器發聲電路

該電路主要負責當有搶答信號輸入時，SP發出聲音以提醒其它人已經有人先搶答了。用集成555定時器組成多諧振盪器。當電路剛接通時，由於電容C1上的電壓不會突變，故IC1—2腳為低電平（0V），導致3腳輸出高電平。

當電源經R1、R2對C1充電到Vc≥2/3Vcc時，OUT腳輸出由高變低，放電管（7腳內的VT23）導通，電容C1經R2和IC1—7腳內導通的VT23進行放電，當Vc≤1/3時，OUT腳輸出有低變高，電容器C1再次充電。

上述過程周而復始，從而就形成了振盪，產生的脈衝信號從OUT腳供使用。

四、 總原理圖元器件清單

1、總原理圖

2、PCB原理圖

3、三維視圖

4、元器件清單

輕觸開關：5個，電阻20K：6個，電阻330Ω：8個，電阻12K：1個，電阻51K：1個，電阻20Ω：1個，滑動變阻器50K：1個，電容1uF：1個，電容0。1uF：1個，二極管：6個，NPN型三極管：1個，蜂鳴器：1個，NE555：1片，CD4511：1片，74LS02：1片，七段數碼顯示管：1個。

五、 電路仿真調試

在完成電路的初步設計後，再對電路進行仿真調試，目的是為了觀察和測試電路的性能指標並調整部分元器件的參數，從而達到各項指標的要求。

1、PCB圖設計與生成

（1） 由仿真電路直接生成網絡表。

（2）調用Protel 99 se PCB，並進行元器件合理佈局。

（3） 調用網絡表，並自動佈線；自動佈線好了以後還要進行人工調整以達到最佳效果。

（4）PCB圖的打印輸出。

（5）熱轉印。製作電路板。

2、電路焊接與裝配，元器件老化與抽樣檢測；元器件預處理；基於PCB板的元器件焊接與電路裝配。

3、實際電路測試與改進 選擇測量儀表與儀器，對電路進行實際測量與調試，調整電路參數，並解決存在的問題或電路故障等。

六、心得體會

通過這次數字電路課程設計我學到了很多關於數電力量方面和實踐方面的知識，受益匪淺，更重要的`是鍛鍊了自己的動手能力。通過短暫幾天的學習，讓我體會到想要創造一個實用的電子設備要經過很長時間的設計與改造，因為實際與理論有很大的區別。在我們學習的過程中不僅考驗了我們對知識的吸收和掌握，而且也考驗了我們的細心和耐心。

這次課程設計更多的是讓我看清楚了自己，明白了凡事都需要耐心，實踐是檢驗真理的唯一標準。理論知識的不足在這次實習中表現的很明顯。這將有助於我今後的學習，端正自己的學習態度，從而更加努力的學習，同時我認為我們的工作是一個團隊的工作，必須發揚團結協作的精神。最後在老師指導下和同學的配合下順利的完成了數字電子技術課程設計。

七、 參考文獻

[1] 餘孟嘗。數字電子技術基礎簡明教程（第二版）。高等教育出版社

[2] 餘道衡，徐承和。電子電路手冊。北京大學出版社。