八路智力競賽搶答器的設(shè)計與制作一 設(shè)計任務(wù)與要求1. 搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0 S7表示。 2. 設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。4. 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間0.5秒左右。5. 參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止6. 如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。 二、設(shè)計原理與參考電路1數(shù)字搶答器總體方框圖 如圖所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到清除狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間；選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作清除和開始狀態(tài)開關(guān)。 2單元電路設(shè)計本搶答器僅用兩塊數(shù)字芯片便實現(xiàn)了數(shù)顯搶答的功能，與其他搶答器電路相比，有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、制作方便的優(yōu)點。實用可靠、成本極低，十分適合學(xué)校教學(xué)使用。設(shè)計原理圖：原理圖見上圖所示，為常用的四七段譯碼器，其為試燈腳；為消隱（滅燈）腳，和接高電平（電源）；端為選通腳，開始搶答前接低電平。1、2、6、7腳為碼輸入端，915腳為七個輸出端，直接驅(qū)動數(shù)碼二極管顯示器，接通電源開關(guān)，數(shù)碼管顯示“”。CD4511真值表如下：3鎖存電路與7段顯示譯碼器 74LS30引腳圖74LS00引腳圖 74LS04引腳圖07為8個搶答按鍵，是碼段譯碼器。74LS30是輸入與非門.初始狀態(tài)下，驅(qū)動數(shù)碼管顯示，即、這六個筆畫為，僅筆畫為，現(xiàn)將筆畫信號用三極管9013反相，這樣，在初始狀態(tài)下，74LS30的個輸入端便全為，其輸出為，使段譯碼器處在譯碼狀態(tài)，這時按鍵信號可以輸入。又因顯示除以外的其他數(shù)字時，a這個圖畫信號至少有一個是，使74LS30輸出，相應(yīng)地，段譯碼器處于鎖存狀態(tài)。所以當(dāng)某一按鍵按下時，74LS20就輸出鎖存信號，使段譯碼器將已鍵入的數(shù)字鎖存顯示。這樣，后按下的鍵就不起作用了，數(shù)碼管就只顯示最先按下的鍵號，起到了搶答的作用。和組成積分電路對鎖存信號作短暫的延時，其作用是讓數(shù)字電路有足夠的響應(yīng)時間，使鎖存穩(wěn)定，以免顯示亂碼。8為復(fù)位鍵，該鍵在主持人喊“開始”前按下，按下后數(shù)碼管顯示。74LS20的引腳圖4. 數(shù)碼管引腳圖5所需的實驗器材：a.實驗電路面包板一塊b.CD4511、74LS20、74LS00、74LS04、共陰譯碼管各1只c.二極管9只、開關(guān)9只、蜂鳴器1只、9013三極管1只d.1K電阻4只、8050三極管1只三一些錯誤1 顯示器上不顯示數(shù)字，我們從后級往前級進行測試，首先用1.52V的電壓作用各個筆段,看對應(yīng)各筆段是否亮,判斷是否完好。若完好則繼續(xù)檢測CD4511芯片是否完好。在CD4511的A、B、C、D四個輸入端隨意輸入一組二進制數(shù)碼（用高低電平表示1和0，此處注意要用到8V以上的電源電壓），看是否能顯示數(shù)字。無顯示的故障一般問題出在這兩個環(huán)節(jié)。2 若顯示器上顯示的是不符合要求的數(shù)字，在設(shè)計原理正確的前提下，首先通過測試判斷CD4511的輸出ag與LED管的ag筆段是否連接有錯。其方法是CD4511的輸出ag分別按規(guī)律輸入高低電平，觀察LED管是否顯示相應(yīng)的數(shù)字。如果這個環(huán)節(jié)正常，則問題在二極管編碼電路，再逐一進行檢查。3 如果不能鎖存，或是鎖存不了1和7，則問題在鎖存電路，應(yīng)該從原理上進行分析。鎖存電路的設(shè)計原理是：啟用CD4511的鎖存功能端LE，高電平有效，即輸入高電平時執(zhí)行鎖存功能。鎖存器應(yīng)能鎖定第一個搶答信號，并拒絕后面搶答信號的干擾。如何設(shè)計呢，我們對09十個數(shù)字的顯示筆段進行分析，只有0數(shù)字的d筆段亮與g筆段滅，其它數(shù)字至少有一點不成立。由此可以區(qū)分0與其它數(shù)字。我們將LED管的a筆段與g筆段的輸入信號反饋到鎖存電路，通過鎖存電路控制鎖存端LE輸入為0或1（鎖存與否）。當(dāng)LED顯示器顯示為0時，LE=0，CD4511譯碼芯片不鎖存；當(dāng)LED顯示器顯示其它數(shù)字時， LE=1，芯片鎖存。這樣只要顯示器上顯示為0，CD4511譯碼芯片才不鎖定，顯示其它數(shù)字均鎖存。所以只要有選手按了按鍵，顯示器上一定是顯示18的數(shù)字，LE=1芯片鎖存，之后任何其他選手再按下按鍵均不起作用。例如SB1鍵先按下，顯示器上顯示1，LE=1芯片鎖存，其他選手再按SB2SB8，顯示器上仍顯示1，SB1按下之后的任一按鍵信號均不顯示。直到主持人按清零鍵SB9，顯示器上又顯示0，LE=0，鎖存功能解除，又開始新一輪的搶答。若所有的數(shù)字都不能鎖存，說明不管LED顯示什么數(shù)字，CD4511管腳的5腳輸入為電平，可能是5腳與地短接或者是鎖存電路的兩個二極管VD13和VD14斷開等故障；若只有1和7兩個數(shù)字不顯示則可以分析一下其原因：顯示1和7數(shù)字時g段不亮，CD4511的g輸出端為低電平，VD14截止，而b段亮d段不亮本應(yīng)該三極管VT截止而使VT13導(dǎo)通，產(chǎn)生高電平（鎖存信號）給LE，現(xiàn)在不能鎖存說明VD13截止，推斷是三極管擊穿損壞。4 在測試的過程中我們一定要注意，高低電平的測試電壓數(shù)值要針對不同的電路而選取不同的數(shù)值。比如，針對LED管，高電平只能用1.52V,而在CD4511的輸入端高電平要用到8V以上的電源電壓。選高了，會燒管子；選低了，會看不到效果，甚至產(chǎn)生誤判斷。 5. 判斷PNP型和MPN型晶體管：用萬用表的R1k(或者R100)檔。用黑表筆接晶體管的某一個管腳，用紅表筆分別接其它兩腳。如果表針指示的兩個阻值都很大，那么黑表筆接晶體管的某一個管腳，用紅表筆接其它兩腳。如果表針指示的兩個阻值都很大，那么黑表筆所接的那一個管腳是PNP型的基極，如果表針指示的兩個阻值都很小，那么黑表筆所接的那個一個管腳是NPN型的基極；如果表針指示的阻值一個很大，一個很小，那么黑表筆所接的那一個管腳不是基極。這就要另換一個管腳來試。以上方法，不但可以判斷基極，而且可以判斷是PNP型還是NPN型晶體管。判斷基極后就可以進一步判斷集電極和發(fā)射極。先假定一個管腳是集電極，另一個管腳是發(fā)射極。然后反過來，把原先假定的管腳對調(diào)一下，再估測值，其中，值大的那次的假定是對的。這樣就把集電極個發(fā)射極也判斷出來了。四.遇到的困難及解決的方法:1.我們這次做的八路搶答器是安裝在面包板上的。在安裝電路之前要仔細的檢查一下面包板的導(dǎo)通狀態(tài)。也許在面包板的插孔里面留下硬線的鐵絲?；蛴械?個孔之間不能導(dǎo)通的倒通了。在安裝元件之前都要把這些問題排除掉。要不然在調(diào)試的時候很難找到問題的出錯點。2.在安裝的時候要小心不要把二極管的正反接錯了。要不然在數(shù)碼管就不能顯示正常的數(shù)字。有時候連數(shù)碼管都不亮。3.在安裝開關(guān)的時候要注意4腳開關(guān)的腳的導(dǎo)通狀態(tài)。在接導(dǎo)線的腳和接二極管的腳之間不能讓他們短路。要不然開關(guān)就起不到開關(guān)的作用了。相當(dāng)于導(dǎo)線。在設(shè)計中還有一只三極管，同樣也要正確的判斷它們3只腳的b，c，e，如果出錯了，則74LS30的鎖存功能將遭到破壞。4.在布線的時候也要注意，鐵絲不能插的太深，也不能搭高架橋似的，因為這些細節(jié)的出錯往往很難找到錯的原因。 六、總結(jié)在這段時間中自己學(xué)會了很多東西，如設(shè)計電路最重要的是思路要清晰，一旦有了自己的思路就應(yīng)該有層次有條理的探索下去，只要堅持自己的觀點和判斷，就一定能實現(xiàn)，即便最后發(fā)現(xiàn)走進了死胡同，但是探索設(shè)想與求證的過程卻是通往另一條道路必不可少的環(huán)節(jié)。在完成這次設(shè)計的過程中，我也有參考相關(guān)的設(shè)計課題，甚至還花了很長的時間去弄清楚別人的設(shè)計，以至于后來被束縛住，對自己的設(shè)計沒有了頭緒。學(xué)習(xí)吸收別人的長處是應(yīng)該的，但是不能完全沉浸進去，要有自己的思路和觀點，并且努力去實現(xiàn)。這就是快樂的最大源泉。在完成本次課設(shè)的過程中開始的頭幾天一直在糾結(jié)于用74LS194實現(xiàn)移位寄存器，因為它的原理是很簡單的，可是在實際連電路的過程中，一下子遇到了很大的困難，因為外界的干擾因素實在太多了，稍不注意就碰到某個導(dǎo)線了，結(jié)果發(fā)光二極管就不亮，于是自己得檢查到底哪里出現(xiàn)了問題，有得費很長時間去檢查管腳是否連錯，導(dǎo)線是否松動，或者導(dǎo)線是否壞掉等等情況。經(jīng)過這次試驗，終于感覺到了理論與實際的差別有多大了，當(dāng)然這個過程也是非常的考驗人的，不僅僅是考察你的理論知識，動手能力，以及檢查問題并解決問題的能力，更是在考驗一個人的耐心，細心。在連接電路的過程中，絲毫不得馬虎，必須清楚的了解每個芯片的管腳分布圖，功能表。 說實話，在實驗過程中出現(xiàn)問題并不可怕，可怕的是在反復(fù)的受挫中沒有革新，不能改進自己的方法和思路。因此自己應(yīng)該具有創(chuàng)新思維。通過這次課程設(shè)計，我對電子技術(shù)中的諸多知識有了更深層次的理解，也初步學(xué)會了如何將