電子課程設計報告
班級：b120408
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設計題目：定時搶答器
一、設計目的
掌握解碼器、十進位制加/減計數器的邏輯功能和工作原理，設計可預置時間的定時電路；分析與設計時序控制電路。畫出定時搶答器的整機邏輯電路圖，掌握智力搶答器的工作原理及其設計方法，並對各種元器件的功能和應用有所了解。並能對其在電路中的作用進行分析。
另外還要掌握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。這樣才能在分析電路是有良好的思路，便於查詢出錯的原因。
二、設計要求
1、搶答器同時供4名選手或4個代表隊比賽，分別用4個按鈕s1 ~ s4表示。
2、設定乙個系統清除和搶答控制開關r，該開關由主持人控制。
3、搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，並在led數碼管上顯示， 同時揚聲器發出**提示。先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除為止。
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定（如30秒）。當主持人啟動"開始"鍵後，定時器進行減計時，在槍答時間內，選手槍答成功，這時計時器停止計時工作，顯示器上顯示參賽者的編號，保持到主持人按復位鍵為止。當規定時間到，仍無人槍答時，本次槍答無效，揚聲器報警發出聲音，並禁止槍答，計時器顯示〃00〃。
三、方案設計與論證
搶答器的組成方框圖為：
圖1 組成方框圖
設計的方案有以下三種：
方案一：用cd4511 、cd4068各乙個電阻，開關，**管和二級管若干及七段顯示器構
成搶答電路。本電路的控制方法是利用開關進行輸入編碼當按鍵第一次就接下時，輸出由1111110變為所接下的鍵值的bcd編碼經4068 8輸入與門和乙個**管控制後輸出cd4511第五腳使其從底電平變為高電平，從而鎖住cd4511，實現槍答功能。記數器利用兩個cd40110和cd4011組合成30秒的加法記數器，此電路原理簡單，製作方便，但顯示不為倒計時，**比較不直接。
方案二：採用cd40175 四d觸發器，cd4511，cd4081四2輸入與門各1個電阻開關，二級管若干，構成槍答器，本電路工作原理也利用開關與二級管結合做編碼用。同時在按鈕按下的時候也發出乙個脈衝到cd40175的cp輸入端，使其輸出在cp脈衝下翻轉，利用四d觸發器的四個（q反）經cd4081與門後控制cd40175的cp脈衝使其電路鎖住封鎖按鍵禁止搶答。
倒計時電路採用cd4510與cd4511配合。
方案三：由cd4043乙個，電阻，二級管，開關若干組成。cd4043是一快內部由4個高電平有效的rs觸發觸發器組成。
當4個輸出端有其中乙個被按下時，cd4023相應的輸出端經**管的編碼輸出到數碼顯示器使其顯示當前按下的按鈕組。從數碼顯示器的b筆段引出乙個公共的訊號給**管的反向接到開關的控制端，禁止搶答。把cd4043的四個cr清零接在一起，接個電阻到地，並接乙個開關到電源，按動此開關則輸出清零。
電路進入下一次搶答準備。
本電路採取方案三。
四、設計原理和電路圖如下
（1）搶答電路
該電路的根本任務是準確的判斷出第一搶答者的訊號並將其鎖存。實現這一功能可用觸發器和鎖存器等。在得到第一訊號後應立即將電路的輸入封鎖，即使其他組再次發出搶答訊號也無效。
同時還必須注意，第一搶答訊號應該在主持人發出搶答命令之後才有效。當電路形成第一搶答訊號之後，用編碼、解碼及數碼顯示電路顯示出搶答者的組別，也可以用發光二級管直接指示出組別（這裡我們採用led數碼管顯示）。同時用第一搶答訊號控制乙個**晶元工作，使其推動揚聲器發出聲響，表示該題搶答有效。
本電路用乙個cd4043rs觸發器和led數碼管顯示器組成，可以將四位搶答者的按鈕通過解碼，驅動led數碼管顯示器顯示出他們最先搶答者的序號。而時序控制電路的功能是當參賽選手按動搶答器時，使**晶元工作揚聲器發聲，這時搶答電路和定時電路停止工作。
圖2 搶答電路
按r1進入搶答狀態，此時，b點為低電平，a點為高電平。按s1-s4搶答後，b點為高電平，a點為低電平，b輸入高電平後停止搶答（為控制用）。
（2）倒計時電路
該電路的採用cd40110做為個位數計時，它是乙個十進位制加減法解碼顯示計數器。十位數採用cd40192可預置加減法bcd計數器，輸出經七段led解碼器cd4511使數碼顯示器工作。在cd40192的可預置端用兩個單刀雙擲開關控制，實現時間10秒、20秒、30秒可調的功能。
圖3 倒計時電路
（3）1hz脈衝產生電路
該電路的採用555定時電路。555定時電路是一種電路簡單且多用途的單片中規模積體電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構成單穩、多諧和施密特觸發器。
因而要波形的產生與變換、測量與控制、家用電器和電子玩具等等許多領域中都得到了廣泛的應用。
圖4 1hz脈衝產生電路
（4）聲響電路
電路原理如下圖所示，該電路分有兩部分，乙個是搶答成功提示為**提示音，另乙個是時間接近及時間到提示它利用cd4011和555晶元組成的組合邏輯電路控制蜂鳴器發出聲音。
圖5 聲響產生電路
五、元件清單
表1 元件清單
六、硬體製作與除錯
組裝時分搶答與倒計時分兩部份，經過接後除錯，發現搶答單元在接下按鈕時沒有顯示，經仔細檢查及除錯閱晶元資料後發現cd4043的輸出驅動能力底，只有幾毫安，只能增加電壓放大電路，為不更改太多電路，我們採用兩極**管放大（因為一級放大為反相，led數碼管不支援）電路經修改後，實現搶答功能。
計時電路方面發現倒計時，電路不能停止，經測量發現cd40192的錯位輸出端的脈衝為乙個很窄脈衝，因此不能封鎖cp脈衝於是增加乙個晶元及數個二級管經過計時到判斷。經改動過後，總體電路如附錄1所示。
七、設計總結
在此次電路設計時發現了設計的問題，如扇出數，這是這次設計不能順利完成的原因，另外還要了解到cd4000系列到晶元不能與7400系列晶元配合使用，因為其輸入輸出的電平不匹配，會導致電路的工作不穩定！
總體電路
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