四人抢答器电路的设计与制作.doc

四人抢答器电路的设计与制作 作者：严晶 【摘要】抢答器是工厂、机关、学校等单位广泛开展知识竞赛活动时不可缺少的设备。我本次毕业设计的四人抢答器电路主要运用集成芯片CD4511等作核心元件，构成四路抢答器，实现设计指标的要求：电路具有自锁及互锁的功能；用数码管显示抢答者的号码，同时该路抢答器发出响声；主持人通过“复位”按钮清除LED数码管的显示和停止响声。 【关键词】抢答器 译码显示 RS触发器 编码电路电路1、设计方案一 图1 方案一原理框图 该设计方案中的抢答器具有锁存、定时、显示和报警功能。即当抢答开始后，选手抢答按动按钮，锁存器锁存相应的选手编码，同时用LED数码管把选手的序号显示出来，并且有报警声。当主持人将按钮开关拨到“清除”状态，抢答器电路处于禁止状态；当某选手首先按某一开关时，可通过编码器进行编码，触发锁存电路被触发而开始工作，并在锁存器中执行锁存功能，在输出端产生相应的开关电平信号，同时为防止其它选手的按钮开关随后按下，进而触发而产生影响，最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。然后显示相应的序号，并报警。 2、设计方案二 图2 方案二原理框图 该设计方案中的抢答器实现以下功能：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，数码管显示序号，有报警声，并禁止第二轮抢答。如果再次抢答必须由主持人再次操作复位开关。 在该设计方案中： 编码电路由按钮开关和二极管组成，利用二极管的单向导电性进行编码，将四路抢答输入电平信号分别编码成对应的BCD码。由于电路工作速度很快，几乎不会出现多人同时刻抢答情况，即使有多人同时抢答，抢答的结果也是无效的。所以将多人同时刻抢答输入看成任意项。抢答输入为高电平，用“1”表示；无抢答输入为低电平，用“0”表示。 控制电路由4-7线译码/驱动器CD4511构成。根据输入的高低电平不同进行锁存、复位和译码。 锁存器及控制电路由集成CMOS或非门CD4001构成RS触发器。其①脚为S输入端，⑥脚为R输入端，接复位开关，按下按钮开关后，输入高电平，④脚为Q端输出高电平到控制电路。 显示电路由共阴数码管和电阻组成。译码电路输出经220~330欧的电阻限流后加到LED数码管各相应的阳极。显示出抢答者的序号。 报警电路用三极管和电阻组成，用555定时器构成多谐振荡器，产生振荡信号，供给后续电路使用，采用蜂鸣器作为报警器件。 二 设计方案的选择 我将第一种和第二种方案比较之后觉得第二种方案更适合设计思想，更能体现毕业设计的要求，可以实现任务书中，要求用数码管显示抢答者序号的要求。同时根据本次毕业设计的精神“电路最简单，调试最方便，元器件来源有保障，安全可靠，成本最低”，同时也为了贯彻毕业设计的“创新，挑战自己”的宗旨。 综合各方面因素考虑，设计方案二充分的满足了本次毕业设计的要求，同时在元器件来源上可以得到保障，最终决定选用设计方案二进行毕业设计。 第二章 单元电路设计 1、编码电路设计 图3 编码电路 编码电路由按钮开关和二极管组成，利用二极管的单向导电性进行编码，将四路抢答输入电平信号分别编码成对应的BCD码。由于电路工作速度很快，几乎不会出现多人同时刻抢答情况，即使有多人同时抢答，抢答的结果也是无效的。所以将多人同时刻抢答输入看成任意项。抢答输入为高电平，用“1”表示；无抢答输入为低电平，用“0”表示。如表4—3线编码器真值表。 4—3线编码器真值表 输入 输出（8421BCD码） 备 注 D C B A d c b a 0 0 0 0 0 x x x 无人抢答,=0，LED不亮 0 0 0 1 0 0 0 1 A抢答，显示1 0 0 1 0 0 0 1 0 B抢答，显示2 0 1 0 0 0 0 1 1 C抢答，显示3 0 0 0 0 0 1 0 0 D抢答，显示4 用卡洛图化简输出a、b、c、d与输入A、B、C、D的逻辑函数表达式： a=A+C,b=B+C,c=D,d=0 根据化简后逻辑函数表达式，用二极管D1和D2分别表现a=A+C,b=B+C。 4输入或门电路，实现S=A+B+C+D 控制电路由4-7线译码/驱动器CD4511构成。根据输入的高低电平不同进行锁存、复位和译码。 2、RS触发器设计 锁存器及控制电路由CMOS的集成 或非门CD4001构成RS触发器。其①脚 为S输入端，⑥脚为R输入端，接复位 开关，按下开关后，输入高电平。④脚 为Q端输出高电平到控制电路。 3、编码译码电路设计 图4 RS触发器电路