十路抢答器

信息与电气工程学院

课程设计说明书（2009 /2010学年第2学期）

课程名称：电子技术课程设计

题目：智能十路抢答器

专业班级：自动化08-5班

学生姓名：

学号：

****：***

设计周数：两周

设计成绩：

09年7月3日

目录

1、课程设计目的

2. 设计任务与要求

3. 单元电路设计与参数计算和器件选择

4. 总框图和各器件原理图分析

5. 详细系统设计

6. 实际操作部分

7.课程设计参考资料

8. 课程设计心得

一、课程设计目的

开发课程设计，主要目的是训练学生在电子技术理论的基础上综合设计能力，电子线路的安装，调试能力和创新能力，通过查阅资料，优选方案，设计电路。安装调试，撰写设计报告等过程，使学生从各个环节综合运用理论知识，系统精神和理论联系实际的学风，加强学生工程实践能力的训练和培养。培养大学生建立电子技术设计的思想和基本框架。电子设计的基本原则，设计方法和基本步骤，电子线路的组装和调试，电路的测试及故障分析。

二、设计任务与要求

1、抢答器同时供10个代表队比赛，分别用10个按钮K1-K10表示。

2、设置一个系统清除和抢答控制开关K0，该开关由主持人控制。

3、抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如

30秒）。当主持人启动“开始”键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间1秒左右。

4、参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作

5、如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答答无效，系统报警并禁止抢答。

三、单元电路设计与参数计算和器件选择

四、总框图和各器件原理图分析

4.1 总框图

4.2器件原理分析

（1）555定时器；

(A).555定时器原理图及内部结构；

v v v IC

I1

O

O

v ,1

2

6584

3

7

O

v ,v I2

v I1

v v IC V CC v O

555(a)(b)

D R

(B).555定时器的功能表：

表8.1—1 555定时器功能表

阈值输入(v I1) 触发输入(v I2) 复位(R D ) 输出(v O ) 放电管T

× × 0 0 导通

1

1 1 截止 >cc V 3

2 >cc V 3

1

1 0 导通

2 >cc V 3

1

1 不变 不变

(C).555定时器工作原理。

当5脚悬空时，比较器C 1和C 2的比较电压分别为cc V 3

2和cc V 3

1。

（1）当v I1>cc V 3

2，v I2>cc V 3

1时，比较器 C 1输出低电平，C 2输出高

电平，基本RS 触发器被置0，放电三极管T 导通，输出端v O 为低电平。

（2）当v I1

2，v I2

1时，比较器 C 1输出高电平，C 2输出低

电平，基本RS 触发器被置1，放电三极管T 截止，输出端v O 为高电平。

（3）当v I1

2，v I2>cc V 3

1时，比较器 C 1输出高电平，C 2也输出

高电平，即基本RS 触发器R =1，S =1，触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。

(2)cd4017工作原理及应用电路图:

(A).CD4017原理预计内部结构

:

(B).CD4017工作原理

十进制计数／分频器CD4017，其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、O 2、…、O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。CD 4017有10个输出端（O0～O9）和1个进位输出端～O5-9。每输入1 0个计数脉冲，～O5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号作为下一级的时钟信号。

CD4017有3个输（MR、CP0和~CP1），MR为清零端，当在MR 端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平，其余输出端（O1～O9）均为低电平。CP0和～CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由～CPl 端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。

由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。

(A).CD4013功能表

4.2 原理框图的说明

上图所示的定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，抢答器处于工作状态，秒脉冲电路提供脉冲并且第

十电路开始计时。

当选手按动按键按钮抢答键，抢答器要完成以下四项工作：

①优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，

然后由译码显示电路显示编号；

②控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；

③当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。

（1）电源/被测脉冲接入端口

电源正、负极，被测脉冲，通过一个三端子的元件接入PCB板，被测脉冲引入到被测脉冲分配器件，电源正、负极引入到PCB板上其他元件所需高、低电平端子，从而实现了外部输入与PCB板的连接。

（2）基准脉冲发生器件

这一部分实现的目的是产生并输出毫秒（ms）级的时钟脉冲。主要部件是RC与晶振组成的振荡电路和一个数字脉冲分频集成电路，其中核心部件为32768Hz晶振，首先经由振荡电路产生频率为32768Hz的脉冲，输入数字分频器CD4060,再经由Q5端子引出，从而实现32分频，产生1024Hz的时钟脉冲，近似为毫秒级（1000Hz）脉冲，这样就产生了基准脉冲并输出到被测脉冲分配器件。

（3）被测脉冲分配器件

这一部分的功能是将被测脉冲与相等时间的基准脉冲同步输入，实现与非关系后，再将选通的基准脉冲输出。其中用到的元器件是脉冲分配器CD4017和与双D触发器CD4013。原理是，将被测脉冲输入CD4017时钟输入端子，再由CD4017的Q1端子输出到与非门集成电路74LS00的一个输入端子A1，同时CD4017的Q2端子输出信号到CD4017的禁止端子，CD4017的这种连线方式实现了在Q1输出一个脉冲高电平后,由Q2发出禁止信号锁定CD4017，到下一个计数周期时Q1才能再次输出高电平信号，由此便分离出了一个高电平，并输出到了LED发光二极管

（4）清零/启动开关控制

这一部分实现的功能是手动进行启动和清零。原理是，开关的两个固定脚分别接高电平（VCC）和地（GND），被测脉冲分配器件CD4017的三个清零端。当开关接到高电平（VCC）时，同步加计数