十路抢答器(数电课程设计)

数字电子技术

课

程

设

计

设计题目：十路智力竞猜抢答器

指导老师：林其伟

班级：10自动化1班

姓名：李扬森

学号：1015321030

课程设计题目：

多路智力竞赛抢答器

一、任务

设计一个多路智力竞赛抢答器。

二、设计要求

1、基本要求

1)设计一个4路（1～4）智力竞赛抢答器，主持人可控制系统的清

零和抢答的开始，控制电路可实现最快抢答选手按键抢答的判别和锁定功能，并禁止后续其他选手抢答。

2)抢答选手确定后给出音响提示和选手编号的显示，抢答选手的编

号显示保持到系统被清零为止。

2、发挥部分

1)扩展为10路（1～10）智力竞赛抢答器。

2)设计抢答最长时间（30秒）限制和倒计时显示。

三、系统框图设计

四、系统各个方案选择与论证

1)抢答按键的选择

a.轻触开关：轻触开关速度快，符合实际。

b.自锁开关: 自锁开关在抢答时，不够方便，每次都要复位。

所以本设计采用轻触开关。

2)数码管驱动芯片的选择

a.CD4511: 用于驱动共阴LED（数码管）显示器的BCD----七段码

译码器，具有BCD转换、消隐、锁存控制、七段译码以及驱动功能的CMOS能提供较大的拉电流，能直接驱动LED显示器。b.74LS48: 现在比较流行的七段译码器，但是没有所存功能。

本设计由于要使用微动开关，所以选择有锁存功能的CD4511。

3）计数器的选择：

a.CD40192:是同步十进制可逆计数器，具有双时钟输入，并具有清

除和置零功能。其为CMOS类型，具有更加稳定的性能和较小的功耗。但要求输入电流很小。

b.74LS192:功能和CD40192差不多，因为它为TTL型，所以运行

速度较快，功耗较大。能承受较大的输入电流。

本设计为了尽量不去考虑输入电流的大小对计数芯片的影响，所以采用74LS192计数器。

4）触发器的选择：经过分析，D触发器组成的电路能满足本设计电路的逻辑运算。并且价格相对较便宜。所以采用D触发器。

五、系统单元电路设计

1)抢答电路设计

抢答部分采用CD4511直接驱动数码管，CD4511的输出电流较大，所以在输出接300至500欧的限流电阻。本设计采用360欧限流电阻。 在按键与CD4511之间接二极管，防止抢答后可能产生的逆电流。 2) 1HZ 频率产生模块设计

用555定时器设计的多谐振荡器， 由555定时器频率计算公式

C

R R Tph Tpl f )221(43

.1)/(1+≈+==1HZ

本设计取C=10UF,R1=R2=47K,在7，8管脚之间再加2K 可调电阻可实现输出为1HZ 的频率。本设计还在3输出口接入一个发光二极管，通过发光二极管可形象的观察到多谐振荡器产生的频率情况，这样方便调节可调电阻，使输出为1HZ 振荡频率。 3) 报警模块设计

为了报警声能够持续一段时间，让抢答效果更好。采用555定时器组成的单稳态触发器。当2脚接受到上升沿触发信号时，3输出高电平，从而蜂鸣器报警。在抢答输出的Tw时间内，其他选手的按键对抢答声没有影响。

Tw1.1

=

3≈

RCLn

RC

本设计采用C=100UF,R采用5千欧可调电阻。将可调电阻调到100千欧左右可实现1秒报警声输出。

4）逻辑门电路模块

逻辑门模块采用74LS32或门电路，74LS02或非门电路电路和

74LS74D触发器组成。或门检测是否有按键按下。当有抢答键按下时，

3Y口输出高电平。经过或非门电路使或非门输出产生上升沿触发信号，报警器发声。

5）倒计时模块

倒计时模块采用74ls192可逆十进制计数器。数码管驱动也采用CD4511。这里使用CD4511有点大才小用了，之前也考虑过74LS48七段译码器，考虑到尽量能用同种数码管驱动芯片，所以采用也采用CD4511。

六、Proteus仿真电路

（倒计时显示）30秒

当主持人按‘开始键’从30秒开始计时，三十秒结束后，对抢答显示进行锁存。

（抢答显示）10号

主持人未按‘开始’键时，显示00，并处于锁存状态。按‘开始’键后，结束锁存状态，知道有人抢答或者30秒倒计时结束。

七、结论以及设计感想

这次的抢答器设计还有许多地方需要改进。比如，清零键有两个，分别对抢答与倒计时进行清零，最好能只用一个清零键。在倒计时结束时最好还要加一个声光报警。总之，以后肯定要做的更好。

这次课程设计，基本是独立完成的。通过从网站上和查阅各种芯片资料，巩固了数电课程学到的知识。之前没有布过PCB图线，没有使用过Proteus仿真软件，通过这次课程设计，让我基本学会了画PCB图和仿真软件的基本操作。

在画PCB和焊元器件时，我觉得主要是考验一个人的细心程度与耐心程度。在画好PCB后，我没有对PCB图进行设计规则检查，所以在我对实物电路板进行错误检查时遇到了许多不应该遇到的困难。

这次的课程设计，由于用到的器件较多，我采用分模块PCB布线，将整张电路图分成三大块。这让我在布线时更有条理，不容易出错。在我对实物进行检查时也体现出了很大的方便性，可以一个一个模块排查。所以，我觉得分模块布线方法挺好。

八、附录

a.仿真全图

b.原理全图

c.PCB图

d.实物图

九、参考文献

1．电子技术基础数字部分（第五版）