1. 設計目的        

2. 設計要求        

3. 設計方案        

3.1八路搶答器的設計框圖        

4. 詳細電路設計        

4.1電路組成        

4.2按鍵編碼譯碼鎖存顯示電路        

4.3控制電路        

4.4計時電路        

5. 電路調試        

5.1調試過程        

5.2調試遇到的問題        

6. 設計總結        

7. 參考文獻        

掌握搶答器的工作原理及其設計方法，掌握設計性試驗方法。

1.設計制作一個容納8組參賽隊的數字式搶答器，每組設置一搶答按鈕供搶答者使用。

2.設計搶答者的輸入搶答鎖定電路、搶答者序號編碼、譯碼和顯示電路。

3.設計定時電路，聲、光報警或音樂片驅動電路。

4.設計控制邏輯電路，啟動、復位電路。

本搶答器的所實現的功能為：首先上電，此時主持人手中的控制按鈕閉合，此使時鐘電路的led數碼管顯示為9，搶答器按鍵led數碼管上什么都沒有，當主持人決定開始搶答時打開控制按鈕，此時時鐘電路的數碼管開始進行9到0的10秒鐘倒計時，當選手按下搶答器按鈕，蜂鳴器發出響聲，此使倒計時停止并顯示出此刻時間并保持，并且led數碼管上會顯示出搶答成功的選手的按鈕數字，并且會一直保持，直到主持人再次按下控制按鈕復位。

搶答按鈕電路：可供搶答者搶答使用。

提示電路：無論哪個搶答者按下按鈕都會發出提示音，在具體電路中可用蜂鳴器代替。

編碼譯碼電路：將搶答者所按下的按鈕號碼進行編碼和譯碼，可用cc4511芯片設計完成。

Led顯示電路：將搶答者按下的按鈕的編號用led數碼管顯示，可用7位led共陰極數碼管完成。

主持人控制按鈕：可以提供給主持人控制電路的復位，啟動等

控制電路：主持人實現對整個電路的控制。

秒脈沖產生電路：產生1秒鐘延遲的脈沖，模擬時可用方波脈沖信號設計。實際當中可用555脈沖產生器。

定時電路：形成9到0的十秒鐘倒計時，可用芯片74ls192構成。

顯示電路：將9到0的十秒鐘倒計時顯示出來。可用四位led數碼管顯示。

本次設計的八路搶答器電路總共由4個部分組成----按鍵編碼譯碼顯示電路，時鐘電路，控制電路。如圖2為系統總原理圖，下面將對各個電路進行詳細介紹。

以下為八路搶答器的按鍵編碼譯碼鎖存電路原理圖，如圖3

此電路以cd4511為主體構成的一個將搶答者按鍵通過編碼譯碼鎖存電路，下面先介紹一下cd4511這個芯片：如圖4為cd4511的引腳封裝圖，如表1為cd4511的真值表。

CD4511 是一片 CMOS BCD—鎖存/7 段譯碼/驅動器，用于驅動共陰極 LED （數碼管）顯示器的 BCD 碼-七段碼譯碼器。
具有BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅動共陰LED數碼管。
引腳功能
ABCD：二進制數據輸入端
BI：輸出消隱控制端
LE：數據鎖定控制端
LT：燈測試端
Ya~Yg：數據輸出端
VDD：電源正
VSS：電源負
其中：a b c d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。
LT為燈測試端，加高電平時，顯示器正常顯示，加低電平時，顯示器一直顯示數碼“8”，各筆段都被點亮，以檢查顯示器是否有故障。
BI為消隱功能端，低電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時， B1端應加高電平。另外CD4511有拒絕偽碼的特點，當輸入數據越過十進制數9(1001)時，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數據。
a～g是 7 段輸出，可驅動共陰LED數碼管。

具體電路分析如下：

例如，當1鍵按下，A引腳為高電平，此時cd4511芯片輸入碼為0001，經過譯碼輸出為0110000，此時cdg引腳為100，c引腳為高電平，經過D14二極管導通接入5引腳，使得EL變為高電平，而LI,BI任為高電平，此時CD4511進入鎖存狀態。而cd4511的每一個輸入端都通過一個二極管接入蜂鳴器，所以只要有一個為高電平都能使得蜂鳴器發出響聲。

剩下的7的按鍵都為同理，如表2所示：

表2開關狀態對應表

根據cd4511的特性a～g是 7 段輸出，可驅動共陰LED數碼管。所謂共陰 LED 數碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應用中應接地。限流電阻要根據電源電壓來選取，電源電壓5V時可使用300Ω的限流電阻。

如圖5為本系統的主持人控制電路原理圖。
圖5控制電路原理圖

當主持人按下控制按鈕，此時LT為高電平，BI經過開關接入低電平，此時不管EL為何種電平，cd4511都會進入消隱狀態完成復位工作。M點接入時鐘電路。控制時鐘的復位。

如圖6為本系統的倒計時電路原理圖，實現的功能就是執行9到0的10秒鐘倒計時。

P點接入按鍵編碼譯碼鎖存顯示電路的cd4511四個輸入端所連接的二極管的上方，使得只要有一個輸入為1就能使得計時電路停止倒計時。

Q點則接入主持人控制電路，以控制計時電路的復位。

此電路還用到了74ls192芯片，如圖7為74ls192的封裝圖，表3為其功能表

CPU為加計數時鐘輸入端，CPD為減計數時鐘輸入端。   
LD為預置輸入控制端，異步預置。
CR為復位輸入端，高電平有效，異步清除。   
CO為進位輸出：1001狀態后負脈沖輸出，  
BO為借位輸出：0000狀態后負脈沖輸出。

所以在設計時將up端接入和~clad端接入高電平，CLR端接入低電平，并預置數設為9即1001，并將方波信號發生器的秒脈沖接入down端，實現9到0的倒計時，將~clad端接入主持人控制電路的開關s9上，也就是將Q點接入M點，實現主持人統一對74ls192進行復位為9。并且將P點接入與cd4511四個輸入端的二極管上，使得只要有一個輸入為高電平就能使得計時電路停止工作，也就是實現只要有選手搶答成功的一瞬間，倒計時會保留在搶答成功的那個時刻，并顯示在數碼管上。

根據本系統八路搶答器的工作流程，對系統進行調試，首先上主持人沒有打開控制按鈕，選手不可以搶答，任何按鍵按下都不會有反應，倒計時停留在9秒不變，如圖8所示：
圖8 準備搶答狀態

此時主持人決定開始搶答，打開控制按鈕，并且計時器開始從9倒計時，并且顯示搶答者號碼的led顯示為0，如圖9所示:
若此時有選手按下搶答鍵，則此時倒計時停止，并且在搶答器數碼管上會顯示出搶答成功的選手的按鈕的號碼，并且蜂鳴器會立即發出響聲，此時倆者會保持直到主持人按下復位按鈕，如圖10所示：

若此時需要進行新一輪的搶答，則此時只需要主持人按下控制按鈕即可，系統會自動復原。如圖11所示。

圖11 系統復位圖

電路基本達到要求，調試成功。

調試過程遇到了許多問題。

首先是，時鐘電路不知道怎么樣才能使得選手按下的時候停止時間，后來想到了，蜂鳴器的作用，既然每一個選手按鍵按下都能使得蜂鳴器發出響聲，那也就是每一個選手按鍵按下都能產生一個不會變化的壓降，也就能使得74ls192輸入down端的信號不在變化，從而使得計時停止。

其次是，一開的搶答器不成功，當選手按下不進行鎖存，后來通過更換軟件解決了這個問題。

在本次課程設計中，收獲了許許多多的知識，掌握了cd4511和74ls192芯片的功能，并且能夠在實際電路中運用，而且還掌握了555構成的秒脈沖發生器，知道了如何運用計數產生各種延時的脈沖，不止是一秒鐘。當然設計的過程也不是一帆風順，在設計延時電路時進行了各種計算，最后算出來的1秒鐘在實際電路中也有很大偏差，實在沒有找到原因，所以就將延時縮短，從而在實際電路中能夠接近于一秒鐘。

總的來說，我認為本次課程設計還是比較輕松的，但是在設計過程中我也有些偷懶，比如可以設計成1到10秒的倒計時，可以給搶答者看的更加清晰。這應該也是此次設計可以改進的地方。設計過程中，我也有所體會，不管是學什么都需要有耐心和毅力，態度也很重要。

[1].于天河，薛楠. 基于案例的電子系統設計與實踐[M]. 北京：清華大學出版社，2017.1

[2].康華光.電子技術基礎：數字部分(第6版)[M]. 北京:高等教育出版社,2016.4

[3].康華光.電子技術基礎：模擬部分(第6版)[M]. 北京:高等教育出版社,2016.4