课程设计三路抢答器.docx

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课程设计三路抢答器

三人抢答计时器

一、摘要

智力竞赛抢答计时器是一名公正的裁判员，它的任务是从若干名参赛者中确定出最先的抢答者，并要求参赛者在规定的时间里回答完问题。

二、设计要求

1.设计一个三人参加的智力竞赛抢答计时器。

2.当有某一参赛者首先按下抢答开关时，相应显示灯亮并伴有声响。

此时，抢答器不再接收其他输入的信号。

3.电路具有回答问题时间控制功能。

要求回答问题的时间小于等于100秒（显示0～99），时间显示采用倒计时方式。

当达到限定时间时，发出声响以示警告。

三、给定条件及元器件

1.要求电路主要选用中规模CMOS集成电路CC4000系列。

2.电源电压为5~10V。

3.本设计要求在数字电路实验箱上完成。

四、设计内容

1.电路各部分的组成和工作原理。

2.元件器的选取及其电路图和功能。

3.电路各部分的调试方法。

4.在整机电路的设计调试过程中，遇到什么问，其原因及解决的办法。

五、电路组成和工作原理

图

（一）

根据上面所说的功能要求，智力竞赛抢答计时系统的组成框如图

（一）所示。

它主要由六部分组成；

1、抢答器——是三人抢答计时器的核心。

当参赛者的任意一位首先按下抢答开关时，抢答器即刻接受该信号，指使相应发光二级管亮（或音响电路发出声音），与此同时，封锁住其他参赛者的输入信号。

2、抢答控制电路——由三个开关组成。

三名参赛者各控制一个，拨动开关使相应控制端的信号为高电平或低电平。

3、清零装置——供比赛开始前裁判员使用。

它能保证比赛前触发器统一清零，避免电路的误动作和抢答过程的不公平。

4、显示声响电路——比赛开始，当某一参赛者按下抢答器开关时，触发器接受该信号，在封锁其他开关信号的同时，使该路的发光二极管发出亮光和蜂鸣器发出声响，以引起人们的注意。

5、计时显示声响电路——是对抢答者回答问题时间进行控制的电路。

若规定回答问题时间小于等于100秒（显示为0—99），那么显示装置应该是一个二位数字显示的计数系统。

6、振荡电路——它应该提供给抢答器，计时系统和声响电路工作的控制脉冲。

六、设计步骤及方法

三人竞赛抢答计时器系统的原理图如图

（二）所示：

图

（二）

1、抢答控制电路

该系统由开关A,B,C组成，分别由三名参赛者控制。

常态时开关接地，比赛时，按下开关，使该端为高电平。

为实验方便，抢答开关也可以利用实验箱上电平输出开关。

拨动逻辑开关，相当于输出逻辑高低电平。

2、抢答器

由图

（二）看出，抢答器是由三个D型触发器和与非门G1组成。

它的工作原理是这样的：

如果参赛者A首先按下开关，使该端的输入信号为高电平，触发器FA的输入端D接收该信号使输出Q为高电平，相应的

为低电平，这个低电平信号同时送到与非门G1的输入端，与非门G1被封锁，使触发器的控制脉冲CP信号由于与非门G1封锁而被拒之门外，触发器FB和FC因为不具备CP脉冲信号而不接收开关B和C控制端送入的信号（其他两种情况类同）。

因为该电路只接收第一个输入信号，即使此时其他参赛者也按下开关，但由于与非门已被封锁，信号是输入不进去的。

3、清零装置

为了保证电路正常工作，比赛开始前，裁判员都要将各触发器的状态统一清零。

本系统利用D触发器的异步复位端来实现清零功能。

由图

（二）可以看出，该触发器的异步复位端为

低电平用一个开关J控制，正常比赛时，使

，

均处于高电平，用

＝０实现复位功能。

4、计时显示声响电路

计时电路采用倒计时方法，最大显示为99秒。

当裁判员给出“请回答”指令后，开始倒计时，当计时到“00”时可驱动声响电路发出声响。

倒计时器先用可预置数二－十进制同步可逆计数器（双时钟型）CC40192。

CC40192的功能表和外部引线排列分别如表

（一）和图（三）所示：

表

（一）

图（三）

图4是用两片CC40192组成的一百进制减法计数器电路。

由功能表可以看出，要使电路实现倒计时（减法）功能，应使CR=0，

=1，CP＋=1，CP－=CP。

可用CR端接电平开关来控制计时器的工作与否。

声响显示电路需要在两种情况下做出反应：

一种是当有参赛者按下抢答开关时，相应电路中的发光二极管亮，同时推动输出级的蜂鸣器发出声响；第二种情况是当裁判员给出“请回答”指令后，计时开始倒计时，若回答问题时间到达限定的时间，蜂鸣器发出声响。

　　显示电路由发光二极管与电阻串联而成，发光二极管正极接电源端，负极接D触发器的

端。

当某参赛者按下开关，该触发器接收该使其输出Q端的状态为高电平，相应的

端为低电平，就有电流流过发光二极管使它发亮。

计时系统的驱动显示电路选用BCD－7段锁存译码/驱动器CC4511和七段数码管组成，其工作原理可参照“数字钟”的有关内容。

声响电路由两分组成：

一是由门电路组成的控制电路，二是三级管驱动电路。

门控电路主要由或门组成，它的两个输入，一个来自抢答电路各触发器输出

的与非，它说明只要有一

为低电平，就使该与非门输出为高电平通过或门电路驱动蜂鸣器发声；另一个来自计时系统高位计数器的借位信号OB,它说明计时电路在99秒向98秒，97秒，…2　秒，1秒，0秒倒计时再向99秒转化时向高位借位给出一个负脉冲经反相器得到一个高电平。

这个高电平信号也能使蜂鸣器发声，为了保证电路的可靠工作，也可采用与非门构成的基本RS触发器驱动。

图（四）

5、振荡电路

本系统需要产生三种频率的脉冲信号，一种是频率为1KHz的脉冲信号，用于声响电路；一种是频率为500KHz的脉冲信号，用于触发器CP信号。

第三种频率为1Hz信号用于计时电路。

以上电路可用555定时器组成，也可用石英晶体组成的振荡器经过分频率得到。

设计方法可参考“数字钟”的相关内容，1KHz的脉冲也可从实验箱上获得。

七、安装与调试

用中规模集成D触发器CC4013组成的三人抢答竞赛抢答计时器的逻辑电路图如图（五）所示。

图（五）

CC4013的功能表的外引线排列分别如表

（二）和图（六），CC4012的外部引线排列如图（七）。

表

（二）

图（六）

图（七）

1、抢答显示功能测试

按图（五）的有关分在实验箱上连线，将开关A,B,C全处于低电平。

首先拨动开关A,该端发光二极管亮，此时再拨动开关B或C,观察其他发光二极管的情况。

2、清零功能测试

在以上实验的基础上，将CC4013的所有R端连在一起通过开关J控制。

由表

（二）可以看出，CC4013的异步控制信号高电平有效，困此可用R=1实现复位功能。

开关J可以利用实验箱上的电平开关。

常态时，它处于低电平。

拨动开关J，观察发光二极管是否全灭。

3、倒计时功能测试

按图（四）的电路在实验箱上连线，计数器的输出可接发光二极管，在CP作用下，观察发光二极管显示情况。

通过控制CR端的状态，再观察发光二极管显示情况。

译码显示电路的连接方法可参考“数字钟”的有关内容。

4、声响电路功能测试

按图（五）的有关分在实验箱上连线，可将与非门的反相器的输入端分别通过实验箱上的电平开关来控制状态，观察喇叭发声情况。

八、实验所用器材

电源、发光二极管、蜂鸣器、电阻、开关、触发器、cc40192、555定时器、各种门电路、三极管、译码显示装置等。

九、设计心得和体会

“电子技术课程设计”是点在技术课程的实践性教学环节，是对我学习电子技术综合性的训练。

通过本次课程设计我收获良多，使我认识到了自己所学的专业知识的实用性和重要性。

本次设计我选择的是三人抢答计时器的设计，本次设计使我对课本上的知识进行了复习和运用。

这是我第一次接触课程设计，所以起初不知该如何下手，后来通过上网查询和查阅相关书籍资料，总算是有点眉目了。

指导了如何下手，后面的工作相对就容易一些了。

埋头苦干的过程是苦涩的，在书山中查找资料的过程是疲倦的，但当课程设计完成时，收获的感觉是甜蜜的。

没有耕耘，哪来的收获的喜悦，不懂的付出怎么能知道回报的快乐，一份耕耘一份收获，有付出才有回报，就在这样的痛苦与快乐的交换中，我学到了知识，学到了做人的道理，收获了一份珍贵的财富。

这次实践使我认识到了我现在所学的知识还远远不够，在实际操作应用过程中还有些问题不能独立解决，所以我会在今后的学习中更加努力学习，学号自己的专业知识，来发展迅速的现代社会。

在此次设计中我非常感谢钟老师，我在设计过程中遇到过一些不明白的问题，多亏了老师的指导和帮忙，但我的设计还存在有很多不足之处，还望老师予以指正，提出修改的建议，使该设计更加完善。