河南机电高等专科学校电气工程系
电子课程设计报告
设计题目：定时抢答器
专业： 电机与电器
班级： 电器091 学号： 090312129 姓名： 马少飞 指导教师： 毛景魁
设计时间： 20xx年6月7日
微控制器技术课程设计任务书
设计题目： 定时抢答器
设计时间： 2011.6.7——2011.6.19
设计任务：
1、显示输入电压大小，DC：0-100V。
2、显示输入电流大小，DC：0-1A；
3、显示输入电阻大小，0-100K；
4、表笔短路声音提示，显示全0。
背景资料：1、单片机原理与应用
2、检测技术
3、计算机原理与接口技术
进度安排：
1、第一天，领取题目，熟悉设计内容，分解设计步骤和任务；
2、第2-3天，规划设计软硬件，编制程序流程、绘制硬件电路。
3、第4-6天，动手制作硬件电路，或编写软件，并调试。
4、第7天，中期检查。
5、第9-10天，完善为完成内容，书写设计报告。
6、第11天，提交设计报告，整理设计实物，等待答辩。
7、第12天，设计答辩。
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题目：定时抢答器
一、设计目的
掌握译码器、十进制加/减计数器的逻辑功能和工作原理，设计可预置时间的定时电路；分析与设计时序控制电路。画出定时抢答器的整机逻辑电路图，掌握智力抢答器的工作原理及其设计方法，并对各种元器件的功能和应用有所了解。并能对其在电路中的作用进行分析。另外还要掌握电路原理和分析电路设计流程，每个电路的设计都要有完整的设计流程。这样才能在分析电路是有良好的思路，便于查找出错的原因。
二、设计要求
1、抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛，分别用4个按钮S1 ~ S4表示。
2、设置一个系统清除和抢答控制开关R，该开关由主持人控制。
3、抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示， 同时扬声器发出音乐提示。先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
4、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，在枪答时间内，选手枪答成功，这时计时器停止计时工作，显示器上显示参赛者的编号，保持到主持人按复位键为止。当规定时间到，仍无人枪答时，本次枪答无效，扬声器报警发出声音，并禁止枪答，计时器显示〃00〃。
三、方案设计与论证
抢答器的组成方框图为：
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图1 组成方框图
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设计的方案有以下三种：
方案一：用CD4511 、CD4068各一个电阻，开关，三级管和二级管若干及七段显示器构
成抢答电路。本电路的控制方法是利用开关进行输入编码当按键第一次就接下时，输出由1111110变为所接下的键值的BCD编码经4068 8输入与门和一个三级管控制后输出CD4511第五脚使其从底电平变为高电平，从而锁住CD4511，实现枪答功能。记数器利用两个CD40110和CD4011组合成30秒的加法记数器，此电路原理简单，制作方便，但显示不为倒计时，观看比较不直接。
方案二：采用CD40175 四D触发器，CD4511，CD4081四2输入与门各1个电阻开关，二级管若干，构成枪答器，本电路工作原理也利用开关与二级管结合做编码用。同时在按钮按下的时候也发出一个脉冲到CD40175的CP输入端，使其输出在CP脉冲下翻转，利用四D触发器的四个（Q反）经CD4081与门后控制CD40175的CP脉冲使其电路锁住封锁按键禁止抢答。倒计时电路采用CD4510与CD4511配合。
方案三：由CD4043一个，电阻，二级管，开关若干组成。CD4043是一快内部由4个高电平有效的RS触发触发器组成。当4个输出端有其中一个被按下时，CD4023相应的输出端经三级管的编码输出到数码显示器使其显示当前按下的按钮组。从数码显示器的b笔段引出一个公共的信号给三级管的反向接到开关的控制端，禁止抢答。把CD4043的四个CR清零接在一起，接个电阻到地，并接一个开关到电源，按动此开关则输出清零。电路进入下一次抢答准备。
本电路采取方案三。
四、设计原理和电路图如下
（1）抢答电路
该电路的根本任务是准确的判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可用触发器和锁存器等。在得到第一信号后应立即将电路的输入封锁，即使其他组再次发出抢答信号也无效。同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，也可以用发光二级管直接指示出组别（这里我们采用LED数码管显示）。同时用第一抢答信号控制一个音乐芯片工作，使其推动扬声器发出声响，表示该题抢答有效。本电路用一个CD4043RS触发器和LED数码管显示器组成，可以将四位抢答者的按钮通过译码，驱动LED数码管显示器显示出他们最先抢答者的序号。而时序控制电路的功能是当参赛选手按动抢答器时，使音乐芯片工作扬声器发声，这时抢答电路和定时电路停止工作。
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按R1进入抢答状态，此时，B点为低电平，A点为高电平。按S1-S4抢答后，B点为高电平，A点为低电平，B输入高电平后停止抢答（为控制用）。
抢答电路按R（进入抢答状态此时，B点为低电平，A点为高电平2）倒计时电路
图2 抢答电路
该电路的采用CD40110做为个位数计时，它是一个十进制加减法译码显示计数器。十位数采用CD40192可预置加减法BCD计数器，输出经七段LED译码器CD4511使数码显示器工作。在CD40192的可预置端用两个单刀双掷开关控制，实现时间10秒、20秒、30秒可调的功能。
A?A?时间到
高电平复输入
入
图3 倒计时电路
（3）1HZ脉冲产生电路
该电路的采用555定时电路。555定时电路是一种电路简单且多用途的单片中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而要波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等等许多领域中都得到了广泛的应用。
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6
图4 1Hz脉冲产生电路
（4）声响电路
电路原理如下图所示，该电路分有两部分，一个是抢答成功提示为音乐提示音，另一个是时间接近及时间到提示它利用CD4011和555芯片组成的组合逻辑电路控制蜂鸣器发出声音。
R?
LS?SPEAKER
CD40192 Q0CD40192 Q1
蜂鸣器
定时
图5 声响产生电路
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7
五、元件清单
表1 元件清单
六、硬件制作与调试
组装时分抢答与倒计时分两部份，经过接后调试，发现抢答单元在接下按钮时没有显示，
经仔细检查及调试阅芯片资料后发现CD4043的输出驱动能力底，只有几毫安，只能增加电压放大电路，为不更改太多电路，我们采用两极三级管放大（因为一级放大为反相，LED数码管不支持）电路经修改后，实现抢答功能。
计时电路方面发现倒计时，电路不能停止，经测量发现CD40192的错位输出端的脉冲为一个很窄脉冲，因此不能封锁CP脉冲于是增加一个芯片及数个二级管经过计时到判断。经改动过后，总体电路如附录1所示。
七、设计总结
在此次电路设计时发现了设计的问题，如扇出数，这是这次设计不能顺利完成的原因，另外还要了解到CD4000系列到芯片不能与7400系列芯片配合使用，因为其输入输出的电平不匹配，会导致电路的工作不稳定！
八、参考文献
[1]《现代电子学及应用》，童诗白、徐振英编，高等教育出版社，19xx年
[2]《电子系统设计》，何小艇等编，浙江大学出版社，20xx年 [3]《集成电子基础教程》，郑家龙、王小海、章安元编，高教出版社，20xx年5月 [4]《电子技术课程设计指导》 彭介华编，高等教育出版社，19xx年10月 [5]《数字电子技术》童诗白编著高等教育出版社 20xx年
[6]百度网站
[7]电子芯片质料网
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附录1 总体电路
时间到
时?A?A
第二篇：单片机设计报告格式(2)
（全班必须统一使用此封面格式）
《单片机应用系统设计与调试》报告书
项目名称： XXXX(如比赛计时/计分器)
指导教师： 吴学强；老盛林
学生姓名： XXXX
班级/学号： 电力911/XXXXX
评 分： _______________
日期：20xx年6月6日----20xx年6月19日
（报告基本内容要求此目录编写；原则上要求按章节排列；多写不限）
目录
第一章：项目基本简介
第一节：项目开发技术性能要求
第二节：项目的应用现状和开发意义
第二章：项目硬件系统的设计
第一节：项目的基本输入/输出功能及输入/输出设备和配置
第二节：系统硬件电路设计
第三章：单片机I/O口及内部资源的分配
第一节：P0，P1，P2，P3分配说明
第二节：定时器/计数器；中断系统的分配使用说明
第三节：数据存储器RAM的分配
第四章：项目程序流程图的设计
第一节：主程序流程图的设计及说明
第二节：各子程序流程图及说明
第三节：各定时/外部中断程序流程图及说明
第五章：程序指令设计
第一节：主程序
第二节：各子程序
第三节：各定时/外部中断程序
第六章：上机调试检验设计效果及优化设计
第一节：上机调试出现问题及解决对策
第二节： 优化扩展功能的解决方案
第七章：总结项目开发调试成果及体会。