智力竞赛抢答器的制作与调试

第一篇：智力竞赛抢答器的制作与调试

电子工艺实训报告

实训课题

智力竞赛抢答器的制作与调试

学号 年级 学院 专业 姓名 指导教师

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一．实训目的

(1)学习识别简单的电子元件与电子线路；(2)学习并掌握抢答器的工作原理；

(3)按照图纸焊接元件，组装一台抢答器，并掌握其调试方法。

二．实训器材

(1)电烙铁：由于焊接的元件多，所以使用的是外热式电烙铁。(2)螺丝刀、镊子等必备工具。

(3)焊锡丝，由于锡它的熔点低，焊接时，焊锡能迅速散步在金属表面焊接牢固，焊点光亮美观。(4)三节5号电池。

三．实训概要

（一）电路元件选择

为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几方面：

(1)尽可能采用功能强的芯片，以简化电路，功能强的芯片可以代替若干普通芯片，随着生产工艺的提高，新型芯片的的价格不断下降，并不一定比若干普通芯片价格的总和高。

(2)留有设计余地。在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。因为很少有一锤定音的电路设计，如果现在不留余地，将来可能要为一点小小的修改或扩展而被迫进行全面返工。

(3)程序空间，选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用AT89C51单片机。

(4)I/O端口，在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一些被忽视的问题，而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的。如有些新的信号需要采集，就必须增加输入检测端；有些物理量需要控制，就必须增加输出端。如果在硬件电路设计就预留出一些I/O端口，虽然当时空着没用，那么用的时候就派上用场了。

（二）发抢答器装配零件，检查和熟悉各种零件

老师让我们多次熟悉抢答器的电路图和熟悉电路元件，并调试元器件的好坏。这一天的工作是相对轻松的，仅仅是熟悉电路图和学习使用常用电子仪器仪表，和识别检测常用的电子元件。这一天最重要的就是常用电子元件的识别和检测。我们常见的电子元件就是电阻、电容。电阻上的色带是就是电阻的色环标记法，通过色

环来表示电阻的大小，有效数字、倍率和允许误差。现在见到的电阻的色环有四道和五道的，四道环的有效数字是前两道环所代表，而五道环是由前三道所代表。接着识别电容器，电容用于交流耦合、滤波、隔断直流、交流旁路和组成振荡电路等，电容的标注分为直接标注和色标法。通过学习，我明白了直接标注的电容是用数字直接表示电容量，不标单位。标注1～4位整数时，其单位是pF，标注为小数时，其单位是µF。也有用三位数字表示容量大小，默认单位是pF，前两位是有效数字，第三位是有效倍率（10m），当第三位是9时，则对有效数字乘以0.1。而色标法则同电阻器的标注。检测电容的方法是利用电容的充放电特性，一般用万用表电阻档测试电容的充放电现象，两只表笔触及被测电容的两条引线时，电容将被充电，表针偏转后返回，再将两表笔调换一次测量，表针将再次偏转并返回。用相同的量程测不同的电容器时，表针偏转幅度越大说明容量越大。测试过程中，万用表指针偏转表示充放电正常，指针能回到∞，说明电容没短路，可视为电容完好。现在说明在模拟电路中常见的二极管，通常二极管有整流、检波、稳压、发光、发电、变容、和开关二极管等。检测二极管我们利用的是二极管的正向导电性，正向导通反向截止，可以判断管子的好坏。

(三)熟悉抢答器的装配图

图1 抢答器的组成框图

我们在实验里认真熟悉抢答器的电路板的装配图。

图2原理框图

(四)焊接各种零件

这一天，我们就真正进入到电子技术实习的操作中去了，以前虽然接触过电烙铁，但毕竟没有实际操作过，总是怀有几分敬畏之心。而电子电路主要是基于电路板的，元器件的连接都需要焊接在电路板上，所以焊接质量的好坏直接关系到以后制作抢答器的成败。因此对电烙铁这一关我们是不敢掉以轻心的。影响焊接质量主要取决于焊接工具、焊锡丝和焊接技术。对焊接工具和焊锡丝这样的物品我们是没任何办法的，唯一可以改善的就是我们的焊接技术，所以焊接技术就直接决定了我们实习的成败。焊接时虽然胆战心惊，但还是总结出了心得，就是焊锡要用一点点下去，电烙铁要在锡水熔化后产生光亮就拿开，这样就能焊出光亮圆滑的焊点了。将他们插好后就依次拆卸下来，先焊接电阻，再焊二极管，然后是四个芯片，焊接时注意二极管的极性，管脚要放入相应位置。

四．实训原理

四路抢答器实现功能

四路抢答器具有清零和抢答控制，可由主持人操纵避免有人在主持人说“开始”前提前抢答违反规则。优先判断、编号锁存，通过LED显示。当一轮抢答之后，最先抢答选手的LED点亮，禁止二次抢答。如果再次抢答必须由主持人再次操作“复位”状态按键S5。

根据电路原理图，四路按键S1，S2，S3，S4对应的显示灯是D1，D2，D3，D4。74HC175的时钟由555振荡电路产生。

初始状态：当有时钟信号输入到CLK引脚时，D触发器的输入等于输出，四路输入引脚为低电平，输出引脚Q端输出低电平，三极管Q1，Q2，Q3，Q4截止。发光二极管D1，D2，D3，D4处于熄灭状态。

抢答状态：当主持人宣布抢答有效，选手按键抢答，假设1号选手最先按下S1键，D触发器的输入D1等于输出Q1（高电平），三极管Q1导通，发光二极管D1点亮。此时，/Q1引脚输出电平到74LS20（4路与非门），时钟信号被锁存，74LS20输出端一直为高电平。D触发器停止工作，其它选手按键无效。

复位状态：再次抢答，主持人按下键S5是D触发器复位，回到初始状态。

五．电路调试

检测调试步骤：

（一）、检查与调试

上电前的检测，用万用表测量电源输入的+5V脚和GND脚，确保它们之间没有短路才可进行下面的检测。

四路按键S1，S2，S3，S4对应的显示灯是D1，D2，D3，D4。

当按下S1键时，D1亮，再按S2,S3,S4键无效，直到按下复位键S5。当按下S2键时，D2亮，再按S1,S3,S4键无效，直到按下复位键S5。当按下S3键时，D3亮，再按S2,S1,S4键无效，直到按下复位键S5。当按下S4键时，D4亮，再按S2,S3,S1键无效，直到按下复位键S5。

（二）、调试中遇到的问题

1.稍微复杂，焊接该电路所需要的导线需要很多；再者在焊接电路过程中必须确保每一步焊接的电路正确，是电路搭接美观实用；最后是通过使用万用表来检测焊接电路的正确性。

2.焊接电路得保证焊点没有虚焊，为此我们焊接速度比较慢，谨慎焊接，保证

每个焊点都没有虚焊。

3.在用示波器检测蜂鸣器输出端信号时候，发现信号残缺，后经过排故发现有一根导线脱焊，为此我们小组同学又重新焊接。后来再测试发现信号没有残缺。电路的特点和方案的优缺点：

(1)可靠性：整个实验电路分为四个部分，在实验的过程中，每一部分都经过了仔细的检测，各部分功能完好；通过焊接搭接将各部分按电路图连接成完整的抢答器电路，经过检测，连接无误，最终实现抢答器的功能，保证了抢答器电路的可靠性。

(2)易测性：抢答器电路由四部分构成，在实验的过程中，依次完成每部分，如果出现什么问题，可以随时检测该部分的功能或连线是否出现故障。

(3)实验改进：该电路只是用发光二极管显示结果，没有声音，没有显示，应该还要接入一个蜂鸣器和LED显示器。

六．心得体会

通过本次设计，我深刻体会到学术研究的严谨性、规范性，掌握了基本的研究方法，逐渐形成了较强的自主学习能力。

本设计是在刘怀强老师精心指导下完成的。刘老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响很大，并将积极影响我今后的学习和工作。

本设计的顺利完成，离不开各位老师、同学、朋友的支持、帮助。大家多次进行设计难题的讨论与分析，这样为本设计的进一步完善提供了帮助。在此，向老师、同学表示感谢。最后还要感谢学院、系为我们提供了一个良好的学习氛围和人文环境，这对我们以后的学习、工作、生活具有重要影响。

这次课程设计我选择的题目是“四路抢答器的设计与制作”，要求用数字逻辑电路或者单片机应用系统进行设计，总体上来看，利用数字电子电路来设计电路能够对各单元电路的功能和设计都可以有更加充分的了解，帮助数电知识的巩固，开始的时候我选用数字电路来设计，虽然绘制电路原理图比较容易，但由于电路元件用的相对多，即使原理明白，不过在实际制作实物时跳线用得很多，而且电路的成功也很难确定，因此最后我都是选用单片机应用系统设计，因为之前进行数字电路设计附电路图 也深刻明白了自己的不足。

使我对单片机及其附属电路有了一定的了解，对课本上的知识有了进一步的掌握，时对电路的原理有了明确的了解，且这个学期也进行了单片机的基础学习，从而可以结合实际应用，掌握单片机的应用和软件、硬件的综合设计。通过这次课程设计，

第二篇：智力竞赛抢答器的设计与制作

我们的课程设计的实验报告

智力竞赛抢答器的设计与制作

一． 设计任务与要求

1.抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0 ~ S7表示。

2.设置一个系统清除和抢答控制开关S，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，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优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，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。5.参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止

6.如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。

二、设计原理与参考电路

1．数字抢答器总体方框图

如图所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。

2．单元电路设计

本抢答器仅用两块数字芯片便实现了数显抢答的功能，与其他抢答器电路相比，有结构简单、成本低、制作方便的优点。实用可靠、成本极低，十分适合学校教学使用。

设计原理图：

原理图见上图所示，ＣＤ４５１１为常用的四－七段ＢＣＤ译码器，其ＬＴ为试灯脚；ＢＩ为消隐（灭灯）脚，ＬＴ和ＢＩ接高电平（电源）；ＬＥ端为选通脚，开始抢答前ＬＥ接低电平。{1}、{2}、{6}、{7}脚为ＢＣＤ码输入端，{9}～{15}脚为七个输出端，直接驱动数码二极管显示器，接通电源开关Ｋ，数码管显示“０”。

CD4511真值表如下：

3．锁存电路与7段显示译码

74LS30引脚图

Ｓ0～Ｓ7为8个抢答按键，ＣＤ４５１１是ＢＣＤ码７段译码器。74LS30是８输入与非门.初始状态下，ＣＤ４５１１驱动ＬＥＤ数码管显示０，即ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ这六个笔画为１，仅ｇ笔画为０，现将ｇ笔画信号用三极管9013反相，这样，在初始状态下，74LS30的８个输入端便全为１，其输出为０，使７段译码器ＣＤ４５１１处在译码状态，这时按键信号可以输入。又因显示除０以外的其他数字时，a～ｇ这７个图画信号至少有一个是０，使74LS30输出１，相应地，７段译码器ＣＤ４５１１处于锁存状态。所以当某一按键按下时，74LS30就输出锁存信号１，使７段译码器ＣＤ４５１１将已键入的数字锁存显示。这样，后按下的键就不起作用了，数码管就只显示最先按下的键号，起到了抢答的作用。Ｒ３和Ｃ１组成积分电路对锁存信号作短暂的延时，其作用是让数字电路有足够的响应时间，使锁存稳定，以免显示乱码。Ｓ8为复位键，该键在主持人喊“开始”前按下，按下后数码管显示０。

4.数码管引脚

5．所需的实验器材：

a.实验电路面包板一块

b.CD4511、74LS30、共阴译码管各1只

c.二极管9只、开关9只、0.01uf电容1只、9013三极管1只

d.100K电阻4只、10K电阻2只、2K电阻1只

智力抢答器电路图

智力抢答器实例图

三．易出现的一些错误

1． 显示器上不显示数字，我们从后级往前级进行测试，首先用1.5～2V的电压作用各个笔段,看对应各笔段是否亮,判断是否完好。若完好则继续检测CD4511芯片是否完好。在CD4511的A、B、C、D四个输入端随意输入一组二进制数码（用高低电平表示1和0，此处注意要用到8V以上的电源电压），看是否能显示数字。无显示的故障一般问题出在这两个环节。

2． 若显示器上显示的是不符合要求的数字，在设计原理正确的前提下，首先通过测试判断CD4511的输出a～g与LED管的a～g笔段是否连接有错。其方法是CD4511的输出a～g分别按规律输入高低电平，观察LED管是否显示相应的数字。如果这个环节正常，则问题在二极管编码电路，再逐一进行检查。

3． 如果不能锁存，或是锁存不了1和7，则问题在锁存电路，应该从原理上进行分析。锁存电路的设计原理是：启用CD4511的锁存功能端LE，高电平有效，即输入高电平时执行锁存功能。锁存器应能锁定第一个抢答信号，并拒绝后面抢答信号的干扰。如何设计呢，我们对0～9十个数字的显示笔段进行分析，只有0数字的d笔段亮与g笔段灭，其它数字至少有一点不成立。由此可以区分0与其它数字。我们将LED管的a笔段与g笔段的输入信号反馈到锁存电路，通过锁存电路控制锁存端LE输入为0或1（锁存与否）。当LED显示器显示为0时，LE=0，CD4511译码芯片不锁存；当LED显示器显示其它数字时，LE=1，芯片锁存。这样只要显示器上显示为0，CD4511译码芯片才不锁定，显示其它数字均锁存。所以只要有选手按了按键，显示器上一定是显示1～8的数字，LE=1芯片锁存，之后任何其他选手再按下按键均不起作用。例如SB1键先按下，显示器上显示1，LE=1芯片锁存，其他选手再按SB2～SB8，显示器上仍显示1，SB1按下之后的任一按键信号均不显示。直到主持人按清零键SB9，显示器上又显示0，LE=0，锁存功能解除，又开始新一轮的抢答

若所有的数字都不能锁存，说明不管LED显示什么数字，CD4511管脚的5脚输入为电平，可能是5脚与地短接或者是锁存电路的两个二极管VD13和VD14断开等故障；若只有1和7两个数字不显示则可以分析一下其原因：显示1和7数字时g段不亮，CD4511的g输出端为低电平，VD14截止，而b段亮d段不亮本应该三极管VT截止而使VT13导通，产生高电平（锁存信号）给LE，现在不能锁存说明VD13截止，推断是三极管击穿损坏。

4． 在测试的过程中我们一定要注意，高低电平的测试电压数值要针对不同的电路而选取不同的数值。比如，针对LED管，高电平只能用1.5～2V,而在CD4511的输入端高电平要用到8V以上的电源电压。选高了，会烧管子；选低了，会看不到效果，甚至产生误判断。5.判断PNP型和MPN型晶体管：用万用表的R×1k(或者R×100)档。用黑表笔接晶体管的某一个管脚，用红表笔分别接其它两脚。如果表

针指示的两个阻值都很大，那么黑表笔接晶体管的某一个管脚，用红表笔接其它两脚。如果表针指示的两个阻值都很大，那么黑表笔所

接的那一个管脚是PNP型的基极，如果表针指示的两个阻值都很小，那么黑表笔所接的那个一个管脚是NPN型的基极；如果表针指示的阻

值一个很大，一个很小，那么黑表笔所接的那一个管脚不是基极。这就要另换一个管脚来试。以上方法，不但可以判断基极，而且可以

判断是PNP型还是NPN型晶体管。

判断基极后就可以进一步判断集电极和发射极。先假定一个管脚是集电极，另一个管脚是发射极。然后反过来，把原先假定的管脚对调一下，再估测β值，其中，β值大的那次的假定是对的。这样就把集电极个发射极也判断出来了。

四.遇到的困难及解决的方法:

1.我们这次做的八路抢答器是安装在面包板上的。在安装电路之前要仔细的检查一下面包板的导通状态。也许在面包板的插孔里面留下硬线的铁丝。或有的2个孔之间不能导通的倒通了。在安装元件之前都要把这些问题排除掉。要不然在调试的时候很难找到问题的出错点。

2.在安装的时候要小心不要把二极管的正反接错了。要不然在数码管就不能显示正常的数字。有时候连数码管都不亮。

3.在安装开关的时候要注意4脚开关的脚的导通状态。在接导线的脚和接二极管的脚之间不能让他们短路。要不然开关就起不到开关的作用了。相当于导线。在设计中还有一只三极管，同样也要正确的判断它们3只脚的b，c，e，如果出错了，则74LS30的锁存功能将遭到破坏。

4.在布线的时候也要注意，铁丝不能插的太深，也不能搭高架桥似的，因为这些细节的出错往往很难找到错的原因

五．知识竞赛抢答题实战心得体会

知识竞赛过程中，抢答题可以说是唯一拉开分数的一个竞赛项目。一般的知识竞赛，不论设置必答题、共答题还是风险题，大多都是选手复习过的，除非选手自己没有记住，不然，不会出现分数差距，只有抢答题，才会把各参赛队的分数拉开。所以，仔细研究抢答题的技巧就等于是否能够得到冠军的问题。

先做一个假定的先决条件：知识竞赛的题目各参赛队都做过复习，竞赛试题没有超出复习范围，这次知识竞赛就是回答题目，没有什么技能比赛，也没有什么评委打分。————实际的知识竞赛大多都是这样的，那么决定胜负就在抢答题这个环节了，即使有风险题也没有大作用了，因为风险题再难，各队参赛队员也会答出来，不会答的估计只有评委和观众了。

1、操作抢答按钮要以稳为主

一般都会进行抢答器的抢答测试，作为选手要充分利用这个测试机会，多按几下，找到手感。——这是次要的 第一题和第二题，一定要沉住气，决不可以冒抢，就是违例抢答。宁可不按抢答器按钮，也决不可以违例被倒扣分。这是因为，一般的知识竞赛抢答题最合理的题量是平均每队2到4道题，以6组为例，就应该有12到24题的数量（个别没有主办竞赛经验的会出6题甚至更少）。通过前两道题，迅速掌握主持人是如何控制抢答器的违例操作的，判断出主持人对违规判罚的尺度是紧是松——这是熟悉敌情

按照前两题的心得开始出击。

2、本队分数已经领先，尤其是领先2道题以上的分数，在抢答的过程中，要求稳，不要急躁，此时的原则是宁可不抢，决不能违例。

3、抢答题一般都是抢答成功回答问题加分，抢答违例试题作废被扣分。基于这个方式，我们分析可以知道，由于题目数量有限，在大家都会的情况下，可以说，抢答成功的几率基本是相同的，你如果想多得分，就得冒违例的风险，一旦违例被扣分，就等于你让对手回答正确了两道题。所以出现违例，通常很难再扳回胜局。这就是站长为何始终强调以稳为主。

4、抢答过程中，本队与各队抢答的机会差不多，这是正常的。如果出现了一个参赛队抢答机会多而又不违例，其他的很少抢答成功，那么作为没有抢答上的选手，这是必须要考虑策略。可以采取篮球赛的叫停方式——即立即举手示意主持人或评委，对抢答器提出置疑，一般知识竞赛由于主办方没有经验，不会在抢答题过程中考虑细致规则，这时就是选手有什么其他举动也不会被扣分的，让主持人重新测试抢答器，其目的就是延缓得分多的队伍的抢答，这个抢答尤其是根据主持人说“开始”的方式，完全是一种感觉，这样被叫停了，对手的良好抢答感觉就丧失了。或者让主持人到自己的竞赛台前，借口就是声音传输的距离远等理由，目的就是为了给主持人施加压力，让他对竞赛的严与松把握好。

5、抢答题的比赛与抢答器的功能有很大关系，本站的电脑抢答器有三种抢答方式，已经可以避免主持人的人为因素了。但电子抢答器的成功与违例，完全靠主持人来操作。一般采用的都是主持人说“开始”的同时，按下主持人控制器，就是再高明的主持人在20多题的主持过程中，也不可能完全做到同步。这样一轮抢答题的比赛就看主持人的水平了，这里站长不想去谈主持人，还是说选手，选手必须揣摩主持人的在抢答环节的风格，看他是说“开始”在先，还是按下主持人控制在先。来决定自己下手的早与晚。

6、如果一个知识竞赛的抢答环节完全靠主持人说“开始”，而且主持人人为判断违例的话，就应该大胆出击了，由于没有设备做裁判，完全凭主持人的感觉，那么任何一个主持人也不敢给某队始终判违例或成功，如何主动驾于主持人就看选手的功夫了，这个有点不在本文的探讨之内。

抢答题如此重要，怎么办呢？谈几点实战经验心得。

7、如果题目有一定的难度，就是说，不是每题都可以回答上的，那么选手三人都应该把手放到抢答按钮上，不论那个会回答，都会第一时间按下抢答器。如果你们选用的抢答器的按钮就是指甲大小的（有的电子抢答器太简陋了。用本站的电脑抢答器可好多了）那么请三位选手也要手叠手放在一起。

按抢答按钮时，不应该是拍，而是手放到按钮上，下压按钮。由于抢答按钮反应速度在百分之一秒以上，所以，用手去拍，这段距离就把抢答的时间耽误了。就是按按钮，也应该是用手劲，而不是肩先用劲来带动手劲，作者这是参与多次竞赛总结看到的。总之，抢答有许多技巧的。

第三篇：智力竞赛抢答器申请报告

电子工程学院课外学分申请书

题目：智力竞赛抢答器

班

级：

A1331班

姓

名：

赵筱洁

学

号：

11311110114

专

业：

自动化

实 验 室：

开放实验室

设计时间：2015 年4月 16日

审批意见：

指导教师：

吴华杰

录

1．智力竞赛抢答器基本功能：…………………………………………1 2．原理图仿真软件Protues的介绍:…………………………………1 3．原理图 ………………………………………………………………1 4．元件清单 ……………………………………………………………2

1、智力竞赛抢答器基本功能：

1.抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S1 ~ S8表示。2.设置一个系统清除和抢答控制开关S9，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。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

2、原理图仿真软件Protues的介绍: Protues软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDAprotues工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。迄今为止是世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译.3、原理图：

4、元件清单：

按钮开关-----9个 1N4148二极管------------------------------15个 10K电阻-----6个 2.2K电阻----1个 100K电阻----1个 330电阻-----1个 9014三极管--1个 47uF电容----1个 CD4511芯片--1个 共阴极一位数码管---------------------------1个 9X15cm洞洞板1块 导线若干

参考文献：

[1] 王港元．电子设计制作基础．江西科学技术出版社，2011．1-6 [2] 谢龙汉．Proteus电子电路设计及仿真．电子工业出版社，2012．1-7 [3] 竺可桢．物理学[M]．北京：科学出版社，1973．1-3.

第四篇：多路智力竞赛抢答器

湖南工学院

多路智力竞赛抢答器设计报告书

课程名称：多路智力竞赛抢答器 系部名称：电气与信息工程系 专业名称：电子信息工程技术 班级名称：电信0702 设计人 ：裴书茂 学号 ：402070220 指导老师： 设计时间：

湖南工学院

（课程设计任务书目录）

前言 „„„„„„„„„„„„„„„„ 1 设计功能要求 „„„„„„„„„„„„„„ 2 抢答器框架设计 „„„„„„„„„„„„„ 3 电路设计 „„„„„„„„„„„„„„„ 4 1)抢答电路设计 „„„„„„„„„„„„ 4 2)定时电路设计 „„„„„„„„„„„„ 53)报警电路设计

„„„„„„„„„„„„ 64)时序控制电路设计 „„„„„„„„„„ 7元器件介绍 „„„„„„„„„„„„„„„„ 8 1)74LS148功能介绍 „„„„„„„„„„„ 8 2)74LS192功能介绍 „„„„„„„„„„„ 9 仿真电路实验 „„„„„„„„„„„„„„„„ 10 1)Proteus仿真电路图 „„„„„„„„„„实物制作 „„„„„„„„„„„„„„„„„ 11 1)原理图 „„„„„„„„„„„„„„„ 11 2)PCB制图 „„„„„„„„„„„„„„„ 12 3)焊接与调试 „„„„„„„„„„„„„„ 13 心得体会 „„„„„„„„„„„„„„„„„ 15 鸣谢 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 15 参考资料 „„„„„„„„„„„„„„„„„ 15

前 言

随着电子技术的飞跃发展，社会发展步入了信息时代，随着信息时代对人才高素质和信息化的要求，随着高等教育发展的趋势，人们的生活水平提高，对精神文明生活的要求也跟着提高，这对电子领域提出了跟更高的要求。

电子学是一门应用很广泛的科学技术，发展及其迅速。要想学好这门技术，首先是基础理论的系统学习，然后要技术训练，进而培养我们对理论联系实际的能力，设计电路的能力，实际操作的能力，以及培养正确处理数据、分析和综合实验结果、检查和排除故障的能力。同时也加深我们对电子产品的理解。

智力抢答器的设计和测试作为此次课程设计的课题，我们采用一般意义上的设计方案，即采用集成芯片构成电路。

数字电路具有很多的有点：（1）便于高度集成化。由于数字电路采用二进制，因此单元电路的结构简单，允许电路参数有较大的离散性，便于集成。

（2）工作可靠性高，抗干扰能力强。数字信号用二进制表示，数字电路的识别能力强。

（3）（4）（5）数字信息便于长期存放。

数字电路集成产品多，通用性强，成本低。

保密性好。数字信息容易进行加密处理，不易被窃取。

设计功能要求

一、功能要求

1、设计制作一个可容纳5组参赛的数字式枪答器，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。

2、给主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始。

3、抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号（1～5），同时扬声器给出音响提示。同时禁止其他选手抢答。

4、抢答器具有定时抢答的功能，抢答时间设定为30秒，当主持人按下开始按钮时，定时器立刻倒计时，并显示。选手在设定的时间内抢答有效。超过时间抢答无效，定时显示器显示00。

二、设计步骤与要求

1、拟定电路的组成框图，要求能实现所有功能，使用的元器件少，成本低。

2、设计并安装电路，要求布线整齐、美观，便于级联和调试。

3、测试所设计抢答器的逻辑功能，满足各项功能要求。

4、画出整机逻辑电路图。

5、写出设计报告。

抢答器框架设计

定时抢答器的总体框图（如图

1.1）所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答按钮时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能。

图1 如图所示为总体方框图。工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清零”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置;开始“状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。

电路设计

一、抢答电路设计

设计电路如图2所示。电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 来完成。该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。

图2 工作过程：开关S置于”清除“端时，RS触发器的 R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端（图中5号端）＝0，使之处于工作状态。当开关S置于”开始“时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO(图中4端)=1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR

＝１，使74LS148 优先编码工作标志端（图中5号端）＝１，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为CTR＝１，使优先编码工作标志端（图中5号端）＝１，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。74LS148为8线－3线优先编码器，表1为其功能表。

表1

二、定时电路设计

节目主持人根据抢答器的难易程度，设计一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。具体电路如图3。

原理及设计：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图3所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。原理及设计：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图3所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号

图3 由时钟产生电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG 上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得，即秒脉冲。

三、报警电路设计

由555 芯片构成多谐振荡电路 ,555 的输出信号再经三极管放大 ,从而推动扬声器发声。

控制电路包括时序和报警两个电路 ,如图4 所示。控制电路需具有以下几个功能。

主持人闭合开关扬声器发声 ,多路抢答器电路和计时电路进入正常状态;参赛者按键时 ,扬声器发声 ,抢答电路和计时电路停止工作;抢答时间到 ,无人抢答 ,扬声器发声 ,抢答电路和计时电路停止工作

图4

四、时序控制电路设计

时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能。

1)主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。

2)当参赛选手按动抢答按键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。

图5 3)当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，定时和定时电路停止工作。

根据上面的功能要求，设计的时序控制电路如（图5）所示。图中，门G1 的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输人使能端。图11、4的工作原理是：主持人控制开关从”清除“位置拨到”开始"位置时，来自于（图2）中的74LS279的输出 1Q=0，经G3反相，A＝1，则时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，则“定时到信号”为 1，门G2的输出 =0，使 74LS148处于正常工作状态，从而实现功能①的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q＝1，经 G3反相，A＝0，封锁 CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出 =1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能②的要求。当定时时间到时，则“定时到信号”为0，=1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门G1处于关门状态，封锁 CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现（功能3）的要求。集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间。

元器件介绍

一、74LS148功能介绍

在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器时，已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。在同时存在两个或两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不起作用。74148是一个八线-三线优先级编码器。

如图6所示的是八线-三线编码器74148的管脚图引脚图。

图6

二、74LS192功能介绍

74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。

CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。LD为预置输入控制端，异步预置。CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出。BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。

图7

图8

仿真电路实验

一、Proteus仿真电路图

仿真电路课实现抢答功能，由于软件局限，报警电路没有在仿真当中。

实物制作

一、原理图

二、PCB制图

三、焊接与调试

在制板中最重要的一个环节就是线路的印制。在这次的制作中，由于打印的客观原因，使在转印的效果不是很好。做出的实物没有预期的好。这也是以后一定要注意的地方。

1)焊接部分需要注意的是：

严格按照线路的设计进行焊接，首先焊接过孔，在对元器件进行焊接。焊接时间不宜过久，但要完全熔着，以免造成冷焊。焊点的表面要平滑、有光泽。焊点完全冷却前，不可移动。电烙铁不用时要放置于电烙铁架上，并随时保持烙铁头的清洁。焊接完毕，要在烙铁头镀上薄层焊锡，避免氧化，并等冷却后再收存。

2)调试部分需要注意的是：

在通电之前必须对照原理图对线路进行详细的检查。检查是否有虚焊或者为焊接的点。可用万用表进行线路检查，看是否有线路在焊接的时候不慎连接在了一起，如有进行修改。在检查完毕之后才可以通电测试。如果在通电之后任然有问题，应立即断电，再仔细检查。

心得体会

通过这次设计，我的理论知识掌握得更扎实，动手能力明显提高。同时，通过网上搜索等多方面的查询资料，我学到许多在书本上没有的知识，也认识到理论联系实践的重要。在制作当中遇到了许多以前没遇到的困难。我们利用许多的方法去解决所遇到的问题。制作好以后，虽然基本符合设计要求，但我们总觉得欠缺点什么。这次设计，让我感受最深是。在仿真的阶段遇到很多的问题，计时电路不能随抢答而停止，还有就是由于软件的局限在仿真时候没有完成整体电路的调试，这也为最后的实物调试造成了困难。我们一定要具备一定的检查、排除电路故障的能力。我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，由于在印制电路板的时候效果不好出现很多的断线，这让整个焊接和调试很麻烦。调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！

鸣谢

感谢老师的耐心指导；

感谢同学的帮助；

感谢湖南工学院电信系实验老师的大力支持；

感谢湖南工学院对我的支助。

参考文献

宋树祥《高频电子线路》北京大学出版社

谢自美《电子线路设计实验测试》华中科大出版社

第五篇：说课稿8 抢答器的制作与调试

“声光实用型竞赛抢答器的制作”说课稿

尊敬的各位评委 各位老师：

大家好！

我说课的题目是“抢答器的制作与调试”，本次内容分4课时完成，为将知识形象化，直观化，教学过程中采用了多种信息化手段，如：视频，flash动画，图片，数字化校园网、仿真软件、QQ群。下面我从：教材分析、学情分析、教法学法、教学过程、板书设计和教学反思六个方面进行阐述。

一、教材分析

（一）教材的地位

本次内容选自高教社出版的《电子技术基础与技能》中《触发器》一节。它在教材中起着承上启下的作用，既是对前面所学的逻辑电路、编码器、译码器等知识的综合应用，又为后续计数器和寄存器等电路的学习奠定了基础，在现阶段，抢答器凭借自身的特点，越来越多地在多人问答竞赛等活动中发挥着重要作用，因此我选择以“抢答器的制作”为例来讲解数字电路的内容。

（二）教学目标及确立依据

根据教学大纲和教学内容，结合学生实际，特制订如下教学目标： 知识目标：1.掌握触发器的原理。

2.掌握抢答器的电路原理。

能力目标：培养学生的信息处理、实践探究、交流协作及评价的能力，提高学生的电子专业技能水平。

情感目标：通过项目教学，激发学生的好奇心和求知欲；增强学生的自信心和成就感；培养学生互助合作的团队精神。

（三）教学重点与难点

根据以上教学目标以及职业学校学生的实际情况，确立本单元的重难点为： 重点：抢答器电路的制作。难点：抢答器电路的原理分析。

二、学情分析

我的授课对象是中职二年级学生，他们已经具备了一定的数字电路基础知识和焊接技术，具有强烈的好奇心和求知欲，但缺乏解决实际问题的经验和技巧。根据职业学校学生的特点，我将以信息化教学为手段，小组合作学习为形式完成教学目标，突破重难点。

三、教法和学法

（一）教法：在教法上，依托多种信息化教学手段开展项目教学，大胆尝试了五环五步，巧妙的使用flash动画深入浅出地将知识点传授给学生，将理论知识和动手操作相融合，实现了 “做中教”和“做中学”。

（二）学法：在学法上我采用了小组学习法，将学生分为六个小组，每组5人，在交流合作过程中使学生互相取长补短，共同进步，共同提高，既增强了学生的合作意识,又发挥了学生的课堂主体作用。

四、教学程序

为了让学生充分参与到教学活动中来，发挥学生的主观能动性，课前借助QQ群和学生进行交流，安排学生搜集抢答器的信息，指导学生利用数字化校园网对电路的功能作大致的了解。

为更好的完成教学目标，我在整个教学程序设置了五个环节，包括：情境、计划、实施、评价、拓展，共分四课时完成，其中前三课时完成前三个环节，后一课时完成后两个环节。

（一）创设情境（大约5分钟）

首先我创设了生产情境，作为厂家，我们接到客户的订单，需要制作抢答器，要求数码管上只显示抢答最快者号码，并用声音提示。如果我们来接手这个任务，应该如何完成？利用实际项目引入课题，激发了学生的参与热情。

（二）制定计划（约20分钟）

随后教师下发计划书，小组讨论后填写计划书，然后各组分别汇报，师生共同讨论，确定了:“装”、“焊”、“测”、“析”、“排”五步实施过程。组内成员仿照生产流水线作业进行角色分配，分别为装配员、焊接员、调试员、分析员、研究员，期中研究员为组长，其他成员是不同任务的带头人，彼此之间相互合作又相互制约，如装配员不仅仅要安装好自己的电路，还要负责检查和帮助本组内其他成员完成电路安装，并给组内成员的电路板打分。这样，学生成为了实践的主体，使学生感到不枯燥，符合学生的认知规律。

（三）项目实施（大约需要70分钟）

项目实施是本单元教学内容的主体环节，分别由以下五步组成： 1．“装”

实施的第一步“装”就是组装，主要负责人是装配员，装配员组织本组成员对元件进行

清点并利用万用表检测，保证元件的质量良好。由教师用课件展示组装的步骤，第一步先在PCB板上安装电阻和电容，第二步安装芯片底座，第三步安装数码管，第四步按钮，在学生组装过程中教师引导学生注意元件的安放美观正确，并提醒学生注意数码管的方向，以免在测试过程中造成元器件损坏。安装完毕后进行小组互查，确保电路连接正确无误，让学生树立岗位责任心和安全意识。

2.“焊”

实施的第二步是“焊”，焊的主要负责人是焊接员，焊接员先检查本组成员工具是否齐全，摆放是否合理，教师再进行巡视指导。由于是二年级学生，已经具备了一定的焊接装配经验，也可以结合视频学习规范的手工焊接工艺，利用自主探究进一步掌握“五步焊接法”的技术要领，这样可以达到学生对知识自主建构的目的。焊接完毕后，将集成电路安装在集成芯片的底座上，各小组互查后选出代表进行演示。

3．“测”

“测”就是进行电路测试。“测”的主要负责人是调试员，在进行供电调试前，先目测元件安放是否合理，焊点是否符合规范，有没有断点或漏焊。符合规范后，再接通电源进行测试。学生能在测试中尝试成功的喜悦，体会制作的乐趣。同样在测试过程中，部分学生会发现电路故障，教师先不解答，由学生自己去探索到底是哪一部分电路出现了问题？又应该如何去排除呢?从而使学生产生强烈的求知欲望，带着这些疑问，进入电路理论分析的环节。

4．“析”

“析”就是分析数字电路的工作原理。析的主要负责人是分析员，这一步理论性比较强。首先利用15分钟时间让学生课前展示搜集信息的成果，如抢答器的实物图片，抢答器的组成框图等。通过这些信息的搜集和展示，使学生对抢答器电路有了初步的认识。然后教师要帮助学生突破难点，巧妙的使用flash动画展示电路元件的功能。学生通过课前准备的资料进行知识补充并利用仿真软件观察现象，分析员组织本组成员讨论研究并写出原理说明。教师进行引导，安排学生分析电路中的逻辑电路，触发器电路。

5.“排”

“排”就是排除抢答器电路故障，主要由研究员负责，教师下发故障电路板，内部设置电源故障、译码器故障、触发电路故障、编码器故障四大故障，研究员帮助教师一起引导本组成员进行电路模块化检查，并有针对性的排除故障，这样，学生摆脱了盲目的心理，能自主性的分析故障产生原因，从而正确的排故。

通过项目教学法的“五步”实践，学生

（四）评价环节（大约需要10分钟）

在项目完成之后，采用自我评价、小组评价和教师评价相结合的方式对项目成果和工作过程进行评估。由组长对本组成员进行合理评分，由巡视员对上一组进行小组间互评，评选出较好的产品进行展示，各组将评价结果进行整理归档。

（五）拓展环节（大约需要10分钟）

在完成本次生产任务后，教师发更有挑战性的任务：客户希望能获得无线型的竞赛抢答器。我们将如何完成？这一拓展性任务将由学生在课下通过论坛，专业qq群等信息平台完成设计。

五、板书设计 这是我的板书设计。

抢答器的制作

一、抢答器原理框图

二、元件选择

CD40175 CD4011 CD4012

三、抢答器的组装与测试

最后是我的说课内容的最后一个方面:教学反思。

六、教学反思

1本单元的教学设计使用的信息化手段有视频、音频、图片、网络、ppt、word、仿真软件和flash，多种信息化手段的交替使用可将知识形象化，直观化，借助五环五步，真正的实现了做中教做中学。

2在教学中采用项目教学法和小组学习法，课堂与企业对接，小组角色分工，为学生创

造“真项目、真环境”生产条件，在这里学生真正变成了学习的主人，学生的操作能力得到很大提高，分析能力得到提升，竞争意识加强，适应性增强，实现了产学一体化。

以上就是我这次的说课内容，不足之处，恳请各位评委老师批评指正。谢谢！