四路抢答器电路图及说明
单片机四路抢答器的设计
第一章绪论1.1单片机介绍单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。
单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。
最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。
INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。
现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。
手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。
而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。
汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。
概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可......用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。
电工自主设计实验--基于74LS74_D触发器的四路抢答器
基于74LS74 D触发器的四路抢答器郭本生哈尔滨工业大学机电工程学院10级，11008001171.实验目的利用74LS74 D触发器设计供4人用的抢答器，用以判断抢答优先权，并可以实现如下功能：（1）抢答开始之前，主持人按下复位按钮，所有指示灯和数码管均熄灭；（2）主持人宣布开始抢答后，先按下按钮者对应的指示灯点亮，同时数码管显示该选手的序号；（3）此后他人再按下各自的按钮时，电路则不起作用。
2.总体设计方案或技术路线四路抢答器方案流程图（1）抢答控制电路由两片74LS20与非门实现；（2）选手抢答输入端、主持人控制端由两片D触发器实现；（3）灯光提示电路由高电平指示灯与CD4511数码管实现。
3.实验电路图4. 仪器设备名称、型号（1）直流稳压电源 1台（2）EEL-6模拟、数字电子技术实验箱 1台（3）74LS74 D触发器 2片（4）74LS20与非门 2片（5）CD4511数码管 4只（6）导线若干5.理论分析或仿真分析结果（1）主持人按下控制开关，将开关置于“清零”位置，D触发器置零，此时所有的指示灯和数码管均熄灭，选手按下按钮，指示灯和数码管均无任何反应；（2）主持人将开关置于“1”位置，指示灯亮，发出答题信号，此时，选手按下相应的按钮，指示灯亮，数码管显示选手的序号，并且优先作答者对应的74LS20与非门的输出将封锁其他选手的信号的输出，使其按钮不发挥作用，直到主持人再次清除信号为止；（3）主持人再次清零后，进入下一个答题周期。
6.详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）（1）复位功能（主持人置“0”）（2）抢答功能（主持人置“1”，以选手1和选手4抢答为例）选手1抢答 选手4抢答注：表中所示的指示灯和数码管的状态为各选手所对应的指示灯和数码管的状态。
7.实验结论根据本设计电路可实现预定的主持人清零复位、选手抢答以及抢答提示等基本功能，各功能模块均能正常工作，达到设计要求，完成了设计任务。
四路抢答器电路组成及工作原理(含电路图)
电路组成及工作原理四路竞赛抢答器总电路原理图如图1所示。
图1 四路竞赛抢答器原理图1．抢答器电路原理：如图2，IO1，IO2，IO3，IO4分别为抢答器按钮的输入端，开始抢答，假设IO1抢答成功，通过四D触发器输出Q1=1，Q1’=0，而Q 2’=Q3’=Q4’=1,通过四输入与非门后，输出高电平，再经过反相器输出低电平，再经过两输入与非门，输出低电平，此时四D触发器处于保持状态，并且其他按钮的输入不起作用，IO1的抢答信号被锁存。
此时LED1发光并且蜂鸣器发出响声。
其他抢答按钮同理。
图2 抢答器部分电路图2.计时电路原理：计时电路为两片74LS160用置数法构成的31进制计数器，因为可以为了让答题者直观的看到30S这个时间点，所以设置了31进制的计数器。
两片的四个输入端均接低电平，两片的输出端分别接七段译码管直接显示数字，高位的74LS160芯片的Q1Q2接到一个二输入的与非门（U8A）输出到计数器的LD端、三输入与非门端、反相器端。
输出到LD端是为了构成31进制计数器，当高位变为3时，计数器置0。
输出到三输入与非门（U9A）和时钟脉冲、开关的电平信号一起输入到与非门中，这就是为什么能控制计时的开始与暂停了，当开关输入低电平时，无论是否有时钟信号，时钟均不发生改变，此时时钟信号为无效信号；而当开关输入高电平时，U8A输出也为高，因此，时钟信号为有效信号，因此，凭借这样的类似锁存的电路，就可以控制计时的开始与暂停。
而当时间到了30s时，U8A输出为低电平，时钟信号又成为无效信号，时间被停止在30s，此时将U8A信号通过一个反相器输出到蜂鸣器，蜂鸣器发出响声。
图3 计时器电路3.555函数发生器：输出高电平时间：T1=(R1+R2)Cln2 输出低电平时间：T2=R2Cln2 振荡周期：T=(R1+2R2)Cln2图4 555函数发生器。
四路抢答器的设计(C51)
case 0xf7: //键 4 按下:一号选手抢答处理 if(start_flag==0) //犯规操作处理 {
//
j[0]=1; display(); P3=0xf9; delay(200); P3=0xfb; break; } if(chaos_flag==1||qiang_flag==1) break; else { P3=0xef; sec=8; TR0=1; j[0]=1; buffer_zone(); display(); qiang_flag=1; } break;
/********显示函数***********/ void display() { temp=0xfe; for(k=0;k<8;k++) { P2=temp; P0=i[j[k]]; delay(2); temp=_crol_(temp,1); } } /*********函数初始化*********/ void inti0() { TMOD=0x01; TH0=(65535-50000)/256; TL0=(65525-50000)%256; EA=1; ET0=1; TR0=0; } /********中断函数**********/ void zd() interrupt 1 { TH0=(65535-50000)/256; TL0=(65525-50000)%256; m++; if(m==20) { m=0; sec--; buffer_zone(); if(sec<=0) { P3=0xf5; delay(400); P3=0xf7; TR0=0; j[0]=11; j[6]=11; j[7]=11; while(1); }
case 0xdf: //键 6 按下:三号选手抢答处理 if(start_flag==0) //犯规操作处理 { j[0]=3; display(); P3=0xf9; delay(200); P3=0xfb; break; } if(chaos_flag==1||qiang_flag==1) //超时或已有选手抢答处理 break; else { TR0=1; P3=0xbf; j[0]=3; display(); sec=8; // buffer_zone(); qiang_flag=1; } break; case 0xbf: //键 7 按下:四号选手抢答处理 if(start_flag==0) //犯规操作处理 { j[0]=4; display(); P3=0xf9; delay(110); P3=0xfb; break; } if(chaos_flag==1||qiang_flag==1) //超时或已有选手抢答处理 break; else { TR0=1; P3=0x7f; j[0]=4; display(); sec=8;
四路抢答器电路组成及工作原理(含电路图)
电路组成及工作原理四路竞赛抢答器总电路原理图如图1所示。
图1 四路竞赛抢答器原理图1．抢答器电路原理：如图2，IO1，IO2，IO3，IO4分别为抢答器按钮的输入端，开始抢答，假设IO1抢答成功，通过四D触发器输出Q1=1，Q1’=0，而Q 2’=Q3’=Q4’=1,通过四输入与非门后，输出高电平，再经过反相器输出低电平，再经过两输入与非门，输出低电平，此时四D触发器处于保持状态，并且其他按钮的输入不起作用，IO1的抢答信号被锁存。
此时LED1发光并且蜂鸣器发出响声。
其他抢答按钮同理。
图2 抢答器部分电路图2.计时电路原理：计时电路为两片74LS160用置数法构成的31进制计数器，因为可以为了让答题者直观的看到30S这个时间点，所以设置了31进制的计数器。
两片的四个输入端均接低电平，两片的输出端分别接七段译码管直接显示数字，高位的74LS160芯片的Q1Q2接到一个二输入的与非门（U8A）输出到计数器的LD端、三输入与非门端、反相器端。
输出到LD端是为了构成31进制计数器，当高位变为3时，计数器置0。
输出到三输入与非门（U9A）和时钟脉冲、开关的电平信号一起输入到与非门中，这就是为什么能控制计时的开始与暂停了，当开关输入低电平时，无论是否有时钟信号，时钟均不发生改变，此时时钟信号为无效信号；而当开关输入高电平时，U8A输出也为高，因此，时钟信号为有效信号，因此，凭借这样的类似锁存的电路，就可以控制计时的开始与暂停。
而当时间到了30s时，U8A输出为低电平，时钟信号又成为无效信号，时间被停止在30s，此时将U8A信号通过一个反相器输出到蜂鸣器，蜂鸣器发出响声。
图3 计时器电路3.555函数发生器：输出高电平时间：T1=(R1+R2)Cln2输出低电平时间：T2=R2Cln2振荡周期：T=(R1+2R2)Cln2图4 555函数发生器。
四路抢答器电路图及说明
作业上交
时间：6月15日截止 上交内容： ①电路板实物 ②电子版Protel图
评分标准
原理图：10% PCB图：40% 电路板制作：50% ☆注： 1. 每组自己绘图，不得互相抄袭。 2. 电路板必须用自己绘制的PCB图进行制作， 不得用别组的图制作。
期终练习
实用电路板的绘制与制作—— 四路抢答器
原理图
功能简介
该抢答器电路可以同时进行四路抢答。按 键按下后，蜂鸣器发声，同时数码管显示 优先抢答者的号数。抢答成功后，再按按 键，显示不会改变，除非按复位键。
复位后，显示清零，可继续抢答，S1—S4为 抢答键，S5为复位键。
元件清单
序号 1 2 3 4 元件名称 集成电路芯片 IC座 数码管 二极管 规格型号 CD4511 16Pin 0.56寸共阴极 N4148 15 数量 1 1 DS1 D1—D7 元件标识 U2
8. 给焊盘补泪滴。
9. 绘制完成后，进行DRC校验。校验无误后，再对照原理 图对每个网络和引脚的连线进行仔细检查。
10. 制作电路板。
包括：打印PCB图，PCB图的热转印，腐蚀，打磨，打孔， 焊接。
11. 电路板测试。
注意事项： 1. 本板电源电压为：直流电5—6V，接电时注意区 分正负极，切不可超出电压范围。 2. 请不要在带电状态下插拔芯片CD4511，插拔该 芯片时注意芯片的方向。
5
6
三极管
电阻
9013
330Ω 2.2KΩ
1
7 1
Q1
R7—R13 R6
10KΩ
100KΩ 7 8 电解电容 5V有源蜂鸣器 10uF 直径12mm
数字电路课程设计—四路抢答器
数字逻辑课程设计报告——数字抢答器学院名称：通信与信息工程工程学院学生姓名：专业名称：信息工程班级：信息工程实习时间：2012年6月18 日——2012年6月29 日课程设计报告一．课程设计题目：四路数字抢答器二．任务和要求：设计一个数字式抢答器，具体要求如下：1．要求至少控制四人抢答，允许抢答时间为10秒，输入抢答信号实在“抢答开始”命令后的规定时间内，显示抢先抢答者的序号，绿灯亮。
2．在“抢答开始”命令前抢答者，显示违规抢答者的序号；红灯亮。
3．选做：在“抢答开始”命令发出后，超过规定的时间无人抢答，显示无用字符（可自行确定）。
4．选做：不仅能显示抢答者的序号并且能显示抢答次序。
三．总体方案的选择方案一：其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨接地，抢答器处于禁止状态，组号显示器显示“0”，定时器显示时间(0秒)；若有队员在此时抢答，则表示犯规，违规报警电路的红灯亮，并显示其组号；由于锁存电路的原因，只记录下第一组的组号。
在主持人读完题目后，将开关接上电源，宣布"开始"抢答，定时器开始计时，选手在10秒内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、绿灯提示。
当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示经过的时间。
如果再次抢答必须由主持人再次操作“清零”和“开始”状态开关。
方案二：方案二与方案一的原理大致相同，区别在于方案二是“先锁后编”，后者是“先编后锁”：方案一的实现要用148优先编码器，实IN管脚的控制却比较复杂，还要设法控制75的使能端；方际中其7案二则直接将抢答信号作为75锁存器的输入信号，再使用或非门来实现编码，且其只受锁存电路的控制，所以只需控制好75 的使能端即可。
故采用方案二。
四．单元电路的设计1.脉冲电路：由555电路提供CP脉冲信号2.抢答锁存电路：在这一部分，最主要的是锁存电路，锁存电路主要由7475来实现，当74LS75的4，13号管角的信号为“0”时，它将保持原来的状态：74LS75真值表：D C Q1 1 174LS75的管脚图为：7475功能表E2-3D2D3D0Vcc当有一组队员按下开关后（高电平有效），Q1,Q2,Q3,Q4中有一个信号为1，则它们四个通过与非门后的信号为1，在通过非门后，它变为0，接入G12,G34,7475实现锁存功能，保持状态不变。
基于MCS51单片机的四路抢答器课件
程序流程图如下
电路原理图及PCB制版图
四路智力抢答器电路原理图
四路智力抢答器PCB模块
程序设计
▪ 抢答器工作过程如下
▪ · 首先主持人选定倒计时时间，单片机扫描U3以 获取此信息。如果没有人为设置，默认为10s。
▪ · 在按下抢答按键之前，3个数码管全部显示“0”。
▪ · 按下抢答按键之后，蜂鸣器响一声，单片机开 始倒计时，数码管U6和U7显示倒计时时间，数 码管U8显示“0”。
▪ void send_data(uchar);
▪ uchar set_time(void); 时时间
▪ bit control_key(void); 是否按键
▪ uchar get_key_num(void); 个参赛者按键
▪ void display_time(void); 时剩余时间
//初始化MAX7219 //向控制寄存器写数
▪ 完成上述功能的电路包括时间设定开关、声光显 示、按键控制以及按键锁存等部分
各模块功能
▪ 单片机部分 ▪ 时间设定模块 ▪ 按键模块 ▪ 数码管显示模块 ▪ 蜂鸣器模块
单片机部分
▪ 通过读取P3.7～P3.3 的状态决定倒计时时 间；通过读取P1.3～ P1.0的状态读取按键 情况；通过P2.4～ P2.2控制显示模块以 显示按键者的号码和 倒计时所剩时间；通 过P0.1控制蜂鸣器
key_flg=1;
//设置有人按键答题标志
TR0=0;
//停止T0运行
}
else
//否则循环检测
{
display_time();
//并显示剩余时间
continue;
}
}
if(key_flg==1)
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实用电路板的绘制与制作—— 四路抢答器
原理图
功能简介
该抢答器电路可以同时进行四路抢答。按 键按下后，蜂鸣器发声，同时数码管显示 优先抢答者的号数。抢答成功后，再按按 键，显示不会改变，除非按复位键。
复位后，显示清零，可继续抢答，S1—S4为 抢答键，S5为复位键。
元件清单
序号 1 2 3 4 元件名称 集成电路芯片 IC座 数码管 二极管 规格型号 CD4511 16Pin 0.56寸共阴极 N4148 15 数量 1 1 DS1 D1—D7 元件标识 U2
8. 给焊盘补泪滴。
9. 绘制完成后，进行DRC校验。校验无误后，再对照原理 图对每个网络和引脚的连线进行仔细检查。
10. 制作电路板。
包括：打印PCB图，PCB图的热转印，腐蚀，打磨，打孔， 焊接。
11. 电路板测试。
注意事项： 1. 本板电源电压为：直流电5—6V，接电时注意区 分正负极，切不可超出电压范围。 2. 请不要在带电状态下插拔芯片CD4511，插拔该 芯片时注意芯片的方向。
★注：二极管、电解电容、蜂鸣器、电源接线端子的正极的焊盘用方 形。芯片CD4511和数码管的1脚用方形。和其他引脚区别开来，焊接 时不会焊错方向。（在PCB加载完网络表后设置）
普通导线线宽：Min(10mil)，Max(80mil)，Pre(20mil)。
地线GND线宽：Min(10mil)，Max(80mil)，Pre(40mil)。
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6
三极管
电阻
9013
330Ω 2.2KΩ
1
7 1
Q1
R7—R13 R6
10KΩ
100KΩ 7 8 电解电容 5V有源蜂鸣器 10uF 直径12mm
5
1 1 1
R1—R5
R14 C1 U1
序号 9 10 11
元件名称 按键开关 5.08接线端子 PCB单面覆铜板
规格型号 6×6mm 2Pin 10cm×7.5cm
电源线+5线宽：Min(10mil)，Max(80mil)，Pre(40mil)。
6. 合理布局。 需要特别注意的是：5V接线端子的接线端朝外，调整。
① 对自动布线不合理的地方进行调整。 ② 对线宽进行手工调整，空间较大的地方线宽可以适当的 加宽，空间较小的地方线宽适当减小，最小不小于20mil， 否则易断。
数量 5 1 1
元件标识 S1—S5 J1
制作要求
1. 绘制原理图。绘制完成后，对照原理图纸仔细检查，并 进行ERC校验，校验无误，再绘制PCB图。
2. 正确选取元件的封装，对于Protel自带封装库中没有的 封装需要自己量取尺寸并绘制。
3. 创建PCB设计文件并绘制PCB图。 4. 电路板的尺寸为10cm×7.5cm，单面板。 5. 规格要求： 焊盘孔径1mm，外径2mm。（在PCB加载完网络表后设置） 安全间距：20mil。
作业上交
时间：6月15日截止 上交内容： ①电路板实物 ②电子版Protel图
评分标准
原理图：10% PCB图：40% 电路板制作：50% ☆注： 1. 每组自己绘图，不得互相抄袭。 2. 电路板必须用自己绘制的PCB图进行制作， 不得用别组的图制作。