8人智力競賽搶答器的設(shè)計

我們的課程設(shè)計的實驗報告智力競賽搶答器的設(shè)計與制作一．設(shè)計任務(wù)與要求1.搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0~S7表示。2.設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。3.搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。4.搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如30秒）。當主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間0.5秒左右。5.參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止6.如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。二、設(shè)計原理與參考電路1．數(shù)字搶答器總體方框圖如圖所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到"清除"狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間；選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)。2．單元電路設(shè)計本搶答器僅用兩塊數(shù)字芯片便實現(xiàn)了數(shù)顯搶答的功能，與其他搶答器電路相比，有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、制作方便的優(yōu)點。實用可靠、成本極低，十分適合學校教學使用。設(shè)計原理圖：原理圖見上圖所示，ＣＤ４５１１為常用的四－七段ＢＣＤ譯碼器，其ＬＴ為試燈腳；ＢＩ為消隱（滅燈）腳，ＬＴ和ＢＩ接高電平（電源）；ＬＥ端為選通腳，開始搶答前ＬＥ接低電平。{1}、{2}、{6}、{7}腳為ＢＣＤ碼輸入端，{9}～{15}腳為七個輸出端，直接驅(qū)動數(shù)碼二極管顯示器，接通電源開關(guān)Ｋ，數(shù)碼管顯示“０”。CD4511真值表如下：3．鎖存電路與7段顯示譯碼74LS30引腳圖Ｓ0～Ｓ7為8個搶答按鍵，ＣＤ４５１１是ＢＣＤ碼７段譯碼器。74LS30是８輸入與非門.初始狀態(tài)下，ＣＤ４５１１驅(qū)動ＬＥＤ數(shù)碼管顯示０，即ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ這六個筆畫為１，僅ｇ筆畫為０，現(xiàn)將ｇ筆畫信號用三極管9013反相，這樣，在初始狀態(tài)下，74LS30的８個輸入端便全為１，其輸出為０，使７段譯碼器ＣＤ４５１１處在譯碼狀態(tài)，這時按鍵信號可以輸入。又因顯示除０以外的其他數(shù)字時，a～ｇ這７個圖畫信號至少有一個是０，使74LS30輸出１，相應地，７段譯碼器ＣＤ４５１１處于鎖存狀態(tài)。所以當某一按鍵按下時，74LS30就輸出鎖存信號１，使７段譯碼器ＣＤ４５１１將已鍵入的數(shù)字鎖存顯示。這樣，后按下的鍵就不起作用了，數(shù)碼管就只顯示最先按下的鍵號，起到了搶答的作用。Ｒ３和Ｃ１組成積分電路對鎖存信號作短暫的延時，其作用是讓數(shù)字電路有足夠的響應時間，使鎖存穩(wěn)定，以免顯示亂碼。Ｓ8為復位鍵，該鍵在主持人喊“開始”前按下，按下后數(shù)碼管顯示０。4.數(shù)碼管引腳5．所需的實驗器材：a.實驗電路面包板一塊b.CD4511、74LS30、共陰譯碼管各1只c.二極管9只、開關(guān)9只、0.01uf電容1只、9013三極管1只d.100K電阻4只、10K電阻2只、2K電阻1只智力搶答器電路圖智力搶答器實例圖三．易出現(xiàn)的一些錯誤1．顯示器上不顯示數(shù)字，我們從后級往前級進行測試，首先用1.5～2V的電壓作用各個筆段,看對應各筆段是否亮,判斷是否完好。若完好則繼續(xù)檢測CD4511芯片是否完好。在CD4511的A、B、C、D四個輸入端隨意輸入一組二進制數(shù)碼（用高低電平表示1和0，此處注意要用到8V以上的電源電壓），看是否能顯示數(shù)字。無顯示的故障一般問題出在這兩個環(huán)節(jié)。2．若顯示器上顯示的是不符合要求的數(shù)字，在設(shè)計原理正確的前提下，首先通過測試判斷CD4511的輸出a～g與LED管的a～g筆段是否連接有錯。其方法是CD4511的輸出a～g分別按規(guī)律輸入高低電平，觀察LED管是否顯示相應的數(shù)字。如果這個環(huán)節(jié)正常，則問題在二極管編碼電路，再逐一進行檢查。3．如果不能鎖存，或是鎖存不了1和7，則問題在鎖存電路，應該從原理上進行分析。鎖存電路的設(shè)計原理是：啟用CD4511的鎖存功能端LE，高電平有效，即輸入高電平時執(zhí)行鎖存功能。鎖存器應能鎖定第一個搶答信號，并拒絕后面搶答信號的干擾。如何設(shè)計呢，我們對0～9十個數(shù)字的顯示筆段進行分析，只有0數(shù)字的d筆段亮與g筆段滅，其它數(shù)字至少有一點不成立。由此可以區(qū)分0與其它數(shù)字。我們將LED管的a筆段與g筆段的輸入信號反饋到鎖存電路，通過鎖存電路控制鎖存端LE輸入為0或1（鎖存與否）。當LED顯示器顯示為0時，LE=0，CD4511譯碼芯片不鎖存；當LED顯示器顯示其它數(shù)字時，LE=1，芯片鎖存。這樣只要顯示器上顯示為0，CD4511譯碼芯片才不鎖定，顯示其它數(shù)字均鎖存。所以只要有選手按了按鍵，顯示器上一定是顯示1～8的數(shù)字，LE=1芯片鎖存，之后任何其他選手再按下按鍵均不起作用。例如SB1鍵先按下，顯示器上顯示1，LE=1芯片鎖存，其他選手再按SB2～SB8，顯示器上仍顯示1，SB1按下之后的任一按鍵信號均不顯示。直到主持人按清零鍵SB9，顯示器上又顯示0，LE=0，鎖存功能解除，又開始新一輪的搶答若所有的數(shù)字都不能鎖存，說明不管LED顯示什么數(shù)字，CD4511管腳的5腳輸入為電平，可能是5腳與地短接或者是鎖存電路的兩個二極管VD13和VD14斷開等故障；若只有1和7兩個數(shù)字不顯示則可以分析一下其原因：顯示1和7數(shù)字時g段不亮，CD4511的g輸出端為低電平，VD14截止，而b段亮d段不亮本應該三極管VT截止而使VT13導通，產(chǎn)生高電平（鎖存信號）給LE，現(xiàn)在不能鎖存說明VD13截止，推斷是三極管擊穿損壞。4．在測試的過程中我們一定要注意，高低電平的測試電壓數(shù)值要針對不同的電路而選取不同的數(shù)值。比如，針對LED管，高電平只能用1.5～2V,而在CD4511的輸入端高電平要用到8V以上的電源電壓。選高了，會燒管子；選低了，會看不到效果，甚至產(chǎn)生誤判斷。5.判斷PNP型和MPN型晶體管：用萬用表的R×1k(或者R×100)檔。用黑表筆接晶體管的某一個管腳，用紅表筆分別接其它兩腳。如果表針指示的兩個阻值都很大，那么黑表筆接晶體管的某一個管腳，用紅表筆接其它兩腳。如果表針指示的兩個阻值都很大，那么黑表筆所接的那一個管腳是PNP型的基極，如果表針指示的兩個阻值都很小，那么黑表筆所接的那個一個管腳是NPN型的基極；如果表針指示的阻值一個很大，一個很小，那么黑表筆所接的那一個管腳不是基極。這就要另換一個管腳來試。以上方法，不但可以判斷基極，而且可以判斷是PNP型還是NPN型晶體管。判斷基極后就可以進一步判斷集電極和發(fā)射極。先假定一個管腳是集電極，另一個管腳是發(fā)射極。然后反過來，把原先假定的管腳對調(diào)一下，再估測β值，其中，β值大的那次的假定是對的。這樣就把集電極個發(fā)射極也判斷出來了。。四.遇到的困難及解決的方法:1.我們這次做的八路搶答器是安裝在面包板上的。在安裝電路之前要仔細的檢查一下面包板的導通狀態(tài)。也許在面包板的插孔里面留下硬線的鐵絲。或有的2個孔之間不能導通的倒通了。在安裝元件之前都要把這些問題排除掉。要不然在調(diào)試的時候很難找到問題的出錯點。2.在安裝的時候要小心不要把二極管的正反接錯了。要不然在數(shù)碼管就不能顯示正常的數(shù)字。有時候連數(shù)碼管都不亮。3.在安裝開關(guān)的時候要注意4腳開關(guān)的腳的導通狀態(tài)。在接導線的腳和接二極管的腳之間不能讓他們短路。要不然開關(guān)就起不到開關(guān)的作用了。相當于導線。在設(shè)計中還有一只三極管，同樣也要正確的判斷它們3只腳的b，c，e，如果出錯了，則74LS30的鎖存功能將遭到破壞。4.在布線的時候也要注意，鐵絲不能插的太深，也不能搭高架橋似的，因為這些細節(jié)的出錯往往很難找到錯的原因五．知識競賽搶答題實戰(zhàn)心得體會知識競賽過程中，搶答題可以說是唯一拉開分數(shù)的一個競賽項目。一般的知識競賽，不論設(shè)置必答題、共答題還是風險題，大多都是選手復習過的，除非選手自己沒有記住，不然，不會出現(xiàn)分數(shù)差距，只有搶答題，才會把各參賽隊的分數(shù)拉開。所以，仔細研究搶答題的技巧就等于是否能夠得到冠軍的問題。先做一個假定的先決條件：知識競賽的題目各參賽隊都做過復習，競賽試題沒有超出復習范圍，這次知識競賽就是回答題目，沒有什么技能比賽，也沒有什么評委打分?！獙嶋H的知識競賽大多都是這樣的，那么決定勝負就在搶答題這個環(huán)節(jié)了，即使有風險題也沒有大作用了，因為風險題再難，各隊參賽隊員也會答出來，不會答的估計只有評委和觀眾了。搶答題如此重要，怎么辦呢？談幾點實戰(zhàn)經(jīng)驗心得。1、操作搶答按鈕要以穩(wěn)為主一般都會進行搶答器的搶答測試，作為選手要充分利用這個測試機會，多按幾下，找到手感?！@是次要的第一題和第二題，一定要沉住氣，決不可以冒搶，就是違例搶答。寧可不按搶答器按鈕，也決不可以違例被倒扣分。這是因為，一般的知識競賽搶答題最合理的題量是平均每隊2到4道題，以6組為例，就應該有12到24題的數(shù)量（個別沒有主辦競賽經(jīng)驗的會出6題甚至更少）。通過前兩道題，迅速掌握主持人是如何控制搶答器的違例操作的，判斷出主持人對違規(guī)判罰的尺度是緊是松——這是熟悉敵情按照前兩題的心得開始出擊。2、本隊分數(shù)已經(jīng)領(lǐng)先，尤其是領(lǐng)先2道題以上的分數(shù)，在搶答的過程中，要求穩(wěn)，不要急躁，此時的原則是寧可不搶，決不能違例。3、搶答題一般都是搶答成功回答問題加分，搶答違例試題作廢被扣分。基于這個方式，我們分析可以知道，由于題目數(shù)量有限，在大家都會的情況下，可以說，搶答成功的幾率基本是相同的，你如果想多得分，就得冒違例的風險，一旦違例被扣分，就等于你讓對手回答正確了兩道題。所以出現(xiàn)違例，通常很難再扳回勝局。這就是站長為何始終強調(diào)以穩(wěn)為主。4、搶答過程中，本隊與各隊搶答的機會差不多，這是正常的。如果出現(xiàn)了一個參賽隊搶答機會多而又不違例，其他的很少搶答成功，那么作為沒有搶答上的選手，這是必須要考慮策略?？梢圆扇』@球賽的叫停方式——即立即舉手示意主持人或評委，對搶答器提出置疑，一般知識競賽由于主辦方?jīng)]有經(jīng)驗，不會在搶答題過程中考慮細致規(guī)則，這時就是選手有什么其他舉動也不會被扣分的，讓主持人重新測試搶答器，其目的就是延緩得分多的隊伍的搶答，這個搶答尤其是根據(jù)主持人說“開始”的方式，完全是一種感覺，這樣被叫停了，對手的良好搶答感覺就喪失了?；蛘咦屩鞒秩说阶约旱母傎惻_前，借口就是聲音傳輸?shù)木嚯x遠等理由，目的就是為了給主持人施加壓力，讓他對競賽的嚴與松把握好。5、搶答題的比賽與搶答器的功能有很大關(guān)系，本站的電腦搶答器有三種搶答方式，已經(jīng)可以避免主持人的人為因素了。但電子搶答器的成功與違例，完全靠主持人來操作。一般采用的都是主持人說“開始”的同時，按下主持人控制器，就是再高明的主持人在20多題的主持過程中，也不可能完全做到同步。這樣一輪搶答題的比賽就看主持人的水平了，這里站長不想去談主持人，還是說選手，選手必須揣摩主持人的在搶答環(huán)節(jié)的風格，看他是說“開始”在先，還是按下主持人控制在先。來決定自己下手的早與晚。6、如果一個知識競賽的搶答環(huán)節(jié)完全靠主持人說“開始”，而且主持人人為判斷違例的話，就應該大膽出擊了，由于沒有設(shè)備做裁判，完全憑主持人的感覺，那么任何一個主持人也不敢給某隊始終判違例或成功，如何主動駕于主持人就看選手的功夫了，這個有點不在本文的探討之內(nèi)。7、如果題目