抢答器制作-职业学院毕业论文

编号：XH03JW033-11/0 厦门海洋职业技术学院 毕 业 设 计 （论 文） 题目题目: :抢答器制作抢答器制作 系系别：别：信息系信息系 班班级：级： 姓姓名：名： 学学号号： 指导教师：指导教师： 20年 月日 编号：XH03JW033-09/0 厦门海洋职业技术学院厦门海洋职业技术学院 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 课题名称：课题名称：抢答器制作 系系别别：信息技术系 专专业业：通信技术 教教 研研 室室：通信技术 指导教师：指导教师： 学生姓名学生姓名： 学学号：号： 二二年年月月日日 一、一、设计（论文）内容：设计（论文）内容： 本课题研究的就是抢答器的设计与应用。其主要利用了 74LS175 的原理，通过手动制作的方法， 完成设计装置。(预期成果)使用十分方便，要求在抢答者发出光显示的同时，有相应代表该选择者的 音乐，对后答者的输入信号进行封锁，最后由主持人消除显示及音乐。 二、二、设计（论文）的主要技术指标：设计（论文）的主要技术指标： 1、要有具体详细的电路图，包括元件型号。 2、必须分析各电路的具体工作原理。 3、必须论述该设备的所完成的功能。 4、对本制作的推广前景进行分析。 5、必须对设备的主要参数的 测试。 6、能够进行现场演示。 三、具体要求：三、具体要求： 1、复习所学的专业知识。 2、资料收集。必须阅读 6 篇相关的文献。 3、进一步收集和本制作相关的资料。 4、设计出电路图，进行模拟仿真。 （如果有条件） 5、元件的购买。如果个别元件买不到，设法替代。 6、整机的组装。一定要注意电和其它方面的安全。 7、调试 8、论文的撰写。论文的格式必须按学校的要求，其中包括字体和格式。 9、读书心得 四、主要参考文献的范围：四、主要参考文献的范围： 1、刘守义； 数字电子技术 ；西安电子科技大学出版社；(2003.6) 2、胡翔骏； 电路基础 ；高等教育出版社;（2004.4） 3、李雅轩； 模拟电子技术 ；西安电子科技大学出版社;(2000.9) 4、杨清学； 电子装配工艺 ；电子工业出版社;(2003.4) 5、陈颖;电子材料与元器件;电子工业出版社; （2003.8） 6、张晓东;有趣的家用电子制作;人民邮电出版社;（2004.8） 7、 Protel 99SE 原理图与 PCB 设计原理 ；机械工业出版社; (2005.2) 五、其他需要说明的事项：五、其他需要说明的事项： 没有需要说明的事情，就填写一个“无”字。 厦门海洋职业技术学院厦门海洋职业技术学院毕业设计（论文）开题报告表毕业设计（论文）开题报告表 编号：XH03JW033-10/0系:信息系专业:通信班级 : 学生姓名学号指导教师 课题名称抢答器制作 一、课题概况（本课题的意义及目前的发展状况等） 实用抢答器的这一产品是各种竞赛活动中不可缺少的设备，在国内外都是比较有用的，而它的发展 也是比较快的，从一开始的光具有抢答锁定功能的一个电路，到现在的具有倒计时、定时、自动（或手 动）复位、报警（即声响提示，有的以音乐的方式来体现） 、屏幕显示、按键发光等多种功能的技术合并， 这就可以说明其多种功用及发展的快速 二、课题内容（本课题的研究内容、方法、手段及预期成果等） 本课题研究的是可扩展式抢答器，形象直观，并且采用脉冲扫描方式，任何情况下都不会出现两组通 同时抢答，性价比高，仅采用三块 CMOS 集成电路及部分常用元器件。可以根据电阻阻值不同变化设定 时间。 三、课题工作进度安排（任务完成的阶段安排及时间安排，完成任务所具备的条件因素等） 01.1002.04：查阅资料，做好读书笔记，复习所学电路知识及课题相关知识； 02.1102.25：规划课题，初步确定课题设计所应具有的功能，形成一个模型； 03.0103.09：完成开题报告； 03.1203.18：根据模型，结合资料，完成电路装置； 03.2004.02：购买元器件并检测，根据电路，初步完成元器件的安装 04.0604.10：调试制作好的抢答器并完成论文初稿，提交指导老师； 04.1104.15：根据指导老师的反馈意见，修改课题设计与制作； 04.1604.25：优化设计，并完成终稿。 6 四、参考文献资料（要求至少查阅 6 篇以上正式刊物的文献资料） 1、胡翔骏； 电路基础 ；高等教育出版社， （2004.4） 2、刘守义； 数字电子技术 ；西安电子科技大学出版社， （2003.3） 4、李雅轩； 模拟电子技术 ；西安电子科技大学出版社， （2000.5） 5、陈颖;电子材料与元器件;电子工业出版社,（2003.7） 6、无线电杂字社;无线电制作精汇;人民邮电出版社,（2005.9） 五、指导教师意见 抢答器制作选题符合高职学生的要求，和其所学的专业一致；开题的比较规范，格式符合标准，给 予开题。 指导教师签名：日期： 7 抢答器制作 【摘要】随着科学的不断进步，抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力与知 识竞赛场合，本实验是以四路抢答器为基本理念。考虑到依需设定限时回答功能，利 用芯片 CD4069 与其相关组件构成定时电路，通过旋转可电阻选择合适的时间，当用 于抢答时，再抢答有效时间内，某一组抢答成功，显示屏显示相应号码，同时扬声器 发出“声音” （在有效时间内无抢答时，定时时间一到，扬声器发出声音，但显示屏 不显示） 。此时，其它组抢答无效。由开关 S1S2 电路的置位与复位，来控制下一轮 抢答。 【关键词】【关键词】: :定时抢答显示音乐 8 目 录 1. 引言-4 2. 项目制作报告- 4 2.1 主要操作步骤- 4 2.2 制作- 4 3. 设计要求- 6 4. 设计抢答器所涉及的知识- 6 4.1 RC 振荡器电路-6 4.2 D 触发器电路- 7 4.3 晶闸管（可控硅电路）- 7 4.4 计数器/时序译码器- 7 5. 元器件的检测-8 5.1 对电阻的检测-8 5.2 对二极管及 LED 的检测-8 5.3 对晶闸管的检测-8 5.4 对扬声器的检测-8 6. 设计实现- 8 6.1.工作原理- 9 6.2.模块功能-9 7. 调试与测试-11 7.1 通电调试-11 7.2 通电测试-11 8. 总结与体会-11 9 . 致谢- 11 10.参考文献-14 11.读书笔记-15 9 1.1.引言引言 抢答器在知识竞赛中使用非常广泛的一种科技产品，它可以真正满足竞赛抢答的 公平性，随着社会科技的快速发展，人们对抢答器的要求也逐步提高，各种智能抢答 器应运而生。本课题自制的抢答器形象直观，并可以扩展路数。采用脉冲方式扫描， 性能价格比高，总造价低，可广泛用于各种比赛。 2.2.项目制作报告项目制作报告 2.12.1主要操作步骤主要操作步骤 2.1.1.按照电路原理图,设计元件布局图。 2.1.2 购买相应元器件并作相应检测。 2.1.3 在电路板上安装焊接元器件。 2.1.4 调试与测试电路功能。 2.2.2.2.元器件选择与制作。元器件选择与制作。 芯片 IC1 用六非门 CD4069， IC2 用一块 BCD 计数器/时序译码器 CD4017,IC3 用双 D 触发器 CD1013.VS1-VS4 用 MCR 100-8 型晶闸管，数码管采用共阳极型七段数码管。 VD1-VD5 采用 IN4148 开关二极管，VD8-VD23 为 IN4001 型二极管，电容 C1-C4 为 0.01U 的陶瓷电容，C5 为 220u 的电解电容。 电源 V 采用 6 伏左右电池。 2.32.3 制作制作 2.3.12.3.1 元器件图。元器件图。 10 图图-2.3.1 制作中所用的元器件制作中所用的元器件 2.3.2.2.3.2.工具工具 1.1.电烙铁 2.尖嘴钳、斜口钳各一把 3.镊子一把 4.松香若干 5.焊锡若干 6.导线若干 7.万用表一部 2.3.32.3.3 工具图工具图 11 图图-2.3.3 制作中用到的工具及材料制作中用到的工具及材料 3.3.设计要求设计要求 3.1 能够设定时间，超过规定时间能自动响铃。 3.2 同时只能有一组抢答成功，其它组抢答无效。 3.3 抢答成功的那一组显示屏能够显示。 3.4 抢答成功后有音乐提示。 4.4.设计抢答器所涉及的知识设计抢答器所涉及的知识 4 4.1.1 RCRC 振荡器电路振荡器电路 由芯片 CD4069 的两个非门和两个电阻级电容构成 RC 震荡电路，产生约 5KHz 的 时钟信号，送入 IC2 的 CP 端。 4 4.2.2D D 触发器电路触发器电路 输出状态随输入状态的变化而变化，一方面能够使音乐芯片发出声音，另一方 12 面使 IC2 芯片停止工作，保持住 Q1 端的高电平，实现电路的置位与复位。 4 4.3.3 晶闸管（可控硅电路）晶闸管（可控硅电路） 4.3.1.4.3.1.晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理 图图-4.3.1-4.3.1 晶闸管的工作原理图晶闸管的工作原理图 4.3.24.3.2 晶闸管的伏安特性曲线晶闸管的伏安特性曲线 4.3.24.3.2 晶闸管的伏安特性曲线图晶闸管的伏安特性曲线图 4.3.3. 晶闸管主要参数晶闸管主要参数 正向断态重复峰值电压 Ufrm反向重复峰值电压 Urrm正向平均电流 If 通态平均电压 UF维持电流 Ih掔住电流 IL控制极触发电压 UG 和触发电流 IG 13 4.4计数器计数器/时序译码器时序译码器 IC2 为十进制计数译码器，采用芯片 CD4017，Q0 Q5 输出端以每秒钟 5000 次 左右的速度循环输出高电平。 5.5.元器件的检测元器件的检测 5 5.1.1 对电阻的检测。对电阻的检测。 用万用表检测电阻器的方法：将万用表机械调零，选择电阻挡，电阻挡调零，用 万用表的的两表笔接触电阻器的两引出端，读出指针所指的数值乘以所选电阻档。 5 5.2.2 对二极管及对二极管及 LEDLED 的检测：的检测： 根据晶体二极管的正反向电阻相差很大的特点， 可用指针式万用表的欧姆挡测量 判别其引脚。测量时用 R*100 或 R*1k 挡，万用表黑表笔接的是电源的正极，红表笔 接的是电源的负极，把黑表笔和红表笔分别接二极管的一个电极，测出电阻值，然后 对调两表笔再测一次电阻值。若二极管是好的，则测得阻值为小值是，黑表笔接的为 二极管的正极，红表笔接的是二极管的负极。 5 5.3.3 对晶闸管的检测对晶闸管的检测： 万用表选电阻 R*1挡，用红、黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻直至找 出读数为数十欧姆的一对引脚，此时黑表笔的引脚为控制极 G，红表笔的引脚为阴极 K，另一空脚为阳极 A。 5 5.4.4 对扬声器的检测：对扬声器的检测： 用指针式万用表的 R*1 档对电动式扬声器做简易检测，即将两表笔断续触碰扬 声器两接线端，应可听到“碦、碦”声，声音清晰响亮表明扬声器质量较好；反之淤 塞沙哑，说明质量不好。 6.6.设计实现设计实现 6 6.1.1 工作原理 14 6.1.16.1.1 工作原理简单描述工作原理简单描述 当按下某一按钮时，例如 SB2 被按下（即第二组先抢答） ，Q1 端的高电平，一路 通过 VD2 使 IC3 的 6 脚 S 为高电平， 使 IC3 结成的双稳态触发器电路置位。 Q 端变为 高电平，一方面触发音乐芯片发出报警声，另一方面使 NE/=1，使 IC2 停止工作，保 持住 Q1 端为高电平，Q1 端的另一路通过 R2、C2 触发晶闸管 VS2，VS2 由截止变为导 通，使七段译码显示器显示 2，由于 IC2 除 Q1 外其他输出脚均为低电平，所以其他 a 按钮再按下，也不能触发相应晶闸管导通。将开关复位，为下次做好准备，同时显示 屏停止显示。 6.1.26.1.2 电路原理图 6.1.26.1.2 抢答器电路原理图抢答器电路原理图 6.1.36.1.3 电路制作实物图电路制作实物图 15 6.1.36.1.3 实物图实物图 6 6.2.2 模块功能 6 6.2.1.2.1 定时抢答功能 定时电路由电阻 R 和电容 C 及可调电阻 R 组成，电解电容的充放电提供定时 时间，调节可调电阻的阻值可以设定定时时间。用于抢答时，定时时间一到，显示屏 无号码显示，扬声器发出报警声。 6 6.2.2.2.2 抢答显示功能 当用于抢答时，开关 S1,S2 复位后，在抢答的有效时间内，当某一组抢答时， 数码管显示相应号码，同时扬声器发出报警声。 6 6.2.3.2.3 音乐提示功能 在抢答的有效时间内，当某一组抢答成功后，扬声器发出报警声，采用的音 乐芯片通过转换开关的控制，能发出汽笛声，警报声，警车声，机枪声，四种不同的 声音。当在设定的时间内没有人抢答，此时扬声器将发出警报声，由 S1,S2，复位开 始下一轮抢答。 16 7.7.调试与测试调试与测试 7.1 通电测试： 对安装完成的电路板的参数及工作状态进行测量，以便提供调整电路的依据。按 下任意抢答器开关，应达到有音乐提示并且显示屏有正确显示的效果。 7.2 通电调试： 经过反复的调整和测量，使电路的性能达到要求。 8.8.总结与体会总结与体会 经过了很长时间的努力,在老师和同学的帮助下,我基本上完成了设计任务.在科 技的带动下，抢答器已经成为众多知识竞赛中不可缺少的一种工具，而具有定时抢答 并且有显示屏显示的抢答器为竞赛者们所依赖。 在抢答器的制作过程中遇到了不少的 问题，不过通过老师及同学的帮助已经克服，并且使我认识到，独立思考设计的重要 性。电路元器件的购买，使用和电路板的焊接，以及电路板完成后对整个电路出现的 问题的检测与修改的重要性，设计中可能会存在着一些不足,我真诚的接受老师和同 学的批评和指正。 致致 谢谢 首先，我要对辅导我毕业设计的陈老师致以衷心的感谢，陈老师认真负责的工作 态度以及深厚的理论实践经验都让我受益匪浅，在陈老师和同学们的帮助下，我成功 的完成了我的毕业设计，时光荏苒，但陈老师的谆谆教诲将在我心中源远流长。 另外，我还要感谢我的母校，感谢母校教导过我的所有老师、辅导员，以及帮助 17 过我的同学们，感谢你们的培养和教导，感谢你们的热忱和孜孜不倦，更感谢你们在 我人生的道路上给我插上航标。在此，向你们致以深深地感谢。 最后，祝愿母校桃李满天下，明天会更好！ 18 参考文献参考文献 1、刘守义； 数字电子技术 ；西安电子科技大学出版社；(2003.6) 2、邓木生； 电子技能训练 ；机械工业出版社;（2002.8） 3、李雅轩； 模拟电子技术 ；西安电子科技大学出版社;(2000.9) 4、杨清学； 电子装配工艺 ；电子工业出版社;(2003.4) 5、陈颖;电子材料与元器件;电子工业出版社; （2003.8） 6、张晓东;有趣的家用电子制作;人民邮电出版社;（2004.8） 7、 Protel 99SE 原理图与 PCB 设计原理 ；机械工业出版社; (2005.2) 19 读书笔记：读书笔记： 1、刘守义； 数字电子技术 ；西安电子科技大学出版社；(2003.6) 电路中采用的 CD4013 为一块双 D 触发器，在各种触发器中，D 触发器是一种应用比较广泛的 触发器，D 触发器可由 RS 触发器获得，D 触发器将加到 S 端的输入信号经与非门取反后再加到 R 输入端，即 R 不在由外部信号控制，D 触发器的输出状态 Q 会随输入信号 D 的变化而变化。 非门只有一个输入端和输出端，输入的逻辑状态经非门后被取反，电路中 CD4069 采用的是一 块 6 非门，是最基本的逻辑门电路，该芯片的作用是当输入端为高电平时，输出端输出 0.2-0.3V 的电压，属低电平范围，当输入低电平 0V 时，输出为高电平，输入与输出满足“非” 逻辑关系，也称作反相器。 2、邓木生； 电子技能训练 ；机械工业出版社;（2002.8） 在设计一个电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据任务进行方案选择，然后 对方案中的各部分进行单元电路的设计，参数计算和器件选择，最后将各部分连在一起，画出一 个符合设计要求的完整系统电路图。设计过程是知识的综合应用过程，包括对现有产品的分析， 对原器件的应用及对电路结构设计的完善。包括明确系统的设计要求，方案选择，电源电路的设 计和器件选择，电路图的绘制，以及电路方案的试验等。 3、李雅轩； 模拟电子技术 ；西安电子科技大学出版社;(2000.9) 晶闸管又称可控硅，是一种工作于开关状态的大功率半导体器件，它具有体积小，重量轻， 效率高，寿命长，使用方便灵活等的突出优点，被广泛用于可控整流，交流调压，逆变，保护和 开关电路中。 晶闸管是在晶体管的基础上发展起来的一种大功率半导体器件，由四层半导体 P1,N1,P2,N2 制成，形成三个 PN 结，晶闸管可以看成由一个 NPN 型和一个 PNP 型的晶闸管连接而成，当晶闸管 阳极和阴极之间加正向电压，控制极与阴极之间加正向电压，且阳极电流大于钳位电流，满足这 三个条件时，晶闸管才能导通，否则为阻断状态，晶闸管导通后，阳极和阴极间的电压很小，一 般只有 1V 左右，导通后，即便去掉控制极与阴极间的正向电压，仍能继续导通，这是靠管子的正 反馈保持导通，所以控制极的作用就是触发晶闸管导通，一旦导通，控制极就失去作用。因此， 20 晶闸管是一个可控的导电开关。 4、杨清学； 电子装配工艺 ；电子工业出版社;(2003.4) 在电子装配之前，要对整机所需的各种导线，元器件零部件等进行预加工处理，通常包裹导线 和电缆的加工，元器件引线的成型，线扎的制作及组合件的加工等。 印制板的手工插装应遵循先小后大，先轻后重，先低后高，先里后外，先一般元器件后特殊元 器件的基本原则，本课题中的电容，半导体二极管，晶闸管的插装时，一般要求距离电路板 2mm。 元器件的引脚线穿过焊盘时应保留一定长度， 一般应多于 2mm， 引线弯的角度最好在 45-60之间， 另外插装的过程中，应注意元器件的电极极性。 5、陈颖;电子材料与元器件;电子工业出版社; （2003.8） 音乐芯片能发送固定储存的乐曲，具有体积小，价格低，功能全，使用方便，声音悦耳等优 点，电路的输出可直接驱动压电蜂鸣片，若接上三极管则具有较大的驱动功率，可驱动小扬声器 工作，他在自动化设备和提示电路中得到广泛的应用。 音乐集成电路由单片 CMOS 集成电路构成， 当触发信号从触发输入端 PRT 输入时， 他能按预先 设定的顺序，节奏和速度输入存储在集成电路内的乐曲或声音信号，包括的功能有振荡电路，曲 调固定存储 ROM，节奏发生器，包络发生器，电流驱动器，其中本课题使用的是 KD9561 的四声音 乐集成电路，通过转换开关 SEN1 和 SEN2 的控制，能