六路抢答器实验报告

六路抢答器实验报告（通用3篇）

篇1：六路抢答器实验报告

六路抢答器设计报告

班级：自动化111 姓名：艾琪 学号：35

一、设计要求

（1）抢答器最多可供6队（名）选手参赛抢答，队手分别为1~6，各队分别有一个抢答控制按钮，和一个抢答成功时点亮指示灯（发光二级管）。

（2）主持人通过按钮控制系统清零和抢答开始，系统清零后数码管应无显示。（3）有抢答信号输入时，数码管显示出相对应的对号，同时该队的指示灯点亮。此时，其他队再按抢答器按钮均无效。

（4）抢答器具有队友锁存功能，数码管保持显示队友，蜂鸣器在有抢答信号输入后发出2秒左右的声响。

二、模块设计

1、抢答器模块

抢答器模块仿真图

抢答器采用的芯片是CD4511;因为CD4511是一个用于驱动共阴极 LED（数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。在这里我们主要用到的是锁存功能和译码功能。

4511引脚 BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。

LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。

A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效，CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。

锁存功能

译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。

当LE为“0”电平导通，TG2截止；当LE为“1”电平时，TG1截止，TG2导通，此时有锁存作用。

译码功能

CD4511译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数 据B、C进行组合，得出、、、四项，然后将输入的数据A、D一起用或 非门译码。

2、定时报警模块

定时器模块仿真

这里需要定时报警所以我们选择555定时器，并在后面加上蜂鸣器。

555引脚 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。当5脚有输入电平Vco时，则电压比较强C1的同相输入端的电压为Vco，C2的反相输入端的电压为Vco/2。若触发输入端TR的电压小于Vco/2，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于Vco，同时，TR端的电压大于Vco/2，则C1的输出为0，C2的输出为1，可使RS触发器置0，输出为0电平报警时间设定(R1+2R2)C㏑2=2S

如上图所示利用三极管来控制发光二极管和蜂鸣器的高低电平当高平时蜂鸣器响，二极管亮。三、六路抢答器仿真

六路抢答器仿真图

按照总体电路图在仿真软件proteus上一一选择芯片并进行连接，然后启动开关观察。下面，我们对设计出的电路进行proteus仿真。我们将各部分电路在proteus上连接好后，为各个开关设置好适当的键盘打开数值（例如，为某一开关设为1连接，则启动proteus仿真按钮后，在键盘上按1则此开关就由断开状态变为连接状态）然后打开proteus的开关，即可根据显示器上显示的数字情况来判断电路设计是否成功。四、六路抢答器实物制作

在proteus仿真成功之后我们就可以进行六路抢答器的实物制作了。实验器材：按键7个、二极管15个、电阻10KΩ6个、47 KΩ一个、51 KΩ一个、300Ω7个、100 KΩ2个、电容0.1uF、10 uF、CD4511、555、7段数码管

六路抢答器实物

五、心得体会

在设计时我们要充分了解设计目的，分成各个模块，再对模块进行分析，看大概使用那些元器件，进行仿真，选用一个最简单，容易焊接的一个，再把各个模块合在一起。

在制作实物时我们要特别注意管脚与管脚之间的对应连接，由于此次的器材限制，在定时报警模块中3个二输入与门我们用四个三极管代替，一个非门，我们用六个非门集成的，用其中四个管脚，1输入，2输出，14VCC,7GND。通过此次六路抢答器的设计发现我们所学并不是离开了实际，一些看起来简简单单的东西其实还是很复杂的。

在这次动手里更加充分的理解了数电所学知识，尤其是4511和555的工作原理与用途。

篇2：六路抢答器实验报告

组员：肖燕艳、邓华、刘思纯、彭丽

一、设计目的

1、学习数字电路中的优先编码器、锁存器、多谐振荡器、译码器、数据显示管的综合运用。

2、熟悉抢答器的工作原理。

3、了解数字系统设计，调试及故障排除方法。

二、设计要求

1、四组参赛者进行抢答，当抢答组按下抢答按钮时，抢答器能准确的判断出抢答者。

2、抢答器应具有互锁功能，及某组抢答后能自动封锁其他各组进行抢答。

3、抢答器应具有限时功能，限时9秒进行抢答，要求显示时间数据。

4、系统具有一个总的复位开关。

三、实验元件

优先编码器74LS148 锁存器74LS297 译码器74LS48D 共阴数码管1个 5个开关 若干导线

四、实验原理

当主持人控制开关处于“清除”时，D触发器的清零端为低电平，使D触发器被强制清零，输入的抢答信号无效。当主持人将开关拨到“开始”时，D触发器Q非端前一状态为高电平，四个Q非端与在一起为高电平，再和抢答按键信号和借位信号与在一起给D触发器的脉冲端，当没人抢答时，抢答信号为低电平，与门输出端为低电平给D触发器脉冲端，当一有人抢答时，抢答信号为高电平，输出端为高电平给D触发器，于是D触发器就有一个上升沿，使得抢答信号经D触发器触发锁存再经过译码器译码，把相应的信号显示在数码管上。另外，当选手松开按键后，D触发器的Q非前一状态为低电平，与在一起后给与门,使得它的输出端为低电平给D触发器，则D触发器的脉冲输入端恢复原来状态，从而使得其他选手按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性及抢答电路的准确性。当选手回答完毕，主持人控制开关S是抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。

五、实验过程

1、仿真实验

在这个实验过程中，我们遇到的问题不是很多，就是对软件不太熟悉，找元件有点慢；另外就是由于粗心偶尔连错线，经过自己的检查还是能改正过来。所以从整体上看第一阶段的实验还是挺顺利的。

2、面包板实验

这个实验主要是用导线将元件连接在面包板上，由于没有找到可用的面包板，我们用细线将三个部分的电路绑在一起，过程较前面的仿真实验难度加大了,我们将整个实验图分成三个部分，每个小组成员各自负责一部分。由于刚开始对面包板的内部结构了解得不够透彻，所以电路连接还是有点困难，不知道从何处下手。经过自己的摸索以及和同学讨论慢慢地知道了面包板的结构，电路连接也就顺利了。

3、调试过程

完成电路后，我们进行了电路调试，发现出现了点问题。因为之前没有分模块测试电路的成功性，所以最后检查电路时就比较困难。我们的锁存电路和译码器电路一开始就挺成功的，问题就出现在开关电路：清零后，不管按哪个按键都只是出现7，检查完电路的各个方面后我们还是没有解决好这个问题。之后再老师的帮助下，利用探针检查电路，终于找出了问题所在，完善了实验电路。

四、实验总结

1、在使用仿真软件设计电路时，要特别注意元器件的封装，一旦出现封装错误，就会使得整个电路不能正常运行，所以要格外细心小心。

篇3：用PLC制作六路抢答器

一、整体设计方案

图1是一个抢答器的整体显示面板的实物图, 放在场地的显著位置。在面板中, 用一个数码管来显示抢答的组别, 用三个数码管来显示每一组的得分。主持人通过触摸屏来监控比赛的进行。在触摸屏上可以显示:组别、得分、是哪组抢答, 并进行加减分控制。面板上有主持人使用的抢答开始按钮、系统启动按钮, 并有相应的指示灯显示 (红色为抢答开始、绿色为系统启动) 。抢答指示与抢答按钮是按六组来设计的。每一组都有一个抢答按钮与指示, 并且设计制作成活动的面板, 可自由的拆装, 能从后部拆出, 通过后部的连线安放在每一组选手的座位上。PLC放在面板的下部, 用于显示输入、输出的状态。系统启动按钮用来启动整个系统的工作, 蜂鸣器用来抢答失误时的报警。

二、控制要求

(1) 比赛开始之前, 主持人要按一次系统启动按钮 (绿灯亮) , 使所有参赛组的指示灯均灭, 组别显示为0, 得分显示为0。

(2) 比赛开始后, 主持人要按一次抢答开始按钮 (红灯亮) 之后, 才允许参赛组进行抢答。按下抢答开始按钮, 四个数码管都显示为0, 等待抢答。

(3) 如果参赛组在开始灯 (红灯亮) 之前按下按钮进行抢答, 则视为抢答违规。此时, 蜂鸣器以1次/s的频率呜叫, 抢答指示灯闪亮, 数码管显示违规参赛组的序号, 同时, 触摸屏也显示违规组号。在触摸屏上进行减分处理后, 再按下抢答开始按钮, 再进行抢答。

(4) 如果参赛组在开始灯 (红灯亮) 之后按下按钮进行抢答, 数码管会显示出最先抢到的参赛组的序号及其得分多少, 同时触摸屏也会显示抢答组号及得分多少, 然后主持人请此参赛组回答问题。

(5) 为了控制比赛时间, 回答问题必须在20 s内完成, 超时按错误论处。当时间进行到l5 s时, 红灯会闪亮, 提示抢答者“抓紧时间”;当时间进行到20 s时, 红灯亮, 同时蜂鸣器不间断地呜叫, 提示抢答者“答题超时”, 超时以后答题无效。

(6) 答对一题加10分, 答错一题、答题超时或违规一次扣10分, 在触摸屏上有加减分的触摸按钮, 加减后的分数在数码管上显示。

三、数码管电路的制作

七段发光二极管 (LED) 数码管是目前最常用的数字显示器 (如图2所示) , 有共阴管和共阳管两种。一个LED数码管可用来显示一位0～9十进制数和一个小数点, LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器, 该译码器不但要完成译码功能, 还要有相当的驱动能力, 此类译码器型号有74LS47 (共阳) , 74LS48 (共阴) , CC4511 (共阴) 等。

在抢答器的制作中, 数码管采用超大显示共阳极数码管 (使用12V直流电源) , 并用数字集成块74LS47 (共阳) 来驱动。七段译码器74LS47的管脚排列如图3所示。其各管脚的作用说明如下:7、1、2、6脚是四位BCD码输入端;9～15脚是a～g七段输出端;3脚LT是试灯输入端, 是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。当LT=0时, 无论输入ABCD为何种状态, 译码器输出均为低电平, 若驱动的数码管连接正常, 是显示8。4脚BI/RBO是灭灯输入, 是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。当BI=0时, 不论LT和输入ABCD为何种状态, 译码器输出均为高电平, 使共阳极数码管熄灭。5脚RBI是灭零输入, 它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。当对每一位A=B=C=D=0时, 本应显示0, 但是在RBI=0作用下, 使译码器输出全为高电平, 其结果与加入灭灯信号的结果一样, 将0熄灭, 它可以实现多位数码显示的灭零控制。数码管与译码器的电路连线如图4所示。

四、触摸屏画面的制作

我们利用三菱触摸屏的画面制作软件GT-Designer, 设计了图5的触摸屏控制画面。

在制作画面的过程中, 要注意以下几点 (参见图6) :

(1) 在制作按钮X11～X16 (1～6组抢答按钮) 时, 软件默认的是置位, 我们最好选择点动, 它可以通过触摸直接控制Y21～Y26指示灯的亮与灭。

(2) 在制作Y21～Y26输出显示时, OFF的状态统一用黄色, ON的状态统一用红色, 这样在显示时就十分清楚。

(3) 在制作D1～D6时, 选择的是数值显示型, 它可以显示六组得分的多少。

(4) X4、X5是加、减分按钮, 当Y21～Y26其中有一组灯亮时, 主持人就相应的给这一组加、减分, 这一组的分值也在数码管上显示出来。

五、PLC的系统接线及I/O分配

PLC的系统接线及I/O分配, 如图6所示。

注:由于PLC输出端不够用, 且系统启动指示灯是常亮, 故而设计它只用继电器来控制, 不用PLC来控制, 当启动按钮按下后, 继电器线圈得电, 系统指示灯 (绿灯) 常亮。

六、PLC程序设计

由于实际的程序很长, 共有千余步, 篇幅有限, 不能一一列出来, 只能把思路过程及部分主要程序介绍如下:

(1) 首先设计好系统启动, 数码管显零的程序 (注意共阳数码管是低电位有效) , 如图7所示。

(2) 当有抢答违规时, 声光报警。程序见图8。

(3) 为了控制比赛时间回答问题必须在20 s内完成, 当时间进行到l5 s时, 红灯会闪亮, 当时间进行到20 s时, 红灯闪亮, 同时蜂鸣器不间断地呜叫。程序见图9。

(4) 抢答有六组, 我们用步进指令分为六步来进行编程。以第一组S10为例, 其余五组S20～S60编程类似。当第一组抢答时, 首先第一组按钮指示灯Y21亮, 然后用MOV指令将1传送给D1, 然后转化为BCD码, (因为数码管为共阳) 再将BCD码取反输出到Y0～Y3, 使数码管显示为“1”。再将得分数据D10用除法DIV取出百位、十位在数码管上显示, 然后个位用MOV指令显示0, 这样就完成了四组数码管的显示。当百位为0时, 数码管不能显示, 百位、十位同时为0也应不显示, 我们用ZRST指令使Y10～Y17复位 (不显示0) 。最后用ADD加、SUB减给得分数据D10每次加、减10分, 按抢答按钮X2回到初始状态。具体程序如图10所示。

七、系统的联机调试

在PLC程序设计完成、数码管的外部电路制作完成、PLC的输入输出端口连接好、触摸屏的控制画面通过USB端口由计算机输入触摸屏后, 就可进行联机调试了。首先进行数码管电路显示的调试, 用PLC按数码管显示程序运行, 看四位数码管的显示是否符合要求, 这是最为关键的一步。数码管的外部电路、PLC程序是否正确, 只有调试后才能发现问题。然后调试触摸屏与PLC的联机运行是否正常, 触摸输入选择组数与加减分, 看PLC程序是否正确执行, 加减的分数是否在数码管正确显示。最后调试抢答按钮与指示灯的功能是否正常, 抢答违规的报警是否正常。