多功能数字抢答器设计.doc

电子技术课程设计 题目 多功能数字显示抢答器设计 院 系 名称 信 息 工 程 学 院 专 业 班 级 10 普 本 测控 学 号 100119030 学 生 姓 名 刘新雅 指 导 教 师 乐丽琴 2012 年 12 月 12 日 摘 要 在现代社会生活中 智力竞赛作为一种生动活泼的教育形式和方法能够引起观众 极大兴趣 而在竞赛中往往分为几组参加 这时针对主持人提出的问题 各组一般要 进行抢答 对于抢答 要判定哪组先按键 为了公正 这就要有一种逻辑电路抢答器 作为裁判员 抢答器刚好为这种比赛提供了方便 整个流程是任一组选手按下抢答按 钮 经编码器编码后输出一组二进制代码传送给 D 触发器 同时编码器输出的代码通 过发光二极管所组成的或门输出高电平 使 RS 触发器置 0 D 触发器的脉冲为低电平 编码器传送到 D 触发器的二进制代码被 D 触发器锁存 经译码器 把锁存的数据通过 数码管显示出来 关键词 编码器 40147 锁存器 CC4042 译码器 CC4511 数码管 目 录 1 绪论 1 1 1 课题描述 1 1 2 设计目的 1 1 3 设计任务及要求 1 2 基本工作原理及框图 1 3 整体电路设计 2 3 1 工作原理 2 3 2 8 路智力竞赛抢答器的原理图 2 4 相关芯片及硬件电路设计 3 4 1 数码显示译码器 3 4 2 CC4511 芯片功能特性及说明 3 4 3 CC4042 芯片的功能特性 及功能说明 6 4 4 CC40147 芯片的功能特性 7 总 结 9 致 谢 10 参考文献 11 1 绪论 1 1 课题描述 现在 工厂 学校和电视台等单位经常举办各种智力竞赛 抢答记分器是 必要设备 在我校举行的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节 举办方多数 采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权 这在某种程度上会因为主 持人的主观误断造成比赛的不公平性 就这个问题 本课题研究的内容就是以 数字集成芯片 CC4511 CC4042 和 CC40147 为主要控制元件 设计出一种 8 路智 力竞赛抢答硬件 1 2 设计目的 1 掌握 8 人抢答器电路的设计 组装与调试方法 2 熟悉数字集成电路的设计和使用方法 1 3 设计任务及要求 1 能实现 8 路的智能抢答器显示 2 鉴别出 8 个输出信号中的第一个到来者 而对随后到来的其他输入信 号不再输出和做出响应 数码管 LED 可显示抢答到的顺序 2 基本工作原理及框图 本课程设计的 8 路智力竞赛抢答器由抢答器系统 优先编码器系统 锁存 器系统 译码器系统 译码显示系统 控制电路构成 其基本工作原理 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 然后主持人 按下复位开关 选手开始抢答 抢答器完成 主持人看译码显示器数字确定抢 答到的选手 基本工作原理框图如图 1 所示 图 1 基本工作原理框图 3 整体电路设计 优先编码器 CC40147 抢答器锁存器 CC4042 译码器 CC4511 译码显示 控制电路主持人控制 开关 3 1 工作原理 本抢答器电路主要用 10 线 4 线优先编码器 CC40147 锁存器 CC4042 四 D 锁存器 4 线 7 线译码器 CC4511 或非门 CC4001 数码管 BS202 电阻 20K2 只 10K8 只 电容 100PF1 只 电路工作时 CC4042 的极性控制端为高电平 CP 端电平有 CC4001 所构成的 RS 触发器输出端决定 3 2 8 路智力竞赛抢答器的原理图 当主持人按一下 SB0 时 RS 触发器置 1 D 触发器处于接受状态 若此时 任一选手按下按钮 比如 SB3 按下编码器输出为 0101 D 触发器的输出也是 0101 同时编码器的输出 0101 通过 4 个发光二极管 VD1VD2VD3VD4 所组成的或 门输出高电平 使 RS 触发器置 0 D 触发器的 CP 端为 0 D 触发器的状态被锁 存为 0101 经 CC4511 译码器后 LED 数码管显示数字 5 此时若其他选手按 下按钮 由于 D 触发器处于锁存状态 不再接收信号 数码管所显示的数字不 再变化 进行下一轮抢答时 主持人需要再按下按钮 SB0 D 触发器的 CP 端重新 为 1 D 触发器又处于接受状态 可以再次进行抢答 其工作原理图如图 2 所示 LT A 2 a LE b A 0A 1A 3 B I cdefg C C 4 511 Q 0Q 1Q 2Q 3 D 0D 1D 2D 3 C PPO LC C 4 042 V D D Y 0Y 1Y 2Y 3 I9 I1I2I3I4I5I6I7I8 C C 4 014 7 V D D I0 V D D 1 1 20 K S B 010 00 pF V D D 20 K C C 40 01 V D 1V D 4 10 K 8 S B 1 S B 8 V D D 图 2 8 路智力竞赛抢答器的原理图 4 相关芯片及硬件电路设计 4 1 数码显示译码器 LED 数码管是目前最常用的数字显示器 一个 LED 数码管可用来显示一位 0 9 十进制和一个小数点 小型数码管 0 5 寸和 0 36 寸 每段二极管的正向 压降 随显示光 通常为红 绿 黄 橙色 的颜色不同略有差别 通常约为 2 2 5 每个发光二极管的点亮电流在 5 10mV 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 还要有相当的驱动功能 七段发光二极管 LED 数码管引脚如图 3 所示 a bcdefg 图 3 七段发光二极管 LED 数码管引脚 4 2 CC4511 芯片的功能特性及说明 CC4511 是 BCD 7 段锁存译码驱动器 在同一单片解构上由 COS MOS 逻辑器 件和 n p n 双极型晶体管器件构成 这些器件的组合 使 CC4511 具有低静态耗 散其它显示仪器 LT BI LE 输入端可分别检测显示 亮度调制 存贮或选 通 BCD 码等功能 当使用外部多路转换电路时 可多路转换和显示几种不同的 符号 CC4511 提供了 16 引脚多层陶瓷双列直插 D 熔封陶瓷双列直插 J 塑料双列直插 P 和陶瓷片状载体 C 4 种形式 其外引线引脚如图 4 所示 LT A2 a LE b A0A1A3 BI c d efg CC4511 图 4 CC4511 4 线 7 线外引线引脚图 CC4511 状态表及功能表说明 1 灯测试功能 LT 可检查七段显示器各字段是否能正常发光 当 LT 0 时 不论 Q0 Q3 状态如何 七段全部显示 以检查各字段的好坏 2 消隐功能 当 BI 0 时 输出 a b 都为低电平 各字段熄灯 3 数码显示 当 BI 1 LE 1 LE 0 译码器工作 当 Q3Q2Q1Q0 端输入 8421BCD 码 4 锁存 在 LE 从 0 转换到 1 时 输出显示由输入的 BCD 码决定 CD4511 状态表说明如下表 1 所示 如表 1 CC4511 状态表 显示输入输出 LE BI LEA3A2A1A0abcdefg 001100001111111 101100010110000 201100101101101 301100111111011 401101000110011 501101011011011 601101100011111 701101111110000 801100001111111 901100011110011 101O 消隐 011 1111 0000000 消隐 X01XXXX0000000 锁存 111XXXX 锁存 灯测试 XX0XXXX1111111 4 3 CC4042 芯片的功能特性及说明 CC4042 包含四个锁存器电路 由公共时钟选通 每个电路有互补缓冲输出 n 和 p 沟道输出器件的阻抗相同 所以输出电特性一致 输入端的数据在由 M 选择的 CP 电平期间传送至 Q 和 Q 输出端 当 M 0 定义的 M 和 CP 电平同时存 在时 输出跟随数据输入 当 CP 电平转换时 M 0 为正 M 1 为负 输出端 数据的 CP 转换期间保持在输出端 直至 CP 电平发生转换 CC4042 提供了 16 引脚多层陶瓷双列直插 D 熔封陶瓷双列直插 J 塑料双列直插 P 和陶瓷片状载体 C 4 种封装形式 其外部引脚如下图 5 所示 Q0Q1Q2Q3 D0D1D2D3 C PPO LC C 4042 V DD 图 5 CC4042 四 D 锁存器外引线引脚图 CC4042 锁存器功能说明 1 D 同步信号输出端 2 CP 触发时钟端 由 POL 状态决定触发边沿 3 POL 极性选择控制端 POL 0 时 触发时钟 CP 上升沿触发 POL 1 时 触发时钟 CP 下降沿触发 其功能状态表如下表 2 所示 表 2 CC4042 状态表 POLCPDiQ Q 00000 00110 0 X 锁存 11001 11110 1 X 锁存 4 4 CC40147 芯片的功能特性 CC40147 编码器具有对输入信号进行优先编码的功能 可保证仅有最高级 数据线编码 10 条数据输入线 0 9 编码为四条线 A D BCD 输出 最 高优先线为第九线 当所有输入线为逻辑 0 时 所有输出线为逻辑 1 所有输 入和输出都 经过缓冲 且每个输出可驱动一个 TTL 低功耗肖特基负载 74LS147 优先编码器外部引脚如下图 6 所示 其状态表如下表 3 所示 Y0Y1Y2Y3 I9I0 I1I2I3I4I5I6I7I8 CC40147 V DD 图 6 74LS147 优先译码器外引线引脚图 表 3 CC40147 的状态表 输入输出 I0I1I2I3I4I5I6I7I8I9Y3Y2Y1Y0 00000000001111 10000000000000 X1000000000001 XX100000000010 XXX10000000011 XXXX1000000100 XXXXX100000101 XXXXXX10000110 XXXXXXX1000111 XXXXXXXX101000 XXXXXXXXX11001 总 结 通过十余天的时间 是我对数字电子电路有了更深的了解 在设计竞 赛抢答器的过程中 通过翻阅资料 上网搜索 我对各电路器件 如 CC4511 译码器 或非门和 LED 显像管等 及原理有了更深刻的认识 既增强了我的理解 能力 也使我能更好的运用所学的知识 开始时我还不太明白电路是如何连接 的 并且对其原理也不是很了解 但通过对所学知识更深的了解之后 最终使 我克服难关 并成功的做出设计 这个 8 路智力竞赛抢答器从整体来说 设计 的结构比较简单 做成产品也很容易 单个成品价格也很便宜 但整个设计原 理图用的芯片比较多 如果大量生产的话 是不经济的 希望自己多加努力 有机会把它设计的更经济点 致 谢 经过十余天的奋战 终于完成了一个简单的设计 这几天我过的很充实 看着自己的劳动成果 心里有种说不出的感觉 毕竟自己的努力还是有所回报 我为自己的努力感到骄傲 当然我也认识到自己的不足 看到了自己在运用知 识方面欠缺 我想说 为了完成课程设计老师和我们有很辛苦 但能苦中作乐 我们一边 忙着复习备考 一边还要做课程设计 时间对我们每个人都很珍贵 课程设计做 完了 总算可以轻松点了 对我而言 知识上的收获重要 精神上的收获更加 可喜 从这次课程设计中 我不仅巩固了课本的知识 还学会了许多其它知识 我知道了每一个课程之间是融会贯通的 再次感谢老师对我们的辅导 老师您 辛苦了 参考文献 1 宋家友 乐丽琴 数字电子技术 M 哈尔滨工程大学出版