智力竞赛抢答器电路设计.doc

目录 1 技术指标 1 2 设计方案及其比较 2 3 实现方案 7 3 1 CC4042 锁定器的内部结构和工作原理 7 3 2 实现智力抢答器的电路图及其原理 8 4 调试过程及结论 9 4 1 电路的连接 9 4 2 电路的调试 9 4 3 结论 9 5 心得体会 9 6 参考文献 10 武汉理工大学武汉理工大学 专业课程设计 一 专业课程设计 一 课程设计说明书课程设计说明书 2 智力竞赛抢答器电路设计 1 1 技术指标技术指标 设计一个四组抢答器 有人抢答时 蜂鸣器发声 同时优先抢答者对应的指示灯亮 而后抢答者对应的指示灯不亮 主持人具有将抢答器复原的功能 2 2 设计方案及其比较设计方案及其比较 2 1 方案一 电路如图 2 11 所示 图 2 11 方案一电路原理图 CC4042 是一 CMOS 集成 D 锁存器 POL 接 VDD CP 端电平由 Q0 Q3 和复位开关 S 产生 的信号决定 电路开始工作前 按下复位开关 S 使 与非 门 G2 输出为 1 此时 CC4042 的时钟 CP 1 故芯片处于传送信号 D0 D3 状态 一旦 S0 S3 中任一按钮先按下 如 S0 先按下 则 Q0 D0 1 Q0 0 对应的发光二极管 V0 点亮 同时 与非 门 G1 输出 武汉理工大学武汉理工大学 专业课程设计 一 专业课程设计 一 课程设计说明书课程设计说明书 3 高电平 经三极管放大后使蜂鸣器发出响声 这时 与非 门 G2 输出低电平 使 CP 0 在 CP 脉冲下降沿的作用下 第一信号被锁存 此后 S1 S3 若再按下 电路不再有反应 了 CC4042 的引脚图见图 2 12 VDD 可用 5V 直流电源或电池 V0 V3 可用不同颜色的 发光二极管 G1 G2 是四输入和二输入 与非 门电路 各电阻阻值见图示 表 2 1 CC4042 锁存器功能表 POLCPDiQiQi 00000 00110 0 X 锁 存 11001 11110 1 X 锁 存 图 2 12 CC4042 锁存器引脚图 2 2 方案二 电路如图 2 21 所示 CC4042 是一 CMOS 集成 D 锁存器 POL 接 VDD CP 端电平由 Q0 Q3 和复位开关 S 产生 的信号决定 电路开始工作前 按下复位开关 S 使 异或 门 G2 输出为 0 此时 CC4042 的时钟 CP 0 故芯片处于传送信号 D0 D3 状态 一旦 S0 S3 中任一按钮先按下 如 S0 先按下 则 Q0 D0 1 对应的发光二极管 V0 点亮 同时 或 门 G1 输出高电平 武汉理工大学武汉理工大学 专业课程设计 一 专业课程设计 一 课程设计说明书课程设计说明书 4 经三极管放大后使蜂鸣器发出响声 这时 异或 门 G2 输出高电平 使 CP 1 在 CP 脉 冲上升沿的作用下 第一信号被锁存 此后 S1 S3 若再按下 电路不再有反应了 CC4042 的引脚图见图 2 22 VDD 可用 5V 直流电源或电池 V0 V3 可用不同颜色的发光 二极管 G1 G2 是四输入 或 门和二输入 异或 门电路 各电阻阻值见图示 图 2 21 方案二电路原理图 表 2 1 CC4042 锁存器功能表 POLCPDiQiQi 00000 00110 0 X 锁 存 11001 11110 1 X 锁 存 武汉理工大学武汉理工大学 专业课程设计 一 专业课程设计 一 课程设计说明书课程设计说明书 5 图 2 12 CC4042 锁存器引脚图 2 3 方案三 电路如图 2 31 所示 74LS175 是一 TTL 集成4D 触发器 Vcc 接 5V CP 端电平由 Q1 Q4 和 CP 输入的信号决 定 电路开始工作前 按下将开关 S 打到 1 状态接高电平 这时 CP CR 1 电 路处于传输 1D 4D 状态 一旦 S1 S4 中任一按钮先按下 如 S1 先按下 则 1Q 1D 1 对应的发光二极管 V0 点亮 同时 1Q 0 与 门 G1 输出低电平 经三极管放大后使蜂鸣 器发出响声 这时 与 门 G2 输出低电平 使 CP 0 电路处于保持状态 即使 S2 S4 再按下也无法改变电路状态 结束时将开关 S 打到 2 状态接低电平 实现清零功能 再 打至 1 又可以再次开始抢答 74LS175 的引脚图见图 2 32 Vcc 可用 5V 直流电源或电池 V1 V4 可用不同颜色的发光二极管 G1 G2 是四输入和二输入 与 门电路 各电阻阻 值见图示 武汉理工大学武汉理工大学 专业课程设计 一 专业课程设计 一 课程设计说明书课程设计说明书 6 图 2 31 方案三电路原理图 表 2 3 74LS175 4D 触发器功能表 CRCP1D2D3D4D1Q2Q3Q4Q LXXXXXLLLL H d1d2d3d4d1d2d3d4 HHXXXX 保 持 HLXXXX 保 持 图 2 32 74LS175 4D 触发器引脚图 2 4 方案比较 前两种方案的中心思想都是通过 CC4042 芯片的锁定作用来实现抢答后对前一瞬间 信号的锁定 区别在于方案一应用了 POL 1 时输入下降沿来实现锁定功能 而方案二则 应用了 POL 0 时输入上升沿能实现锁定功能的特点 方案三则通过 74LS175 芯片的保持功能来保持前一刻的电路输出状态 电路较方案 一二来说 使用的门器件更加简单 不过以触发器为主芯片 需要时钟脉冲触发是该电 路不足的一个地方 武汉理工大学武汉理工大学 专业课程设计 一 专业课程设计 一 课程设计说明书课程设计说明书 7 3 3 实现方案实现方案 3 1 CC4042 锁定器的内部结构和工作原理 图 3 11 CC4042 锁定器内部结构图 图 3 11 为 CC4042 的内部电路结构图 图 3 12 为 CC4042 的管脚分布图 它由四个 锁定器 一个 异或 门组成 它们由公共时钟选通 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 所有输出电特性一致 输出端的数据在由 M 选择的 CP 电平期 间传送至 Q 和 Q 输出端 当 M 0 在 CP 0 电平期间传送 在上述定义的 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 输入端数据在 CP 转换期间保持在输出端 直至 CP 电平发生相反转换 图 3 12 CC4042 锁存器引脚图 武汉理工大学武汉理工大学 专业课程设计 一 专业课程设计 一 课程设计说明书课程设计说明书 8 表 3 1 CC4042 锁存器功能表 POLCPDiQiQi 00000 00110 0 X 锁 存 11001 11110 1 X 锁 存 3 2 实现智力抢答器的电路图及其原理 电路如图3 2所示 CC4042 是一 CMOS 集成 D 锁存器 POL 接 VDD CP 端电平由 O0 O3 和复位开关 S 产生 的信号决定 电路开始工作前 按下复位开关 S 使 与非 门 G2 输出为 1 此时 武汉理工大学武汉理工大学 专业课程设计 一 专业课程设计 一 课程设计说明书课程设计说明书 9 CC4042 的时钟 CP 1 故芯片处于传送信号 D0 D3 状态 一旦 A D 中任一按钮先按下 如 A 先按下 则 O0 D0 1 O0 0 对应的发光二极管 V0 点亮 同时 与非 门 G1 输出高 电平 经三极管放大后使蜂鸣器发出响声 这时 与非 门 G2 输出低电平 使 CP 0 在 CP 脉冲下降沿的作用下 第一信号被锁存 此后 B D 若再按下 电路不再有反应了 CC4042 的引脚图见图 3 12 VDD 可用 5V 直流电源或电池 V0 V3 可用不同颜色的发光 二极管 G1 G2 是四输入和二输入 与非 门电路 各电阻阻值见图示 4 4 调试过程及结论调试过程及结论 4 1 电路的连接 由于面包板用了多次 有些触角已接触不良 连电路前需要先用万用表检测面包板 在连接电路时 根据电路图的布局 先把元器件插入面包板中再进行布线 在布线时应 该注意 不要使线交叉 重叠 也不要让线弯曲连接 保证线的横平竖直 这样做可以 使电路连接好后方便检查 4 2 电路的调试 连好电路后 用万用表检测各节点处是否导通或短路 对电路进行改正修护 由于 连接电路是分散进行的 并未事先提供电源 可以用手头上的工具进行调试 用手机充 电器做电源 对电路进行完全地测试 测试时发现 蜂鸣器无法正常发出声音 这是由于电路中的电流过小 而实验又未 提供三极管来实现电流的放大 致使蜂鸣器无法达到其额定功率正常工作发出响声 4 3 结论 在调试时先按下 A 后再按 B D 只有 S0 对应的 V0 发光 换先按任意的 B D 也是 亮起对应的发光二极管 说明实现了 CC4042 的锁定功能 在将 S 置 1 后再置 0 可以使亮 起的灯熄灭进行新一轮抢答 说明实现了清零功能 综上 优先抢答者对应的指示灯亮 而后抢答者对应的指示灯不亮 并且主持人具有将抢答器复原的功能 可以作为简单的 武汉理工大学武汉理工大学 专业课程设计 一 专业课程设计 一 课程设计说明书课程设计说明书 10 智力抢答器加以使用了 5 5 心得体会心得体会 这次的课程应该是我第一次全程独立完成一项设计 选课题的时候 估计是看多了 娱乐节目 就选了智力抢答器这个自我感觉比较有实用性的项目了 然后就是着手找资料 那几天是收获最大的时候 在网上很难找到这个课题的资料 尤其是要用到 CC4042 锁定器的设计更是少 在花了较长时间熟悉了一下 CC4042 锁定器 的功能和相关的数电知识之后 又参考了一些资料 终于设计出了一个用 CC4042 锁定器 实现抢答的电路 然后我惊讶的发现 只要稍作修改又可以设计出另一种电路 这就是 方案二的由来 至于方案三是根据我们上课所学的用 74LS175 触发器实现抢答的电路改 编的 再接着是电路的调试 由于弄清了电路的原理 调试便成为一个相对简单一点的过 程 只要细心布局 按照一定的规律 就可以得到理想的结果 但是由于提供的器件中 没有三极管 无法实现蜂鸣器发声的效果 不得不说这是这次设计的一个遗憾 经过两个星期的课程设计 我发现了自己的很多不足之处 首先是知识的不足 平 时的课程学习中 学习的功利性太强 都是对着老师所谓的重点和考试要点死命学 没 有花时间对知识进行系统梳理和理论 实际的结合 所以在熟悉原理和设计上花了不少 时间 然后就是自己独立创新的能力还有待提升 经常纠结于电路的某个功能如何实现 随后在翻看资料的时候才有恍然大悟的感觉 这些不足让我明白了以后在学习中应该如 何去努力 这次的课程设计让我明白了如果只是为了考试而学的知识即使再丰富也没死命用处 学以致用才是学习的最高境界 我觉得学校应该多安排一些类似的活动以提高我们的动 手能力和理论联系实际的能力 毕竟实践是检验真理的唯一标准 在今后的日子里 我 会更加努力的学习 争取把知识弄懂弄透 并多了解书本上知识的用处 希望等到下次 课设的时候