多路抢答器

2010届毕业论文届毕业论文届毕业论文届毕业论文（设计设计设计设计）多路抢答器多路抢答器多路抢答器多路抢答器系部物理与电子工程系学生姓名指导教师专业应用电子技术班级应电班学号2010年6月2I摘要摘要在计算机支持的信息技术时代，电子技术日益数字化，数字电路以其的基本单元简单化，应用单元标准化、模块化、通用化的特点，长驱直入地深入到电力、通讯、计算机、家电、机械等行业的应用。数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。关键词关键词关键词关键词抢答电路，译码电路，报警电路，时序控制ABSTRACTSUPPORTINTHECOMPUTERINFORMATIONTECHNOLOGYERA,THEGROWINGDIGITALELECTRONICTECHNOLOGY,DIGITALCIRCUITOFTHEBASICUNITOFITSSIMPLICITY,THEAPPLICATIONOFUNITSTANDARDIZATION,MODULARIZATION,GENERALOFTHECHARACTERISTICSANDDEPTHTORUNITSELECTRICPOWER,COMMUNICATIONS,COMPUTERS,HOMEAPPLIANCES,MACHINERY,ETCAPPLICATIONSANSWERTHENUMBEROFCIRCUITSISCONTROLLEDBYTHEMAINCIRCUITANDEXPANSIONPRIORITYENCODERCIRCUIT,LATCH,DECODERCIRCUITWILLBETEAMSOFTHEINPUTSIGNALINTHEDISPLAYOUTPUTWITHCONTROLCIRCUITRYANDTHEHOSTSWITCHALARMCIRCUITS,ANDABOVETHEMAINCIRCUITCOMPOSEDOFTWOPARTSTHROUGHTHETIMINGCIRCUITANDDECODINGCIRCUITTOGENERATEPULSESIGNALSINTHEDISPLAYOUTPUTTIMINGFUNCTIONS,CONSTITUTETHEEXPANSIONOFTHECIRCUITKEYWORDSVIEFORANSWERINGTHECIRCUIT，TIMINGCIRCUIT，WARNINGCIRCUIT，TIMESEQUENCECONTROLLINGII目录摘要I第1章绪论1第2章电路组成及工作原理2第3章单元电路设计431开关、译码电路4311开关电路4312译码电路432控制电路7321控制电路的作用完成三个任务7322控制电路图733蜂呜器发声电路8331蜂呜器发声电路8332555定时器组成多谐振荡器8333蜂呜器发声电路10第4章安装和调试1141抢答器显示的功能测试1142清零功能测试1143声响电路的功能测试11第5章总结12参考文献13致谢14附录15第1章绪论1第1章绪论当今的社会竞争日益激烈，选拔人才，评选优胜，知识竞赛之类的活动愈加频繁，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，如果要是让抢答者用举手等方法，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。比赛中为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，这就要有一种抢答设备作为裁判员，这就必然离不开抢答器。抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机或数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。随着科技的发展，现在的抢答器有着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答器必将大有市场。因此，我选择简易逻辑数字抢答器这一课题。简易逻辑数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。数字电路抢答器针对性强,并且还可以兼顾实用性,可靠性以及经济成本的合理性。可以发挥个人的设计思路,检查我们所学知识的掌握能力,锻炼我们的动手能力。物理与电子工程系毕业设计2第2章电路组成及工作原理智力竞赛抢答器系统的组成框图如图（1）所示，它主要由八部分构成图（1）在四人抢答逻辑电路的要求是这样的四名参赛者每人控制一个按钮，比赛开始后，先按下按钮者对应的指示灯亮，同时蜂鸣器开始发出叫声，以后其他三人再按下则不起作用。图（2）第2章电路组成及工作原理3图（2）电路就是按照上述要求设计的总电路图。图中的1、2、3、4三个按钮分别由四名参赛者控制，按钮J由竞赛主持人控制，VD3、VD4、VD5、VD6为四个发光二极管，指示抢答时谁先抢到的的标志了。当“开始”按下后，当所有抢答者开关均未按下时，锁存器输出对应的译码CD4511的LE为低电平，该信号作为锁存器使能端LE的控制信号，使锁存器处于等待接收触发输入状态；当任一开关按下时，输出信号中必有一路为高电平，经逻辑或运算后U1A输出为高电平。一但有高电平输入，不管另一输入端状态如何，输出保持高电平不变，这个电平控制CD4511锁存端使其他按键操作无效。当抢答完成后，按下“清除”按钮强行使U1B输出置零，CD4511锁存解除，开始新一轮抢答。物理与电子工程系毕业设计4第3章单元电路设计31开关、译码电路311开关电路电路中如图311，R1、R2、R3、R4、用于分压，当任一开关按下时，相应的输出为高电平，否则为低电平。电路直接把每个开关对应的BCD8421码中为“1”的隔着二极管连到对应的线上（只有一个为高电平的可省略二极管）,其中二极管的作用是防止短路。当某个开关按下时,与它相连的输出线将为高电平,其它输出线为低电平,输出既为这个开关的8421码（BCD码）。图311312译码电路这部分电路要求将译码电路送入8421码,译为十进制数（对应各个抢答者的编号）并驱动七段数码显示管显示出答题者的编号。显示译码器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。1CD4511引脚图312第3章单元电路设计5图312其功能介绍如下BI4脚是消隐输入控制端，当BI0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。LT3脚是测试输入端，当BI1，LT0时，译码输出全为1，不管输入状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE5脚是锁定控制端，当LE0时，允许译码输出。LE1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE0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。2七段数码显示管如图313图313物理与电子工程系毕业设计67段数码管是由7个独立的二极管采用共阴或共阳的方法连接而成。通常将这7个独立的二极管做成A、B、C、D、E、F、G这7个笔划。通过一个7位的二进制电平信号就可以显示出想要的结果。例如，点亮二极管B、C，数码管将会显示数字1，点亮A、B、C、D、E、F、G，数码管将会显示数字0。所以，数码管的显示需要有7根连线。每个数字对应的二进制码如表211所示。显示数字ABDE01111101002111131110401005101060011711008111190011表311本电路是采用共阴极LED数码管，输入高电平有效，其公共端接地。3译码显示电路CC4511是常用的七段显示译码器，它的内部除了七段译码电路外，还设有锁存电路和输出驱动器部分，具有输出大驱动电流的能力，最大可达到25MA，可直接驱动LED数码管或萤光数码管。CC4511有四个输入端A、B、C、D和七个输出端AG,它还具有输入BCD码锁存，灯测试和熄灭显示控制功能，它们分别由锁存端LE、灯测端LT、熄灭控制端BI来控制。CC4511的管脚排列如图十二。图314CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管段端接上限流电阻就可工作。译码显示电路图图315第3章单元电路设计7图31532控制电路321控制电路的作用完成三个任务1分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；2使其它选手按键操作无效；3防止提前按键。322控制电路图控制电路图如图221图321物理与电子工程系毕业设计8其工作过程如下1未按下“开始”按钮前，CD4511不工作，可防止抢答者提前按键。2当“开始”按下后，当所有抢答者开关均未按下时，锁存器输出对应的译码CD4511的LE全为低电平，该信号作为锁存器使能端LE的控制信号，使锁存器处于等待接收触发输入状态；3当任一开关按下时，输出信号中必有一路为高电平，经逻辑或运算后U1A输出为高电平。一但有高电平输入，不管另一输入端状态如何，输出保持高电平不变，这个电平控制CD4511锁存端使其他按键操作无效。4当抢答完成后，按下“清除”按钮强行使U1B输出置零，CD4511锁存解除，开始新一轮抢答。33蜂呜器发声电路331蜂呜器发声电路蜂呜器发声电路（如图431）主要负责1当有抢答信号输入时，SP发出声音以提醒其它人已经有人先抢答了。2用集成555定时器组成多谐振荡器。3当电路刚接通时，由于电容C1上的电压不会突变，故IC12脚为低电平（0V），导致3脚输出高电平。332555定时器组成多谐振荡器N555定时器是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。555定时器的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。555定时器的内部电路框图如图331所示。其引脚功能VI1（TH）高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。VI2（TR）低电平触发端，简称低触发端，标志为TR。VCO控制电压端。VO输出端。DIS放电端。RD复位端。第3章单元电路设计9图331555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络，产生31VCC和32VCC两个基准电压；两个电压比较器C1、C2；一个由与非门G1、G2组成的基本RS触发器（低电平触发）；放电三极管T和输出反相缓冲器G3。RD是复位端，低电平有效。复位后,基本RS触发器的Q端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。分析图331的电路在555定时器的VCC端和地之间加上电压，并让VCO悬空，则比较器C1的同相输入端接参考电压32VCC，比较器C2反相输入端接参考电压31VCC，为了学习方便，我们规定当TH端的电压32VCC时，写为VTH1，当TH端的电压31VCC时，写为VTR1，当TR端的电压31VCC且VI132VCC，则VTH1，比较器C1输出为低电平，无论C2输出何种电平，物理与电子工程系毕业设计10基本RS触发器因R0，使Q1，经输出反相缓冲器后，VO0；T导通。这时称555定时器“高触发”。333蜂呜器发声电路图331中当电源经R14、R15对C1充电到VC2/3VCC时，OUT脚输出由高变低，放电管（7脚内的VT）导通，电容C1经R2和IC17脚内导通的VT进行放电，当VC1/3时，OUT脚输出由低变高，电容器C1再次充电。上述过程周而复始，从而就形成了振荡，产生的脉冲信号从OUT脚供使用。蜂呜器发声电路图图332第4章安装和调试11第4章安装和调试用中规模集成锁存器CD4001、译码带锁存的CD4511组成四人智力竞赛抢答器的逻辑电路如图二所示，41抢答器显示的功能测试按图二的具体连线，将开关1、2、3、4全部处于低电平，首先拨动开关1，该端发光二极管亮，此时再拨动开关2或3，观察其它发光二极管的情况。此时再拨动开关2或3，由于或非门U1A、U2B已锁，信号不接收开关B和C控制端送入的信号，译码器CD4511只能输出开关1的信号。42清零功能测试在以上实验的基础上，将CD4001所有的R端连在一起通过开关J控制。由表可以看出，CC4011的异步控制信号高电平有效，因此可用R1实现复位功能，开关J可以用实验箱上的电平开关，常态时，它处于低电平，拨动开关J，观察发光二极管全部熄灭。43声响电路的功能测试按四人智力竞赛抢答器的逻辑电路的有关部分连线，可将或非门输入端分别通过电平开关控制状态，观察喇叭发声的情况。当某参赛者按下抢答开关时，喇叭发出声响。物理与电子工程系毕业设计12第5章总结经过了一个多星期的不停的检测和修改，终于把最终的电路图完成了。经过了这次课程设计，大大地提高了我的动手能力以及分析问题的能力，在黄卓冕老师的热心的指导下，解决了很多问题，从中也学到了很多书面上所没有搞清楚的问题。这次课程设计，让我学到了很多有用的知识和能力，这对以后的学习和工作都将是非常有益的。下面是对本设计的思路总结1数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。2优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。3通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。4经过布线、调试等工作后数字抢答器也同时通过这次的毕业设计总结出来自已该往哪方面去学习了，去弥补自已自身的不足了，给自已今后的发展提供好的方向咯。也同时感觉自已这次课程设计非常认真，让自已看到一点点希望了，给自已增加小小的自信了。参考文献13参考文献1康华光电子技术基础数字部分高等教育出版社2003年3月2康华光电子技术基础模拟部分高等教育出版社2003年4月3刘建成电子线路试验教程北京气象出版社2004年1月4蔡杏山零起步轻松学数字电路人民邮电出版社2006年6月5王彩君/杨睿数字电路实验国防工业出版社2006年7月6王建新/姜萍电子线路实践教程科学出版社2003年9月7顾德仁/万栋义脉冲与数字电路高等教育出版社1985年7月8刘建成电子线路试验