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 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.12 基本工作原理及框图13 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.24 相关芯片及硬件电路设计.34.1 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111 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。优先编码器CC40147译码器CC4511锁存器CC4042抢答器控制电路主持人控制开关译码显示 图1 基本工作原理框图 3 整体电路设计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。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09十进制和一个小数点，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510mV。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。 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。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/LEA3A2A1A0abcdefg001100001111111101100010110000201100101101101301100111111011401101000110011501101011011011601101100011111701101111110000801100001111111901100011110011消隐011101O00000001111消隐X01XXXX0000000锁存111XXXX锁存灯测试XX0XXXX11111114.3 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。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/Q00000001100X锁存11001111101X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（09）编码为四条线（AD）（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。 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I0I1I2I3I4I5I6I7I8I9Y3Y2Y1Y00000000000111110000000000000X1000000000001XX100000000010XXX10000000011XXXX1000000100XXXXX100000101XXXXXX10000110XXXXXXX1000111XXXXXXXX101000XXXXXXXXX11001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社，2011.1 2 高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程-基本技能训练与单元电路设 计M.北京:电子工业出版社,2007:24-57. 3 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程M .北京:电子工业出版社, 2005.1:43-66. 4 彭介华.电子技术课程设计指导M .北京:高等教育出版社,2002.12:37-228. 5 陈永甫.新编555集成电路应用800例M.北京:电子工业出版社,2000:80-130.6 蒋华勤.电子技术基础实验M.中国计量出版社，2009.8 121-168