数字电路课程设计报告定时抢答器1046.pdf

数字电路课程设计报告 设计课题题目：定时抢答器 黎明大学电子工程系 专业 应用电子技术 班级 成员学号 小组成员：指导教师：设计时间：-2-2 题目：定时抢答器 一、设计目的 掌握译码器、十进制加/减计数器的逻辑功能和工作原理，设计可预置时间的定时电路；分析与设计时序控制电路。画出定时抢答器的整机逻辑电路图，掌握智力抢答器的工作原理及其设计方法，并对各种元器件的功能和应用有所了解。并能对其在电路中的作用进行分析。另外还要掌握电路原理和分析电路设计流程，每个电路的设计都要有完整的设计流程。这样才能在分析电路是有良好的思路，便于查找出错的原因。二、设计要求 1 抢答器同时供 4 名选手或 4 个代表队比赛，分别用 4 个按钮 S1 S4 表示。2。设置一个系统清除和抢答控制开关 R，该开关由主持人控制。3.抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在 LED 数码管上显示，同时扬声器发出音乐提示。先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。4.抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如 30 秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时，在枪答时间内，选手枪答成功，这时计时器停止计时工作，显示器上显示参赛者的编号，保持到主持人按复位键为止。当规定时间到，仍无人枪答时，本次枪答无效，扬声器报警发出声音，并禁止枪答，计时器显示00。三方案设计与论证 抢答器的组成方框图为：abfcgdeDS?LEDabfcgdeDS?LEDabfcgdeDS?LED控制电路倒计时电路抢答电路CP声响电路LS?SPEAKERS?SW-PBS?SW-PBS?SW-PBS?SW-PBS?SW-PB -3-3 设计的方案有以下三种：方案一：用 CD4511、CD4068 各一个电阻，开关，三级管和二级管若干及七段显示器构成抢答电路。本电路的控制方法是利用开关进行输入编码当按键第一次就接下时，输出由1111110 变为所接下的键值的 BCD 编码经 4068 8 输入与门和一个三级管控制后输出 CD4511 第五脚使其从底电平变为高电平，从而锁住 CD4511，实现枪答功能。记数器利用两个 CD40110 和 CD4011 组合成 30 秒的加法记数器，此电路原理简单，制作方便，但显示不为倒计时，观看比较不直接。方案二：采用 CD40175 四 D 触发器，CD4511，CD4081 四 2 输入与门各 1 个电阻开关，二级管若干，构成枪答器，本电路工作原理也利用开关与二级管结合做编码用。同时在按钮按下的时候也发出一个脉冲到 CD40175 的 CP 输入端，使其输出在 CP 脉冲下翻转，利用四 D 触发器的四个（Q 反）经 CD4081 与门后控制 CD40175 的 CP 脉冲使其电路锁住封锁按键禁止抢答。倒计时电路采用 CD4510 与 CD4511 配合。本电路有两部分组成，方案三：由 CD4043 一个，电阻，二级管，开关若干组成。CD4043 是一快内部由 4 个高电平有效的 RS 触发触发器组成。当 4 个输出端有其中一个被按下时，CD4023 相应的输出端经三级管的编码输出到数码显示器使其显示当前按下的按钮组。从数码显示器的 b 笔段引出一个公共的信号给三级管的反向接到开关的控制端，禁止抢答。把 CD4043 的四个 CR 清零接在一起，接个电阻到地，并接一个开关到电源，按动此开关则输出清零。电路进入下一次抢答准备。本电路采取方案三！四、设计原理和电路图如下 1：抢答电路 该电路的根本任务是准确的判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可用触发器和锁存器等。在得到第一信号后应立即将电路的输入封锁，即使其他组再次发出抢答信号也无效。同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，也可以用发光二级管直接指示出组别（这里我们采用 LED 数码管显示）。同时用第一抢答信号控制一个音乐芯片工作，使其推动扬声器发出声响，表示该题抢答有效。本电路用一个 CD4043RS 触发器和 LED 数码管显示器组成，可以将四位抢答者的按钮通过译码，驱动 LED 数码管显示器显示出他们最先抢答者的序号。而时序控制电路的功能是当参赛选手按动抢答器时，使音乐芯片工作扬声器发声，这时抢答电路和定时电路停止工作。-4-4 S04R03S16R17S212R211S314R315EN5Q02Q19Q210Q31VCC16GND8U1cd4043D1DIODED2DIODED3DIODED4DIODED5DIODED6DIODED7DIODED8DIODED9DIODED10DIODED11DIODER3RES2R6RES2R7RES2R8RES2R9RES2R10RES2R11RES2R12RES2R13RES2R18RES2R19RES2Q5NPN1S3SW-PBS4SW-PBS5SW-PBS6SW-PBS7SW-PBabfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgDS10CRYSTAL抢答电路按R进入抢答状态此时，B点为低电平，A点为高电平按S1-S4抢答后，B点为高电平，A点为低电平B输入高电平后停止抢答（为控制用）。bAS1S2S3S4RGND （2）倒计时电路 该电路的采用 CD40110 做为个位数计时，它是一个十进制加减法译码显示计数器。十位数采用 CD40192 可预置加减法 BCD 计数器，输出经七段 LED 译码器CD4511 使数码显示器工作。在 CD40192 的可预置端用两个单刀双掷开关控制，实现时间 10 秒、20 秒、30 秒可调的功能。-5-5 A7B1C2D6LT3BI4LE5A13B12C11D10E9F15G14VCC16GND8U2451 1GND8VCC16P015P11O-03P210O-12P39O-26O-37CPU5CPD4TCU12PL11TCD13MR14U5401 921122334455667788991010111112121313141415151616U6401 10R2 0RES2R2 2RES2R2 3RES2Q6NPN1S1SW SPDTS2SW SPDTabfcgdeDPYLEDgn 1 2 3 4 5 6 7abcdefgA?*abfcgdeDPYLEDgn 1 2 3 4 5 6 7abcdefgA?*GND高电平复位复 位564U4 B401 111121310U3 C407 31289U3 A407 33456U3 B407 3D1 2DIODED1 5DIODE抢 答CPD1 0DIODED1 1DIODE秒脉冲输入1HZ脉 冲 输 入抢答信号输入定时时间到PortR?RES2VCCVCCR?RES2GNDGND（3）1HZ 脉冲产生电路 该电路的采用 555 定时电路。555 定时电路是一种电路简单且多用途的单片中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而要波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等等许多领域中都得到了广泛的应用。TRIG2Q3R4CVolt5THR6DIS7VCC8GND1U75 55R211 KR421 5KC11 0URV11 00 KVCCA55GNDOUT-6-6 四：声响电路 电路原理如下图所示，该电路分有两部分，一个是抢答成功提示为音乐提示音，另一个是时间接近及时间到提示它利用 CD4011 和 555 芯片组成的组合逻辑电路控制蜂鸣器发出声音。TRIG2Q3R4CVolt5THR6DIS7VCC8GND1U8555U?BUZZERD16DIODED18DIODER43RES2R44RES2R45RES2C2CAPC3CAPC4CAPQ10NPN1VCCGNDGND声音延迟123VCC14GND7U4A40118910U4C4011D17DIODED19DIODED20DIODER40RES2R41RES2Q9NPN1VCCCPGNDCD40192 Q0CD40192 Q1定时时间到PortGNDVCC蜂鸣器Q?NPN1R?RES2R?RES2VCC1OUT2GND3A4R?RES2C?ELECTRO1Q?NPN1C?CAPR?RES2BBLS?SPEAKERVCCGND 五、硬件制作与调试 组装时分抢答与倒计时分两部份，经过接后调试，发现抢答单元在接下按钮时没有显示，经仔细检查及调试阅芯片资料后发现 CD4043 的输出驱动能力底，只有几毫安，只能增加电压放大电路，为不更改太多电路，我们采用两极三级管放大（因为一级放大为反相，LED 数码管不支持）电路经修改后，实现抢答功能。计时电路方面发现倒计时，电路不能停止，经测量发现 CD40192 的错位输出端的脉冲为一个很窄脉冲，因此不能封锁 CP 脉冲于是增加一个芯片及数个二级管经过计时到判断。经改动过后，总体电路为：-7-7 S04R03S16R17S212R211S314R315EN5Q02Q19Q210Q31VCC16GND8U1cd4043A7B1C2D6LT3BI4LE5A13B12C11D10E9F15G14VCC16GND8U24511121311U4D4011123VCC14GND7U4A4011564U4B40118910U4C401111121310U3C40731 2 89U3A40733456U3B4073GND8VCC16P015P11O-03P210O-12P39O-26O-37CPU5CPD4TCU12PL11TCD13MR14U5401921122334455667788991010111112121313141415151616U640110TRIG2Q3R4CVol t5THR6DIS7VCC8GND1U7555TRIG2Q3R4CVol t5THR6DIS7VCC8GND1U8555U?BUZZERD1DIODED2DIODED3DIODED4DIODED5DIODED6DIODED7DIODED8DIODED9DIODED10IODED11DIODED12DIODED13DIODED14DIODED15DIODED16DIODED17DIODED18DIODED19DIODED20DIODER1RES2R2RES2R3RES2R4RES2R5RES2R6RES2R7RES2R8RES2R9RES2R10RES2R11RES2R12RES2R13RES2R14RES2R15RES2R16RES2R17RES2R18RES2R19RES2R20RES2R22RES2R21RES2R23RES2R24RES2R40RES2R41RES2R43RES2R44RES2R42RES2R45RES2C2CAPC3CAPC4CAPC1CAPQ1NPN1Q2NPN1Q3NPN1Q4NPN1Q5NPN1Q6NPN1Q9NPN1Q10NPN1Q11PNP1Q12PNP1Q13PNP1Q14PNP1S1SW SPDTS2SW SPDTS3SW-PBS4SW-PBRV1POT2S5SW-PBS6SW-PBS7SW-PBGNDGNDGNDGNDGNDVCCVCCVCCVCCabfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgA?*abfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgA?*abfcgdeDPYLEDgn12 3456 7ab cdefgDS10CRYSTALA?COMPONENT_2抢答抢答GNDAGNDGNDGND声音BBCPCP声音GND复位复位复位复位1HZ脉冲产生延迟GND定时时间到Port-8-8 六、设计总结 在此次电路设计时发现了设计的问题，如扇出数，这是这次设计不能顺利完成的原因，另外还要了解到 CD4000系列到芯片不能与 7400系列芯片配合使用，因为其输入输出的电平不匹配，会导致电路的工作不稳定！七、参考文献 百度网站 电子芯片质料网 数字电路逻辑与设计 数字电子技术基础实验 通用集成电路速查手册