八路数字抢答器毕业设计.doc
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1、摘 要在智力竞赛等场合,常需要一种反应灵敏、显示方便的抢答装置。在对数字集成电路研究的基础上,设计了一种八路数字抢答器,该抢答器包括抢答、编码、优先、锁存、数显、复位及报警电路。本设计采用CD4511芯片来实现译码锁存和led驱动功能,通过蜂鸣器实现报警功能,并采用220V转+5V转换电路为系统供电。软件仿真和硬件实验的结果表明了该系统能实现八路抢答器的功能,且具有反应灵敏、操作简便、实用性强等特点,具有一定的实用价值。 更多还原关键词:抢答器;编码;译码;锁存AbstractIn the quiz and other occasions, often require a responsive
2、, easy to display and answer device. Based on the study of digital integrated circuits Designed an eight-way digital Responder, the Responder include Responder, coding, priority, latches, digital display, reset and alarm circuits. The design adopts CD4511 chip to achieve decoding latch and led drive
3、r functions, achieve alarm function by the buzzer and uses 220V switch +5 V conversion circuit to power the system. Software simulation and hardware experimental results show that the system can achieve eight Responder functionality, and has a responsive, easy operation, practical features, has some
4、 practical value.Key words : Responder; coding; decoding; latch目 录1 绪论11.1 课题研究的背景11.2 研究目的和意义11.3 课题研究的内容12 抢答器的工作原理32.1 系统的主要功能32.2 抢答器的基本工作原理32.3 抢答器系统的分析32.4 抢答器的工作流程43 硬件电路设计53.1 总体设计方案53.2 抢答器设计中的数字编码电路53.3 抢答器设计中的译码/优先/锁存电路73.4 抢答器设计中的数码显示电路114.软件仿真134.1 软件测试定义和目的134.2 Proteus仿真135.硬件电路的测试与焊接
5、165.1 硬件测试定义和目的165.2 焊接165.3 硬件电路调试185.4 调试中出现的问题及解决方法196 总结与展望20参考文献21致 谢22附 录23III1 绪论1.1 课题研究的背景抢答器是一种应用非常广泛的设备,在各种竞赛、抢答中,可迅速、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,但是由于早期的三极管等电子元件的制造技术及设备的落后,往往导致电路性能不稳定,抢答器不能正常工作。随着技术的进步及电子制造工艺的发展,性能稳定的集成电路逐渐占据了电路市场的主流,因而现在大多数抢答器均使用单片机(如MCS-5
6、1型)和数字集成电路。本设计利用中规模数字集成电路及外围接口实现的抢答系统,使得系统能够正确地进行计时,同时使数码管能够正确地显示时间和选手号码。用开关做键盘输出,扬声器发声提示。所以,系统需达到以下要求:在抢答中,只有开始后抢答才有效,如果在开始抢答前抢答则为无效;正确按键后有音乐提示;按键锁定,在有效状态下,其他按键无效非法;电源电路采用220V交流转+5V直流供电,更贴近实际应用。1.2 研究目的和意义本设计的关键技术在于准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可选择使用锁存器实现。在得到第一信号之后立即将电路的输入封锁,致使其他组的抢答信号无效。但是,第一抢答信号应该在主持人
7、发出抢答命令之后才有效。通过这次设计,掌握编码器、译码器、led驱动电路、扬声器发声电路及电源转换电路的原理,了解抢答器组成原理,初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法。同时通过本设计与仿真进行调试,提高自己的动手能力,巩固已学的理论知识,建立数字电路理论和实践的结合,了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响,从而能正确设计各个单元电路,为今后利用数字集成电路设计其他功能的设备奠定坚实的基础。1.3 课题研究的内容 本八路抢答器采用CD4511集成芯片来实现功能要求,在抢答过程中,每个选手都有一个抢答按钮。在主持人按下复位键宣布抢答开始的时候,选手就开始进行抢答,在指定时间内选手进行抢答,
8、数码显示屏上会显示最先抢答选手的编号。如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规,数码显示屏显示犯规者的编号,扬声器持续发声。主持人可按复位键,新一轮抢答开始。 通过比较发现,采用数字电路技术设计的抢答器与目前常用的抢答器相比优点有很多。首先,设计电路连接简单,因为采用了CD4511集成芯片进行设计的,大多数功能单元都能通过数字电路完成。第二,工作性能可靠,抗干扰能力较强。所以本设计采用了基于数字电路技术的设计方案。202 抢答器的工作原理2.1 系统的主要功能八路抢答器的主要功能有如下三点: (1) 同时供8名选手参加比赛,其相应的编码分别是1、2、3、4、5、6、7、8,各用一个抢答按钮
9、,按钮的编号与选手的编号相对应。 (2) 给主持人设置一个控制开关,用来控制系统的清零(编号显示数码管灭灯)和抢答的开始。 (3) 抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后,若有选手按动抢答按钮,编号立即锁存,并在LED数码管上显示出选手的编号,同时扬声器给出音响提示。2.2抢答器的基本工作原理电路完成基本的抢答功能,即开始抢答后,当选手按动抢答键时,能显示选手的编号,同时能封锁输入电路,禁止其他选手抢答。而报警电路则是起到提示作用。其工作原理为:接通电源后,当主持人按下复位键,宣布开始。选手即开始抢答,当选手按下抢答键后,抢答器完成:编码、优先锁存、译码、数码显示。当一轮抢答之后,只有主持
10、人按下复位键,才能进行下一轮抢答,否则抢答无效。 如图2-1所示为抢答器的结构框图。图2-1 抢答器结构框图2.3 抢答器系统的分析 (1) 在抢答中,只有开始后抢答才有效,如果在开始抢答前抢答则为无效。 (2) 可以显示是哪位选手有效抢答,正确按键后有讯响声。 (3) 按键锁定,在有效状态下,选手按键无效。 (4) 只有主持人按下复位键,下一轮抢答才能开始进行。2.4 抢答器的工作流程抢答器的工作流程:在上电之后,系统开始运行,在抢答过程中,会有多个信号同时或不同时送入主电路中,抢答器内部电路和CD4511集成芯片会开始工作,并识别、记录第一个号码。在抢答器工作过程中,编码电路、优先锁存译码
11、电路、显示电路、报警电路都会运行。抢答器的工作流程分为正常抢答流程、主持人复位等几部分,如图2-2所示。上电运行主持人按下复位键复位键未按下前有选手抢答开始开始数码管显示0无效有选手抢答数码管上显示抢答选手编号,并且报警电路发出讯响声选手开始回答问题图2-2 抢答器的工作流程3 硬件电路的设计3.1 总体设计方案蜂鸣器模块电源数码管显示模块 复位按键CD4511控制模块按键模块 图3-1 总体结构框图由图3-1可知,本设计主要包括CD4511控制模块、数码管显示模块、蜂鸣器模块、按键模块等四个主要模块,现将每个模块的功能介绍如下:(1)CD4511控制模块的主要是完成对信号的编码、译码、优先锁
12、存、驱动数码管显示模块及驱动蜂鸣器模块等功能。(2)数码管显示模块主要是完成接收CD4511控制模块译出的信号以及显示抢答成功人的数字功能。(3)蜂鸣器模块主要是完成接收CD4511控制模块发出的控制信号并发出凤鸣信号的功能,表示已经有人抢答成功。(4)按键模块主要是完成对八个人的抢答进行反映的功能。3.2 抢答器设计中的数字编码电路由系统的总体结构框图出发,本设计的总体电路原理图如图3-2所示。 图3-2总体电路原理图 参考图3-2可知,S1S8组成18路抢答器,D1D12组成数字编码器。该电路完成的功能是:将二极管编码成为BCD码,将高电平加到CD4511所对应的输入端。从CD4511的引
13、脚可以看出,引脚6,2,1,7分别为BCD码的 D、C、B、A位(D为高位,A为低位,即D、C、B、A分别代表BCD码8、4、2、1位)。引脚图如33所示。 图3-3 CD4511引脚图 工作过程:当电路上电,主持人按下复位键,选手就可以开始抢答。当选手1按下S1抢答键,高电平通过编码二极管D1加到CD4511集成芯片的7脚(A位),7脚为高电平,1、2、6脚保持低电平,此时CD4511输入BCD码为“0001”;当选手2按下S2抢答键,高电平通过编码二极管D2加到CD4511集成芯片的1脚(B位),1脚为高电平,2、6、7脚保持低电平,此时CD4511输入BCD码为“0010”;当选手3按下
14、S3抢答键,高电平通过编码二极管D3、D4加到CD4511集成芯片的1、7脚(B、A位),1、7脚为高电平,2、6脚保持低电平,此时CD4511输入BCD码为“0011”;当选手4按下S4抢答键,高电平通过编码二极管D5加到CD4511集成芯片的2脚(C位),2脚为高电平,1、6、7脚保持低电平,此时CD4511输入BCD码为“0100”;当选手5按下S5抢答键,高电平通过编码二极管D6、D7加到CD4511集成芯片的2、7脚(C、A位),2、7脚为高电平,1、6脚保持低电平,此时CD4511输入BCD码为“0101”; 当选手6按下S6抢答键,高电平通过编码二极管D8、D9加到CD4511集
15、成芯片的1、2脚(B、C位),1、2脚为高电平,6、7脚保持低电平,此时CD4511输入BCD码为“0110”; 当选手7按下S7抢答键,高电平通过编码二极管D10、D11、D12加到CD4511集成芯片的1、2、7脚(B、C、A位),1、2、7脚为高电平,6脚保持低电平,此时CD4511输入BCD码为“0111”; 当选手8按下S8抢答键,高电平加到CD4511集成芯片的6脚(D位),6脚为高电平,1、2、7脚保持低电平,此时CD4511输入BCD码为“1000”。 输入的BCD码就是键的号码,并自动地由 CD4511内部电路译码成十进制数在数码管上显示。编码电路如图3-4所示。图3-4 数
16、字编码系统电路 真值表如表3-1所示。表3-1数字编码电路功能真值表输入输出S1S2S3S4S5S6S7S8DCBA1000000000010100000000100010000000110001000001000000100001010000010001100000001001110000000110003.3 抢答器设计中的译码/优先/锁存电路 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: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。CD4511 是一片 CMOS BCD锁存/7 段
17、译码/驱动器,引脚排列如表3-2所示。其中A、B、C、D为 BCD 码输入,a为最低位。LT为灯测试端,加高电平时,显示器正常显示,加低电平时,显示器一直显示数码“8”,各笔段都被点亮,以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端,低电平时使所有笔段均消隐,正常显示时, B1端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特点,当输入数据越过十进制数9(1001)时,显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端,高电平时锁存,低电平时传输数据。ag是 7 段输出,可驱动共阴LED数码管。另外,CD4511显示数“6”时,a段消隐;显示数“9”时,d段消隐,所以显示6、9这两个数时,字形不太美观。表3-2引脚排
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