畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-智力競(jìng)賽60秒計(jì)時(shí)及顯示電路的設(shè)計(jì).doc

蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄摘要 （1）前言 （1）第一章 概念（3）1.1 基本功能 （3）1.2 方案論證（3）1.2.1方案一 （3）1.2.2方案二 （4）第二章 電路工作原理（5）2.1時(shí)間脈沖發(fā)生器 （5）2.1.1、多諧振蕩器結(jié)構(gòu)和原理 （5）2.1.2 振蕩周期的計(jì)算 (7 )2.2 計(jì)數(shù)顯示單元(8)2.2.1 、CD4017IC概述(9)2.3控制電路 (13)2.4音頻振蕩電路(15)2.5整體電路分析（15）參考文獻(xiàn)（18）致謝（19）智力競(jìng)賽60秒計(jì)時(shí)及顯示電路的設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師： 摘要：要求設(shè)計(jì)一個(gè)具有聲光顯示的智力競(jìng)賽60秒顯示器電路。采用振蕩器構(gòu)成脈沖發(fā)生器，將脈沖送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)并通過(guò)60只發(fā)光二極管作為計(jì)時(shí)顯示，同時(shí)配以音頻振蕩放大電路提供聲音提示。關(guān)鍵詞：計(jì)時(shí)，脈沖，計(jì)時(shí)器，顯示，音頻振蕩Abstract：The desire is to design a timer with sound and light ,which is used to catch the chance to answer first in the intelligence matches。The impulse generator composed of the oscillator transfer impulses into the counter，and the time left is displayed by numeral，display tubes and is mentioned with sound by audio frequency oscillator and amplifier as well。Keywords：Timer；Impulse；Counter；Numeral display；Audio frequency oscillator前言當(dāng)今的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，選拔人才，評(píng)選優(yōu)勝，知識(shí)競(jìng)賽之類(lèi)的活動(dòng)愈加頻繁，那么也就必然離不開(kāi)搶答器。事實(shí)上，現(xiàn)在搶答器在各種綜藝文體活動(dòng)中越來(lái)越受青睞，這一類(lèi)的計(jì)時(shí)顯示裝置已經(jīng)不僅僅運(yùn)用在智力競(jìng)賽中了。在體育比賽中的計(jì)時(shí)積分的體育比賽評(píng)判系統(tǒng)，用于定時(shí)打鈴、定時(shí)開(kāi)關(guān)廣播、路燈以及其他電器設(shè)備等等，都是這一類(lèi)產(chǎn)品的延伸，在原理上大同小異。如籃球比賽中進(jìn)攻方控球的時(shí)間不能超過(guò)24s，即進(jìn)攻方必須在24s內(nèi)投籃出手，否則違例；知識(shí)比賽中必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)回答完所提出的問(wèn)題等等。為了使參加比賽隊(duì)員和裁判能夠準(zhǔn)確地掌握好時(shí)間。在比賽場(chǎng)地豎立起一個(gè)秒倒計(jì)時(shí)器，讓比賽隊(duì)員都能夠清楚地看到時(shí)間是一個(gè)解決問(wèn)題的最好方法。現(xiàn)在各種型號(hào)的搶答器是琳瑯滿(mǎn)目，其功能相互有所差異，但總體來(lái)說(shuō)就是計(jì)時(shí)與顯示相結(jié)合起來(lái)，主要的性能表現(xiàn)在時(shí)間精確度、計(jì)時(shí)范圍、以及其他一些智力競(jìng)賽中可能需要用到的功能（例如搶答自鎖、顯示組號(hào)、聲響，預(yù)置搶答規(guī)定時(shí)限、答題時(shí)間、倒計(jì)時(shí)/正計(jì)時(shí)、計(jì)時(shí)中途暫停等等）。搶答器作為一種電子產(chǎn)品，早已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合。但目前使用的搶答器存在分立元件較多，造成每路的成本較高。而現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展要求電子電路朝數(shù)字化、集成化方向發(fā)展 。因此設(shè)計(jì)出數(shù)字集成化電路的搶答器是現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的要求。因此我此次設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)易的搶答計(jì)時(shí)裝置。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作和調(diào)試都比較簡(jiǎn)單，適合于一般單位制作，特別是對(duì)于學(xué)校開(kāi)展的一些活動(dòng)，自制搶答計(jì)時(shí)裝置是很好的選擇。 我設(shè)計(jì)的這個(gè)智力競(jìng)賽60秒計(jì)時(shí)器可預(yù)制，可暫停，計(jì)時(shí)結(jié)束有聲音提示，可復(fù)位。因此我設(shè)計(jì)這個(gè)智力競(jìng)賽顯示裝置足以應(yīng)付一般要求的智力竟賽或者其他要求的計(jì)時(shí)情況。根據(jù)具體要求，還可以對(duì)電路做適當(dāng)?shù)脑鰷p。第一章 概述1.1節(jié) 基本功能我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求就是設(shè)計(jì)一個(gè)原理簡(jiǎn)單、便于制作并且實(shí)用的智力競(jìng)賽60秒顯示器。由于數(shù)字電路不僅特性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、調(diào)試方便、而且集成電路體積小、功耗低，所以本設(shè)計(jì)采用數(shù)字電路為主。 電路的主體是兩位譯碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、時(shí)間脈沖發(fā)生器、音頻振蕩器以及一些輔助電路。電路的核心部分是時(shí)間脈沖發(fā)生器和兩位譯碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，倒計(jì)時(shí)裝置即由這兩部分構(gòu)成，時(shí)間脈沖和計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確是整個(gè)設(shè)計(jì)成敗與否的關(guān)鍵。 時(shí)間脈沖發(fā)生器和音頻振蕩器是由CMOS門(mén)電路組成的多諧振蕩器，通過(guò)選擇不同的R、C的值來(lái)調(diào)節(jié)振蕩頻率。由于時(shí)間脈沖發(fā)生器是計(jì)時(shí)裝置，所以保證它的頻率為1HZ顯得尤為重要。 兩位譯碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器也是整個(gè)裝置的關(guān)鍵部分。計(jì)數(shù)器采用兩片CD4017構(gòu)成兩位計(jì)數(shù)器，當(dāng)調(diào)整好預(yù)置數(shù)并對(duì)CD4017的預(yù)置端置位后，就可以由脈沖發(fā)生器將脈沖送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。搶答器的剩余時(shí)間由60個(gè)發(fā)光二極管顯示，聲音的提示則由音頻振蕩器和放大電路完成。（當(dāng)計(jì)時(shí)結(jié)束后，控制信號(hào)同時(shí)送入時(shí)間脈沖發(fā)生器和音頻振蕩器，顯示器顯示為“00”，同時(shí)通過(guò)音頻振蕩器和放大電路之后，音頻振蕩器停振喇叭不再發(fā)出聲響。 1.2節(jié) 方案論證看完畢業(yè)設(shè)計(jì)書(shū)的要求后，我研究了兩套方案。方案一是采用大電流的白熾燈作10S顯示；方案二是按照任務(wù)書(shū)的基本要求設(shè)計(jì)的，燈光顯示采用發(fā)光二極管。兩套方案的時(shí)間脈沖發(fā)生器和音頻振蕩器采用相同的電路，主要的區(qū)別是在顯示的部分。下面對(duì)兩套方案進(jìn)行論證。 1.2.1 方案一：這套方案設(shè)計(jì)的智力競(jìng)賽60S顯示器中每10S的顯示采用的是大電流的白熾燈，發(fā)光二極管做秒顯示，所以在大場(chǎng)面上使用會(huì)達(dá)到視距更遠(yuǎn)的效果。搶答時(shí)間一結(jié)束，喇叭發(fā)出聲響提示，設(shè)計(jì)合理實(shí)用。該裝置的電路是由脈沖發(fā)生器、兩塊十進(jìn)制計(jì)數(shù)器/脈沖分配器IC2、IC3（CD4017），燈光控制電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、音頻振蕩電路以及電源電路等組成。由自激多諧蕩器提供脈沖，一接通電源它便開(kāi)始振蕩，調(diào)節(jié)RC的值使其輸出脈沖周期為1S即可。IC2及其10只發(fā)光二極管構(gòu)成秒顯示電路，IC2在秒脈沖的作用下計(jì)數(shù)，使其輸出端Y0-Y9依次順序出現(xiàn)高電平，發(fā)光二極管LED1LED10依次點(diǎn)亮。當(dāng)10S時(shí)，IC2的端輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖加在IC3的CP端，導(dǎo)致IC3的Y0端變?yōu)楦唠娖?，?jīng)二極管后觸發(fā)單向可控硅VS1自鎖，此時(shí)白熾燈H1點(diǎn)亮。H1H6當(dāng)10S時(shí)H1點(diǎn)亮，20S時(shí)H2點(diǎn)亮，30S時(shí)H3點(diǎn)亮由于單向可控硅的自鎖作用，白熾燈一經(jīng)點(diǎn)亮就不會(huì)自行熄滅，而LED1LED10 則是閃亮的。當(dāng)計(jì)滿(mǎn)60S時(shí)IC3的輸出端Y6變?yōu)楦唠娖?，此時(shí)IC2、IC3的EN端均為高電平，禁止計(jì)數(shù)輸出。從上述原理分析中可以看出，彩燈H1H6是依次點(diǎn)亮，最后全亮，而LED1LED10是依次點(diǎn)亮，它們可以排成兩行，上為彩燈，下為L(zhǎng)ED。當(dāng)時(shí)間結(jié)束時(shí)，發(fā)出提醒音，并且LED不再閃動(dòng)。該裝置由于耗電量較大，用交流電供電。1.2.2方案二：設(shè)計(jì)思想為用發(fā)光二級(jí)管提示時(shí)間的長(zhǎng)短。當(dāng)開(kāi)始計(jì)數(shù)后每過(guò)一秒鐘，發(fā)光二極管亮起一個(gè)，當(dāng)最后一個(gè)二極管點(diǎn)亮，說(shuō)明搶答時(shí)間結(jié)束。這個(gè)設(shè)計(jì)的好處在于電路比較簡(jiǎn)單，光顯部分只需采用CD4017芯片和60 個(gè)發(fā)光二極管就可以了。平時(shí)，SA1處于斷開(kāi)狀態(tài)。這樣，就有一個(gè)正脈沖作用于CD4017的清零端R，發(fā)光二極管都不亮。當(dāng)SA1閉合，時(shí)間脈沖振蕩器起振送出計(jì)數(shù)脈沖，第一個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)亮，同時(shí)脈沖輸出的高電平還作用于三極管的基極，經(jīng)其放大喇叭發(fā)出響聲。隨著計(jì)數(shù)脈沖不斷送入，發(fā)光二極管依次點(diǎn)亮起來(lái)，當(dāng)最后一個(gè)二極管點(diǎn)亮后，時(shí)間脈沖發(fā)生器音頻振蕩器停振，驅(qū)動(dòng)喇叭不再發(fā)出聲響提示，這就完成了整個(gè)計(jì)劃過(guò)程。本次設(shè)計(jì)將采用第二套方案。第二章 電路工作原理 搶答器的裝置主要由時(shí)間脈沖發(fā)生器、兩位十進(jìn)制譯碼計(jì)數(shù)器、音頻振蕩器、控制電路以及一些輔助電路組成。電路工作框圖如下圖所示：時(shí)間脈沖發(fā)生器 計(jì)數(shù)器 譯碼器 顯示器 揚(yáng)聲器 音頻振蕩器 控制電路 2.1時(shí)間脈沖發(fā)生器本搶答器的時(shí)間脈沖發(fā)生器由多諧振蕩電路構(gòu)成。 多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，該電路在接通電源后無(wú)需外接觸發(fā)信號(hào)就能產(chǎn)生一定頻率和幅值的矩形脈沖或方波。由于矩形脈沖中含有豐富的高次諧波，故稱(chēng)為多諧振蕩器。另外多諧振蕩器在工作過(guò)程中不存在穩(wěn)定狀態(tài)，故又稱(chēng)為無(wú)穩(wěn)態(tài)電路。由門(mén)電路組成的多諧振蕩電路有多種電路形式，但它們均具有如下共同特點(diǎn)：首先，電路中含有開(kāi)關(guān)器件，如門(mén)電路、電壓比較器、BJT等。這些器件主要用來(lái)產(chǎn)生高、低電平；其次，具有反饋網(wǎng)絡(luò)，將輸出電壓恰當(dāng)?shù)胤答伣o開(kāi)關(guān)器件使之改變輸出狀態(tài)；另外，還有延遲環(huán)節(jié)，利用RC電路的充、放電特性可實(shí)現(xiàn)延時(shí)，以獲得所需的振蕩頻率。在許多實(shí)用電路中，反饋網(wǎng)絡(luò)兼有延時(shí)作用。2.1.1、多諧振蕩器結(jié)構(gòu)和原理一種由CMOS門(mén)電路組成的多諧振蕩器如圖2.1.11所示，圖中的G1、G2為反相器。其原理圖和工作波形分別如圖2.1.12所示。圖2.1.12中D1、D2 D3、D4均為保護(hù)二極管。 為了討論方便，在電路分析中，假定門(mén)電路的電壓傳輸特性曲線(xiàn)為理想化的折線(xiàn)，即開(kāi)門(mén)電平(VON) 和關(guān)門(mén)電平(VOFF)相等，這個(gè)理想化的開(kāi)門(mén)電平或關(guān)門(mén)電平稱(chēng)為門(mén)坎電平，記為Vth且設(shè)Vth=VDD/2。圖2.1.11由CMOS門(mén)電路組成的多諧振蕩器圖2.1.12（a）（1） 第一暫穩(wěn)態(tài)及電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)的過(guò)程假定在t=0時(shí)接通電源，電容C尚未充電，電路初始狀態(tài)為V01=VOH，V1=V02=VOL 狀態(tài)，即第一暫穩(wěn)態(tài)。此時(shí)，電源VDD經(jīng)G1的TP管、R和G2的TN管給電容C充電，如圖2（a）所示。隨著充電時(shí)間的增加，V1的值不斷上升，當(dāng)V1達(dá)到Vth時(shí)，電路發(fā)生下述正反饋過(guò)程:V1 V01 V02 這一正反饋過(guò)程瞬間完成，使V01= VOL，V02= VOH，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。（2）第二暫穩(wěn)態(tài)及電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)的過(guò)程電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)瞬間，V02由0V上跳至VDD，由于電容兩端電壓不斷突變，則V1也將上跳VDD，本應(yīng)升至VDD+Vth，但由于保護(hù)二極管的鉗為作用，V1僅上跳至VDD+V+。隨后，電容C通過(guò)G2的TP、電阻R和G1的TN放電，使V1下降，當(dāng)V1降至Vth后，電路又產(chǎn)生如下正反饋過(guò)程。V1 V01 V02 從而使電路又回到第一暫穩(wěn)態(tài)，V01= VOH，V02= VOL。此后，電路重復(fù)上述過(guò)程，周而復(fù)始的從一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，在G2的輸出端得到方波。由上述分析不難看出，多諧振蕩器的兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程是通過(guò)電容C充、放電作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。2.1.2 振蕩周期的計(jì)算 圖2.1.12（b）在振蕩過(guò)程中，電路狀態(tài)的轉(zhuǎn)換主要取決于電容的充、放電，而轉(zhuǎn)換時(shí)刻則取決于V1的數(shù)值。根據(jù)以上分析所得電路在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)V1的幾個(gè)特征值，可以計(jì)算出圖T1、T2的值。（1）T1的計(jì)算對(duì)應(yīng)于第一暫穩(wěn)態(tài)，將圖二（b）中t1作為時(shí)間起點(diǎn)，T1=t2-t1，V1(0+)=-V-0V, V1()=VDD,t=RC根據(jù)RC電路瞬態(tài)響應(yīng)的分析，有 （2） T2的計(jì)算對(duì)應(yīng)于圖二（b），在第二暫穩(wěn)態(tài)，將t2作為時(shí)間起點(diǎn)，則有V1（0+）=VDD+V+VDD，V1（）=0，t=RC，由此可求出 所以 將Vth=VDD/2代入，上式變?yōu)門(mén)=RCIn41.4RC。2.2 計(jì)數(shù)顯示單元 計(jì)數(shù)顯示單元由計(jì)數(shù)譯碼部分和顯示部分組成，計(jì)數(shù)譯碼部分由CD4017完成，顯示部分由發(fā)光二極管構(gòu)成，電路如圖2.21所示。 圖2.212.2.1 、CD4017IC概述CD4017集成電路是十進(jìn)制計(jì)數(shù)/時(shí)序譯碼器，又稱(chēng)十進(jìn)制計(jì)數(shù)/脈沖分頻器。它是4000系列CMOS數(shù)字集成電路中應(yīng)用最為廣泛的電路之一，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，性能穩(wěn)定可靠，工藝成熟，使用方便。它與時(shí)基集成電路555一樣，深受廣大電子科技工作者和電子愛(ài)好者的喜歡。目前世界各大通用數(shù)字集成電路廠家都生產(chǎn)4017IC，在國(guó)外的廠品典型型號(hào)為CD4017，在我國(guó)，早期產(chǎn)品的型號(hào)為C217、C187、CC4017等。CD4017IC采用標(biāo)準(zhǔn)的雙列直插式16（10）腳塑封，它的引腳排列如圖2.2.11所示。其引腳功能如下：腳（Y1）-(Y9)分別為第19輸出端；腳（Y0），第0輸出端，電路清零時(shí)，該端為高電平；腳（VSS），電源負(fù)端；腳（），進(jìn)位輸出端，每輸入10個(gè)時(shí)鐘脈沖，就可得一個(gè)進(jìn)位輸出脈沖，因此進(jìn)位輸出端信號(hào)可作為下一級(jí)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)。腳（），時(shí)鐘輸入端，脈沖下降沿有效，腳（CP），時(shí)鐘輸入端，脈沖上升沿有效；腳（R），清零輸入端，在“R”端加高電平或正脈沖時(shí)，CD4017IC計(jì)數(shù)器中各計(jì)數(shù)單元輸出低電平“0”，在譯碼器中只有Y0端為高電平；腳（VDD），電源正端，318V直流電壓。CD4017內(nèi)部邏輯電路原理如圖2.2.12所示。它是由十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路和時(shí)序譯碼電路兩部分組成。其中的D觸發(fā)器F1F5構(gòu)成了十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，門(mén)電路615構(gòu)成了時(shí)序譯碼電路。它實(shí)質(zhì)上是一種串行移位寄存器，除了第3個(gè)觸發(fā)器是通過(guò)門(mén)電路15、16構(gòu)成的組合邏輯電路作用于F3的D3端以外，其余各級(jí)均是將前一級(jí)觸發(fā)器的輸出端連接到后一級(jí)觸發(fā)器的輸入端D的，計(jì)數(shù)器最后一級(jí)的Q5端連接到第一級(jí)的D1端。這種計(jì)數(shù)器具有編碼可靠，工作速度快，譯碼簡(jiǎn)單，只需由二輸入端的與門(mén)即可譯碼，且譯碼輸出端無(wú)過(guò)度脈沖干擾等特點(diǎn)。通常只有譯碼選中的那個(gè)輸出端為高電平，其余輸出端均為低電平。約翰遜計(jì)數(shù)器狀態(tài)如表1-3所示。圖2.2.12十進(jìn)制 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 表2.2.13當(dāng)加上清零脈沖后，Q1Q5均”0”,由于Q1的數(shù)據(jù)輸入端D1是Q5輸出的反碼，因此，輸入第一時(shí)鐘脈沖后，Q1即為“1”，這時(shí)Q2Q5均依次進(jìn)行移位輸出，Q1的輸出移位至Q2，Q2的輸出移位至Q3。如果繼續(xù)輸入脈沖，則Q1為新的Q5，Q2Q5仍然依次移位輸出，這樣就得到了表2.2.13的狀態(tài)及圖2.2.14的波形。 圖2.2.14 由五級(jí)計(jì)數(shù)單元組成的約翰遜計(jì)數(shù)器，其輸出端可以有32種組合狀態(tài)，而構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器只需10種計(jì)數(shù)狀態(tài)，因此，當(dāng)電路接通電源后，有可能進(jìn)入我們所不需要的22種偽碼狀態(tài)。為了使電路能迅速進(jìn)入表13所列狀態(tài)，就在第三級(jí)計(jì)數(shù)單元的數(shù)據(jù)輸入端上加接了兩級(jí)組和邏輯門(mén)，使Q2不直接連接D3，而使Q3由下列關(guān)系決定： D3=Q2(Q1+Q3)這樣做，當(dāng)電源接通后，不管計(jì)數(shù)單元出現(xiàn)哪種隨機(jī)組合，最多經(jīng)過(guò)8個(gè)時(shí)鐘脈沖輸入之后都會(huì)自動(dòng)進(jìn)入表13所列狀態(tài)。CD4017有3個(gè)輸入端：復(fù)位清零端R，當(dāng)在R端加高電平或正脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器清零，在所有輸出中，只有對(duì)應(yīng)“0”狀態(tài)的Y0輸出高電平，其余輸出均為低電平：時(shí)鐘輸入端CP和,其中CP端用于上升沿計(jì)數(shù)，端用于下降沿計(jì)數(shù)，CP和還有互鎖的關(guān)系，即利用CP計(jì)數(shù)時(shí)端要接低電平；利用計(jì)數(shù)時(shí)，CP端要接高電平，反之則形成互鎖。在“R”端加上高電平或正脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器中各計(jì)數(shù)單元F1F5均被置零，計(jì)數(shù)器為“0000”狀態(tài)。CD4017有10個(gè)譯碼輸出端Y0-Y9，它仍隨時(shí)鐘脈沖的輸入而依次出現(xiàn)高電平。此外，為了方便，還設(shè)有進(jìn)位輸出端，每輸入10時(shí)鐘脈沖，就可得到一個(gè)進(jìn)位輸出脈沖，所以可作為下一級(jí)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)。從上述分析中可以看出，CD4017它的基本功能是對(duì)“CP”端輸入脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行十進(jìn)制計(jì)數(shù)，并按照輸入脈沖的個(gè)數(shù)順序?qū)⒚}沖分配在Y0Y9這十個(gè)輸出端，計(jì)滿(mǎn)十個(gè)數(shù)后計(jì)數(shù)器復(fù)位，同時(shí)輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖。我們只要掌握了這些基本功能就可以設(shè)計(jì)出千姿百態(tài)的應(yīng)用電路來(lái)。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)計(jì)數(shù)脈沖到來(lái)時(shí)，CD4017內(nèi)電路翻轉(zhuǎn)，（3）腳Y0呈高電平。輸出的高電平信號(hào)直接送入D觸發(fā)器CD4017的串行輸入端（3）腳。CD4017內(nèi)部含有6個(gè)D型觸發(fā)器。本控制器將其中的5個(gè)連接成串行輸入、并行輸出端五位移位寄存器。其中D6為最高位觸發(fā)器，D2為最低位觸發(fā)器（D1未用），依次排列。每個(gè)觸發(fā)器都有各自的輸入端和輸出端，高一位觸發(fā)器的輸出端Q與低一位觸發(fā)器的輸入端D相接，只有最高位觸發(fā)器D6的輸入端CD4017（3）腳接收脈沖信號(hào)。CD4017(2)(4)腳、（5）（6）腳、（10）（13）腳、（12）（14）腳分別為各相鄰觸發(fā)器輸入端和輸出端的連接點(diǎn)，作為五位寄存器的并行輸出端。各觸發(fā)器的復(fù)位端連接在一起，作為寄存器的總清零端。寄存器工作前低電平復(fù)位有效，工作開(kāi)始復(fù)位信號(hào)應(yīng)跳變?yōu)楦唠娖?，并在工作期間一直保持。復(fù)位信號(hào)時(shí)由電容器C3、電阻器R4及CD4069非門(mén)構(gòu)成的復(fù)位電路提供的。在接通電源瞬間，電源電壓經(jīng)C3、R4微分成一個(gè)正脈沖，此脈沖通過(guò)非門(mén)F3倒相，從CD4069（6）腳輸出，送入CD4017復(fù)位端（15）腳，用以完成寄存器工作前的置零任務(wù)。隨著時(shí)間的延續(xù)，C3充電結(jié)束，在其負(fù)極端形成一個(gè)穩(wěn)定的低電平，經(jīng)F3倒相后來(lái)滿(mǎn)足寄存器工作期間的需要。各觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖輸入端也連接在一起，作為寄存器的移位脈沖輸入端。 當(dāng)?shù)诙€(gè)計(jì)數(shù)脈沖到來(lái)時(shí)，CD4017計(jì)數(shù)輸出端Y1呈高電平。此高電平從其（2）腳輸出，經(jīng)二極管加到CD4066（12）腳。當(dāng)?shù)谌齻€(gè)計(jì)數(shù)脈沖到來(lái)時(shí)，CD4017計(jì)數(shù)輸出端Y2呈高電平。此高電平從其（4）腳輸出，經(jīng)二極管加到CD4066(12)腳。同理，當(dāng)?shù)谒摹⑽?、六、七、八、九、十個(gè)計(jì)數(shù)脈沖到來(lái)時(shí)，CD4017計(jì)數(shù)輸出端Y3、Y4依次呈高電平。由此可見(jiàn)，60個(gè)發(fā)光二極管是按逐行點(diǎn)亮的。2.3控制電路控制電路如圖2.31圖2.31控制電路由由D觸發(fā)器CD4013，開(kāi)關(guān)SA1、SA2、R3、R4組成。CD4013的Q端接CD4017的復(fù)位端R，CP接IC3（CD4017）的Y6輸出端。CD4013 提供了 14 引線(xiàn)多層陶瓷雙列直插（D ）、熔封陶瓷雙列直插（J）、塑料 雙列直插（P ）和陶瓷片狀載體（C）4 種封裝形式。當(dāng)SA1，SA2均斷開(kāi)時(shí)，CD4013的R端和S端為低電平，Q端輸出高電平，CD4013的Q端與CD4017的清零端R相連，所以計(jì)數(shù)器不計(jì)數(shù)。當(dāng)SA1閉合時(shí)，CD4013的R端為高電平，Q端為低電平，導(dǎo)致CD4017的清零端為低電平，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。當(dāng)選手在60秒內(nèi)完成答題可以將SA2閉合時(shí)，此時(shí)CD4013的S端為高電平，Q端為高電平，CD4017的清零端R為高電平，CD4017復(fù)位。2.4音頻振蕩電路圖2.41音頻振蕩電路如圖2.41。音頻振蕩器其原理和時(shí)間脈沖發(fā)生器相同，也是一個(gè)典型的由CMOS門(mén)電路組成的多諧振蕩器，只是由于R，C值的不同，振蕩頻率不同而已。該振蕩器的頻率為f=1/T=1/2.2RC=1/2.210K0.01Uf=4.5KHz其中，F(xiàn)4的一個(gè)輸入端接入控制信號(hào)，當(dāng)控制信號(hào)為低電平，振蕩器工作，否則振蕩器不工作。輸入信號(hào)通過(guò)三極管VT9013放大驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器工作。音頻振蕩器每接受一個(gè)脈沖，揚(yáng)聲器便發(fā)出“嘀-”的聲響，60秒時(shí)間一到F4的輸出端為高電平，音頻振蕩器停止工作，揚(yáng)聲器不再發(fā)出聲響。2.5整體電路分析本搶答器由時(shí)鐘脈沖發(fā)生器、兩塊十進(jìn)制計(jì)數(shù)器/脈沖分配器、控制電路以及音響電路等組成。反相器F1、F2、R1、RP、C1構(gòu)成自激多諧振蕩器提供時(shí)鐘脈沖，輸出的方波信號(hào)經(jīng)F3反相整形后分為兩路：一路送至計(jì)數(shù)器IC2（CD4017）的CP端進(jìn)行計(jì)數(shù)；另一路則控制音響發(fā)生器F5、F6的間歇振蕩及發(fā)聲頻率。調(diào)整RP的阻值使自激振蕩器的方波周期為1S即可。60只發(fā)光二極管由IC2、IC3（CD4017）控制，IC2控制縱軸，IC3控制橫軸。脈沖信號(hào)輸入到IC2的CP端，使輸出端Y0Y9依次出現(xiàn)高電平，每計(jì)滿(mǎn)10個(gè)脈沖，則端輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖使IC3的輸出端Y0Y6順序出現(xiàn)高電平。控制器由IC5（CD4013）構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。當(dāng)按下SA1時(shí)，IC5的R為高電平，S端則為低電平，其Q端則為低電平，導(dǎo)致計(jì)數(shù)器/脈沖分配器IC2、IC3的清零端R為低電平，IC2、IC3可以計(jì)數(shù)。當(dāng)60只發(fā)光二極管全部點(diǎn)亮后，IC3的Y6端出現(xiàn)高電平，觸發(fā)IC5的CP端，使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，其 Q端則為高電平，IC2、IC3的R端同時(shí)變?yōu)楦唠娖?，使得其?jì)數(shù)禁止，內(nèi)部清零，呈初始狀態(tài)，只有再次按動(dòng)SA1才能重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。如果參賽者在60秒內(nèi)完成了答題，可以按動(dòng)SA2，使IC5的Q端立即呈現(xiàn)高電平，這時(shí)IC2、IC3的R端為高電平，停止計(jì)數(shù)并清零恢復(fù)初始狀態(tài)。 由反相器F5、F6及R2、C2等構(gòu)成音頻振蕩器，它受到脈沖信號(hào)的控制，發(fā)出間歇的