多功能數(shù)字搶答器設(shè)計

1、 電子技術(shù)課程設(shè)計 題目：多功能數(shù)字顯示搶答器設(shè)計院（系）名稱 信 息 工 程 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級 10 普 本 測控 學(xué) 號 100119030 學(xué) 生 姓 名 劉新雅 指 導(dǎo) 教 師 樂麗琴 2012年12月12日摘 要在現(xiàn)代社會生活中，智力競賽作為一種生動活潑的教育形式和方法能夠引起觀眾極大興趣。而在競賽中往往分為幾組參加，這時針對主持人提出的問題，各組一般要進行搶答，對于搶答，要判定哪組先按鍵，為了公正，這就要有一種邏輯電路搶答器作為裁判員， 搶答器剛好為這種比賽提供了方便。整個流程是任一組選手按下?lián)尨鸢粹o，經(jīng)編碼器編碼后輸出一組二進制代碼傳送給D觸發(fā)器，同時編碼器輸出的代碼通過發(fā)

2、光二極管所組成的或門輸出高電平，使RS觸發(fā)器置0，D觸發(fā)器的脈沖為低電平，編碼器傳送到D觸發(fā)器的二進制代碼被D觸發(fā)器鎖存，經(jīng)譯碼器，把鎖存的數(shù)據(jù)通過數(shù)碼管顯示出來。關(guān)鍵詞：編碼器40147，鎖存器CC4042，譯碼器CC4511，數(shù)碼管目 錄1 緒論1 1.1 課題描述.1 1.2 設(shè)計目的.1 1.3 設(shè)計任務(wù)及要求.12 基本工作原理及框圖13 整體電路設(shè)計.2 3.1 工作原理2 3.2 8路智力競賽搶答器的原理圖.24 相關(guān)芯片及硬件電路設(shè)計.34.1 數(shù)碼顯示譯碼器.3 4.2 CC4511芯片功能特性及說明.3 4.3 CC4042芯片的功能特性.及功能說明.6 4.4 CC401

3、47芯片的功能特性.7總 結(jié).9致 謝10參考文獻111 緒論1.1 課題描述現(xiàn)在，工廠、學(xué)校和電視臺等單位經(jīng)常舉辦各種智力競賽, 搶答記分器是必要設(shè)備。在我校舉行的各種競賽中我們經(jīng)常看到有搶答的環(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會因為主持人的主觀誤斷造成比賽的不公平性。就這個問題，本課題研究的內(nèi)容就是以數(shù)字集成芯片CC4511、CC4042和CC40147為主要控制元件，設(shè)計出一種8路智力競賽搶答硬件。1.2 設(shè)計目的 1）掌握8人搶答器電路的設(shè)計、組裝與調(diào)試方法。 2）熟悉數(shù)字集成電路的設(shè)計和使用方法。1.3 設(shè)計任務(wù)及要求 1）能實現(xiàn)8路的智能搶

4、答器顯示。 2）鑒別出8個輸出信號中的第一個到來者，而對隨后到來的其他輸入信號不再輸出和做出響應(yīng)，數(shù)碼管LED可顯示搶答到的順序。2 基本工作原理及框圖本課程設(shè)計的8路智力競賽搶答器由搶答器系統(tǒng)、優(yōu)先編碼器系統(tǒng)、鎖存器系統(tǒng)、譯碼器系統(tǒng)、譯碼顯示系統(tǒng)，控制電路構(gòu)成。其基本工作原理：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“清除”狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，然后主持人按下復(fù)位開關(guān)，選手開始搶答，搶答器完成，主持人看譯碼顯示器數(shù)字確定搶答到的選手。基本工作原理框圖如圖1所示。優(yōu)先編碼器CC40147譯碼器CC4511鎖存器CC4042搶答器控制電路主持人控制開關(guān)譯碼顯示 圖1 基本工作原理框圖 3 整體電路設(shè)計3

5、.1 工作原理本搶答器電路主要用10線-4線優(yōu)先編碼器CC40147，鎖存器CC4042（四D鎖存器），4線-7線譯碼器CC4511，或非門CC4001，數(shù)碼管BS202，電阻20K2只，10K8只，電容100PF1只。電路工作時CC4042的極性控制端為高電平，CP端電平有CC4001所構(gòu)成的RS觸發(fā)器輸出端決定。3.2 8路智力競賽搶答器的原理圖當主持人按一下SB0時，RS觸發(fā)器置1，D觸發(fā)器處于接受狀態(tài)，若此時任一選手按下按鈕，比如SB3按下編碼器輸出為0101，D觸發(fā)器的輸出也是0101，同時編碼器的輸出0101通過4個發(fā)光二極管VD1VD2VD3VD4所組成的或門輸出高電平，使RS觸

6、發(fā)器置0，D觸發(fā)器的CP端為0，D觸發(fā)器的狀態(tài)被鎖存為0101，經(jīng)CC4511譯碼器后，LED數(shù)碼管顯示數(shù)字“5”，此時若其他選手按下按鈕，由于D觸發(fā)器處于鎖存狀態(tài)，不再接收信號，數(shù)碼管所顯示的數(shù)字不再變化。進行下一輪搶答時，主持人需要再按下按鈕SB0,D觸發(fā)器的CP端重新為1，D觸發(fā)器又處于接受狀態(tài)，可以再次進行搶答。其工作原理圖如圖2所示。圖2 8路智力競賽搶答器的原理圖4 相關(guān)芯片及硬件電路設(shè)計4.1 數(shù)碼顯示譯碼器 LED數(shù)碼管是目前最常用的數(shù)字顯示器，一個LED數(shù)碼管可用來顯示一位09十進制和一個小數(shù)點，小型數(shù)碼管（0.5寸和0.36寸）每段二極管的正向壓降，隨顯示光（通常為紅，綠，

7、黃，橙色）的顏色不同略有差別，通常約為2 2.5，每個發(fā)光二極管的點亮電流在510mV。LED數(shù)碼管要顯示BCD碼所表示的十進制數(shù)字就需要有一個專門的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能，還要有相當?shù)尿?qū)動功能。 七段發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管引腳如圖3所示。 圖3 七段發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管引腳4.2 CC4511芯片的功能特性及說明CC4511是BCD-7段鎖存譯碼驅(qū)動器，在同一單片解構(gòu)上由COS/MOS邏輯器件和n-p-n雙極型晶體管器件構(gòu)成。這些器件的組合，使CC4511具有低靜態(tài)耗散其它顯示儀器,/LT、/BI、LE輸入端可分別檢測顯示，亮度調(diào)制、存貯或選通-BCD碼等功能，當使用外

8、部多路轉(zhuǎn)換電路時，可多路轉(zhuǎn)換和顯示幾種不同的符號。CC4511提供了16引腳多層陶瓷雙列直插（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種形式。其外引線引腳如圖4所示。圖4 CC4511 4線-7線外引線引腳圖CC4511狀態(tài)表及功能表說明：(1)燈測試功能：/LT可檢查七段顯示器各字段是否能正常發(fā)光。當/LT=0時，不論Q0-Q3狀態(tài)如何，七段全部顯示，以檢查各字段的好壞。(2)消隱功能：當/BI=0時，輸出a-b都為低電平，各字段熄燈。(3)數(shù)碼顯示：當/BI=1 /LE=1 LE=0，譯碼器工作，當Q3Q2Q1Q0端輸入8421BCD碼。(4)鎖存：在LE從“

9、0”轉(zhuǎn)換到“1”時，輸出顯示由輸入的BCD碼決定。CD4511狀態(tài)表說明如下表1所示。如表1 CC4511狀態(tài)表顯示輸入輸出LE/BI/LEA3A2A1A0abcdefg001100001111111101100010110000201100101101101301100111111011401101000110011501101011011011601101100011111701101111110000801100001111111901100011110011消隱011101O00000001111消隱X01XXXX0000000鎖存111XXXX鎖存燈測試XX0XXXX11111114

10、.3 CC4042芯片的功能特性及說明CC4042包含四個鎖存器電路，由公共時鐘選通，每個電路有互補緩沖輸出，n和p溝道輸出器件的阻抗相同，所以輸出電特性一致。輸入端的數(shù)據(jù)在由M選擇的CP電平期間傳送至Q和/Q輸出端，當M=0, 定義的M和CP電平同時存在時，輸出跟隨數(shù)據(jù)輸入。當CP電平轉(zhuǎn)換時（M=0,為正；M=1,為負），輸出端數(shù)據(jù)的CP轉(zhuǎn)換期間保持在輸出端，直至CP電平發(fā)生轉(zhuǎn)換。CC4042提供了16引腳多層陶瓷雙列直插（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。其外部引腳如下圖5所示。圖5 CC4042四D鎖存器外引線引腳圖CC4042鎖存器功能說

11、明： (1)D：同步信號輸出端; (2)CP：觸發(fā)時鐘端，由POL狀態(tài)決定觸發(fā)邊沿； (3)POL:極性選擇控制端，POL=0時，觸發(fā)時鐘CP上升沿觸發(fā)；POL=1時，觸發(fā)時鐘CP下降沿觸發(fā)。其功能狀態(tài)表如下表2所示。表2 CC4042狀態(tài)表POLCPDiQ/Q00000001100X鎖存11001111101X鎖存4.4 CC40147芯片的功能特性 CC40147 編碼器具有對輸入信號進行優(yōu)先編碼的功能，可保證僅有最高級數(shù)據(jù)線編碼。10 條數(shù)據(jù)輸入線（09）編碼為四條線（AD）（BCD 輸出）。最高優(yōu)先線為第九線。當所有輸入線為邏輯 0 時，所有輸出線為邏輯 1，所有輸入和輸出都 經(jīng)過緩沖

12、，且每個輸出可驅(qū)動一個 TTL 低功耗肖特基負載。74LS147優(yōu)先編碼器外部引腳如下圖6所示，其狀態(tài)表如下表3所示。 圖6 74LS147優(yōu)先譯碼器外引線引腳圖 表3 CC40147的狀態(tài)表輸入輸出I0I1I2I3I4I5I6I7I8I9Y3Y2Y1Y00000000000111110000000000000X1000000000001XX100000000010XXX10000000011XXXX1000000100XXXXX100000101XXXXXX10000110XXXXXXX1000111XXXXXXXX101000XXXXXXXXX11001總 結(jié) 通過十余天的時間，是我對數(shù)字

13、電子電路有了更深的了解，在設(shè)計競賽搶答器的過程中，通過翻閱資料，上網(wǎng)搜索，我對各電路器件（如：CC4511譯碼器,或非門和LED顯像管等）及原理有了更深刻的認識，既增強了我的理解能力，也使我能更好的運用所學(xué)的知識。開始時我還不太明白電路是如何連接的，并且對其原理也不是很了解，但通過對所學(xué)知識更深的了解之后，最終使我克服難關(guān)，并成功的做出設(shè)計。這個8路智力競賽搶答器從整體來說，設(shè)計的結(jié)構(gòu)比較簡單，做成產(chǎn)品也很容易，單個成品價格也很便宜，但整個設(shè)計原理圖用的芯片比較多，如果大量生產(chǎn)的話，是不經(jīng)濟的。希望自己多加努力，有機會把它設(shè)計的更經(jīng)濟點。致 謝經(jīng)過十余天的奮戰(zhàn)，終于完成了一個簡單的設(shè)計，這幾天

14、我過的很充實，看著自己的勞動成果，心里有種說不出的感覺，畢竟自己的努力還是有所回報，我為自己的努力感到驕傲，當然我也認識到自己的不足，看到了自己在運用知識方面欠缺。我想說;為了完成課程設(shè)計老師和我們有很辛苦，但能苦中作樂。我們一邊忙著復(fù)習(xí)備考，一邊還要做課程設(shè)計，時間對我們每個人都很珍貴.課程設(shè)計做完了，總算可以輕松點了。對我而言，知識上的收獲重要，精神上的收獲更加可喜。從這次課程設(shè)計中，我不僅鞏固了課本的知識，還學(xué)會了許多其它知識，我知道了每一個課程之間是融會貫通的。再次感謝老師對我們的輔導(dǎo)，老師您辛苦了！參考文獻1 宋家友 樂麗琴.數(shù)字電子技術(shù)M.哈爾濱工程大學(xué)出版社，2011.1 2 高吉祥.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽培訓(xùn)系列