六路抢答器的设计与制作

毕业设计（论文）（2008届）题目六路抢答器的设计与制作系别信息电子系专业应用电子技术班级姓名指导教师2008年5月26日毕业设计六路抢答器的设计与制作-2-目录摘要…………………………………………………………………………3第1章抢答器的设计要求及功能…………………………………………41.1设计要求…………………………………………………………41.2扩展功能…………………………………………………………41.3设计电路方框图…………………………………………………4第2章抢答器主要电路设计………………………………………………52.1译码驱动设计………………………………………………………52.2开始提示电路设计………………………………………………62.3定时电路设计……………………………………………………7第3章电路扩展设计……………………………………………………93.1可预置时间的定时电路……………………………………………93.2报警电路…………………………………………………………10第4章电路的制作与调试…………………………………………………12心得体会………………………………………………………………………13参考文献………………………………………………………………………14致谢………………………………………………………………………15附录一六路抢答器的整体电路图…………………………………………16附录二电路元器件明细表………………………………………………17附录三芯片内部结构图及引脚图…………………………………………18毕业设计六路抢答器的设计与制作-3-六路抢答器设计与制作【摘要】数字电路在日常生活中的应用很多，随着它的发展，其应用将会越来越广泛。工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力比赛，抢答器是必要设备。抢答器是一名公正的裁判员，它由主体电路与扩展电路组成，其基本原理是主持人按开始按钮示意开始，利用一个优先编码器，译出最先抢到答题权的选手的编号，并经LED显示器显示出来，同时还要封锁电路以防其他选手再抢答。本文所介绍了一种六路抢答器的设计与制作。【关键词】抢答；锁存；计时；显示毕业设计六路抢答器的设计与制作-4-第1章抢答器的设计要求及功能1．1设计要求：1、设计一个同时可供6名选手或6个代表队参加比赛，他们的编号分别为“0”、“1”、“2”、“3”、“4”、“5”各用一个抢答按钮，编号与参赛者的号码一一对应，分别为“S0”、“S1”、“S2”、“S3”、“S4”、“S5”。2、抢答器具有数据锁存功能，并将锁存的数据用LED数码管显示出最先抢答成功者的编号。抢答器对抢答选手动作的先后有很强的分辨能力，即使他们的动作仅相差几毫秒，也能分辨出抢答者的先后来，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。抢答后显示优先抢答者序号，同时发出音响。并且阻止其它抢答者的序号。3、给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统清零“S8”和抢答开始“S9”。1.2扩展功能1、当主持人按下“S8”开关，使得抢答器再次进入禁止状态，选手编号的LED数字显示器灯熄灭，电路进入原来的初始状态，准备进入下一轮的抢答。2、抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间长短由主持人设定，当主持人启动“S9”开关后，定时开始绿灯亮红灯灭允许作答，定时结束绿灯灭红灯亮不得作答。1.3设计电路方框图根据抢答器的功能要求，电路框图如图1.1所示：图1.1电路框图抢答按钮编码器数码显示器锁存器开始按钮振荡器扬声器复位按钮定时按钮定时器显示器七段显示译码器毕业设计六路抢答器的设计与制作-5-第2章抢答器主要电路设计2.1译码驱动设计为了将编码显示出来，需用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电平，这种译码器通常称为７段译码显示驱动器。显示器件采用7段数码管显示电路。7段数码管显示电路有共阳显示模式和共阴显示模式两种。如果7段数码管选用共阳显示模式，那就需要选用如74LS47等译码驱动集成电路。连接时将7段数码管的abcdefg7个发光二极管的正极连接在一起并接到5V电源上，而把其余的7个负极接到74LS47相应的abcdefg输出端上。如果7段数码管选用共阴显示模式，那就是把7段数码管的abcdefg7个发光二极管的负极连接在一起并接地；同它们的7个正极分别接到译码驱动电路的相对应的驱动端上，并且由译码驱动电路输出高电平时，点亮7段数码管的相应笔划，如果要显示数字1，那么译码驱动电路输出段bc为高电平，其他段扫描输出端为低电平。配接共阴显示模式数码管的译码驱动集成电路有74LS48、CD4511等。本设计拟采用共阴显示模式的7段数码管显示电路，所以选择CD4511。CD4511功能表如表2.1所示:表2.1HCF4511真值表输入输出LE/BI/LTDCBAabcdefg显示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐01110110000000消隐毕业设计六路抢答器的设计与制作-6-01111000000000消隐01111010000000消隐01111100000000消隐01111110000000消隐111XXXX锁存*锁存*CD4511常用于驱动共阴极LED数码管显示器的BCD码—七段码译码器。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，方便地将信号传送给7段数码显示管。但HCF4511与LED数码显示器件连接时要加限流电阻，否则通电后会把7段译码管烧坏。通常数码管的工作电流选取在10-20mA，电流太小了，7段数码管不太亮；电流过大，7段数码管容易损坏。限流电阻的选取为：R=5-发光二极管的工作电压/发光二极管的工作电流。一般发光二极管的工作电压在1.8V--2.2V。理论上我暂时按照3V/10m=300Ω来设计，实际阻值的大小，可以在调试中再调整。2.2开始提示电路设计当节目主持人按动S8按钮的瞬间，扬声器发出声音，提示各参赛人员可以进行抢答，避免了主持人口头说“开始”的主观性，能够给各参赛人员一个更公平的竞争。开始提示电路由555集成电路、三极管驱动电路和扬声器等构成。电路如图2.2所示。555集成电路与外围元件组成多谐振荡器，555集成电路的第①脚与开关S8相连，当S8按下时，①脚接地，电路起振，产生约900～1KHz的方波信号。，图2.2开始提示电路其工作过程是：假定初始时刻6脚外接的电容C2两端的电压为0，则当NE555集成电路接通电源并按下S8后，由于电容器两端电压不能突变，6脚电位因此小于1/3Vcc，输毕业设计六路抢答器的设计与制作-7-出端3脚为高电平。555内部放电端即7脚与地断路，直流电源通过电阻R14、R15向电容充电，电容两端电压开始上升，即6脚电位上升，当6脚电位上升到2/3Vcc时，内部触发器翻转，3脚输出端Vo为低电平。555内部放电管TD导通，放电端7脚与地接通，电容C便通过R15放电，使6脚电位下降。当6脚电位下降到1/3Vcc时，触发器又被复位，Vo翻转为高电平，电容C2放电结束，555内部放电管TD截止，Vcc又将通过R14、R15向电容C2充电，Vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc。这时，触发器又发生翻转。如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波。充电时间t1≈0.7(R1+R2)C，放电时间t2≈0.7R2C，那么振荡周期T=t1+t2。所以，该振荡器的振荡器频率为：fo=1.43/[(R1+2R2)C]其输出信号经三极管Q2推动扬声器发声。2.3定时电路设计由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次答题时间，通过调节电位器R16的电阻大小，来改变电解电容C4的充放电时间，从而控制答题的时间长短。定时开始时，绿灯亮，定时结束时，红灯亮。具体电路如图2.3所示。图2.3定时电路本电路采用555作为定时器，电源接通后，按下S9，6脚得到的电压将大于2/3VCC，3脚输出端输出低电平，D7指示灯亮；松手一刹那，定时开始，此时U4的②、⑥脚为高电平，U4③脚输出低电平，发光二级管D7两端的电压大于其导通电压还是发光的，而D8两端的电压低于其导通电压而截止。同时，C4上的电压开始通过R16放电，C4的放电使得②、⑥脚电位逐渐下降，当下降至小于1/3VCC，时（定时结束），U4输出状态翻转，U4③脚变为高电平，两发光二极管中，D7截止不发光，D8导通发光。555集成毕业设计六路抢答器的设计与制作-8-定时器功能表见表2.4表2.4555集成定时器功能表输入输出阀值输入6脚触发输入2脚复位4脚输出3脚D7D800亮不亮小于Vcc32小于Vcc3111不亮亮大于Vcc32大于Vcc3110亮不亮小于Vcc32大于Vcc311不变不变不变因为NE555定时器是双极型的，它具有较大的驱动能力，工作电源电压很宽，并能承受较大的负载电流。其内部是由3个阻值为5K的电阻组成的分压器、2个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电管TD以及缓冲器G组成。NE555定时器的内部电路见附录4。其主要功能取决于比较器、比较器的输出控制RS触发器和放电管TD的状态。在图2.3中的4端口为复位输入端，当4为低电平时，不管其它输入端的状态如何，3脚输出端口总是低电平。因此，在此电路中，为了保证电路的正常工作，将4脚接为高电平。由于定时器的主要功能取决于比较器，而555内部的比较器灵敏度高，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响小。因此，在本设计中，定时电路和报警电路的计时器都采用了NE555。毕业设计六路抢答器的设计与制作-9-第3章电路扩展设计3.1可预置时间的定时电路定时电路也可采用有LED显示的计时电路，效果会更加好。作为抢答器还需要一个可以预置时间的定时电路，可以设定一段时间，在这段时间内，如果没有人抢答成功，则到时间后会发出报警声。通过预置时间电路对计数器进行预置。该电路选用双时钟四位二进制同步可逆计数器74LS193进行设计。它的特点是两个时钟脉冲输入端CPu和CPd，在作减计数时，令CPu=1，计数脉冲从CPd端输入。当清零信号Rd=1时，不管时钟脉冲的状态如何，计数器的输出将被直接置零；当Rd==0，LD=0时，不管时钟脉冲的状态如何，将立即把预置数据输入端A、B、C、D的状态置入计数器的Qa、Qb、Qc、Qd端。秒脉冲由秒脉冲信号提供，秒脉冲信号是由图中的NE555定时器组成的多谐振荡器产生。可预置时间的定时电路如图3.2所示。74LS193组成的计数电路中，可以将第一块集成块的输入端Qa和Qd端置“零”，Qb和Qc置“1”第二块的输入端Qa—Qd端全部置“零”，这样的预置数为60秒。主持人按动开关后，此电路就开始倒计时。74LS193的功能表如表3.1所示清零Rd预置Ld时钟CPuCPd预置数据输入ABCD输出ABCDHLLL×LHH××××↑HH↓××××ABCD××××××××LLLLABCD加计数减计数表3.174LS193功能表毕业设计六路抢答器的设计与制作-10-+5VTR2OUT3R4Uco5TH6D7Ucc8GND15551K68K&74LS4874LS48定时到信号10KS控制开关数据预置端数据预置端15K10uF0.1uF1Q定时到信号+5V+5V+可预置时间的定时电路A37A12A26A0345Ya3YgA37A12A26A0345Ya3Yg151109CPu5CPd43267BO13LD11Rd14151109CPu5CPd43267BO13LD11Rd1474LS19374LS19374LS4874LS48图3.2可预置时间的定时电路