八路抢答器的设计毕业设计

1、百度文库让每个人平等地提升自我 信息职业技术学院 毕业设计说明书（论文） 3 设计题目 八路抢答器设计 专 业： 微电子技术 班 级： 微电081班 学 姓 名： 指导教师： 二00年七月十日 四川信息职业技术学院毕业设计任务书 学生学号 姓名亍J 班级专业微电子技术 设计题目 八路抢答器的设计 指导教师姓名 职称 工作单位及所从事专业 联系方式 备注 讲师/工 程师 设计内容： 本设计完成八路数字抢答器的设讣，是由S1S8开关阵列组成，当其中一人按下开关时，在LED上 靠示它的序号，且在LED上显示其抢答时间，若其中无一人抢答时报警电路不发出声响显示为零。该 电路主要由八路抢答控制开关和主持

2、人开关启动电路以及编码电路，译码与锁存显示电路和报警电路 组成。 设计任务： 1. 完成电路设计方案的选择并设计电路： 2. 整机电路原理分析并正确选择电路元件： 3. 绘制整机电路原理图并进行电路仿真或实物制作： 4. 撰写较详细的设计说明书。 进度安排： 1. 34周：消化课题，收集相关资料，选择参考方案； 2. 56周：初步确定设计方案并熟悉部分器件的用途： 3. 79周：划分功能模块，设计单元电路： 4. 1012周：分析电路原理，基本完成设计过程，撰写设计说明书初稿； 5. 1315周：修改、完善并调试设计电路，进行电路仿真或实物制作； 6. 1617周：按毕业设计的各项要求整理设计

3、说明书并修改、完善，检查定稿： 7. 18周：熟悉设计全过程，准备答辩。 参考文献 1邱寄帆.唐程山 数字电子技术 北京 人民邮电出版社；2005 2黄永定 电子线路实验与课程设计 北京 机械工业岀版社；2005 3谢自美 电子线路设汁实验测试 武汉 华中科技大学岀版社；2006 4髙建新、雷少刚 电子技术实验与实训 北京 机械工业出版社：2006 5张有礼.韩爱娟电子技术综合实训北京师范大学出版社：2005 6唐程山 数字电子技术 北京 人民邮电出版社；2005 审 批 意 见 教研室负责人： 年 月 日 备沮 任务书由抬导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。 百度文库让每个人平

4、等地提升自我 目录 目录I 摘要1 第一章绪论2 第二章设计方案3 方案选择3 抢答器的组成框图3 本设计任务及要求4 系统主要功能4 第三章单元电路设计5 抢答电路设计5 电路设计及工作原理5 元器件的选择6 锁存译码显示电路8 电路的设计及工作原理8 元器件的介绍10 报警电路12 电路的设计及工作原理12 元器件的介绍14 第四章整机电路17 整机电路原理图17 整机电路的工作原理17 第五章仿真与调试19 Proteus 的介绍19 电路的仿真20 总结22 参考文献23 附录1元器件明细表24 I 百度文库让每个人平等地提升自我 摘要 电子产业在人们的生活中发挥着越来越重要的作用，电

5、子技术得到了突飞猛 进的发展，各种电子产品的功能质量也日臻完善。其中，抢答器被广泛地应用于 企事业和商业部门，是为各种知识竞赛，文娱活动提供公正、客观和快速裁决的 一种常用电子设备。在人们的娱乐生活中，电子抢答器是必不可少的设备之一。 但是，传统的抢答器一般准确性与可靠性不高，而且产品体积大，安装维修困难 数字电路是用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路。用它设讣 电路实现简单，系统可靠集成度高、体积小、功耗低，而且电路的设计、维修、 维护灵活方便。随着集成电路技术的高速发展，数字逻辑电路的集成度越.来越高。 本设计完成八路数字抢答器的设计，当其中一人按下开关时，在LED显示 它的

6、序号，若其中无一人抢答时报警电路不发出声响显示为零。该电路主要由八 路抢答控制开关和主持人开关启动电路以及编码电路，译码与锁存显示电路和报 警电路组成。 关键字抢答；译码；锁存；报警 百度文库让每个人平等地提升自我 第一章绪论 21世纪随着信息时代的到来竞争日益激烈，选拔人才，评选优胜，数字电子 技术已经广泛地应用于计算机，自动控制，电子测量仪表，电视，雳达，通信等 各个领域。例如在现代测量技术中，数字测量仪表不仅比模拟测量仪表精度高， 功能高，而且容易实现测量的自动化和智能化。随着集成技术的发展，尤其是中, 大规模和超大规模集成电路的发展，数字电子技术的应用范圉将会更广泛地渗透 到国民经济的

7、各个部门，并将产生越来越深刻的影响。 随着现代社会的电子科技的迅速发展，要求我们要理论联系实际，通过对数 字电路的设汁，熟练掌握设计的方法、步骤。本课题设计了一种釆用数字电路制 作的多功能数字抢答器，它除了具有基本的抢答功能之外，还具有报警的功能， 和数显的功能，抢答器一般是在单位团体的专业知识竞赛中使用，其主要功能大 体可分为三种： （1）主持人可以控制系统的清零与抢答开始。 （2）抢答器具有数据锁存与显示和报警的功能。 （3）每名选手有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，抢答器具 有第一个抢答信号的鉴别和数据锁存、显示的功能。 在现在科技进步的世界里，无论工厂、学校和电视台所举办的

8、节目都可能会有 各种智力竞赛，当遇到抢答环节时，如果要求主持人自己去用肉眼观察那一个选手 抢答的速度最快无疑会对比赛结果造成很大的影响，使比赛失去了公平和公正性。 知识竞赛之类的活动愈加频繁，为了准确，公平，直观的判断出第一抢答者。我 所设讣的抢答器为八路抢答器与传统抢答方式相比不需要人干预的特点。它不仅 能够准确判断，而且运用了现代电子产品的高准确性来保障抢答的公平性。 第二章设计方案 方案选择 制作抢答器可以釆用多种设计方案，可以用单片机来完成，它的功能强大制 作简单，并且外围的元件也很少；也可以用PLC来实现，他的制作也是比较简单; 最后也可以用数字电路来实现，它的原理比较简单，集成块的

9、价格也比较便宜且 很容易购买，与我们学完的数字电路联系紧密，能将我们所学知识用于实际, 对巩固所学知识有重要意义，用了一些成型电路，如NE555标准秒脉冲电路等， 使总体方案易于实现。因此在此设计过程中我采用基于数字电路的八路抢答器。 抢答器的组成框图 抢答器的组成框图如图2-1所示。它主要山三部分组成，分别是优先编码电路、 锁存与译码显示电路和报警电路。即主持人说抢答开始时，选手按抢答按钮，能 够显示第一个按按钮的选手的编号，同时报警电路给予报警，并封锁输入电路禁 止其他选手抢答。此过程都是由节忖主持人操作控制电路控制完成。 图2-1抢答器的组成框图 抢答按钮和优先编码电路的主要作用是对抢答

10、选手的编号进行编码，立即分 辨出抢答者的编号。 主持人控制开关主要起到一个复位、清除的作用，使显示器重新显示为0。所 以当一轮抢答结束后，必须由主持人按下复位开关使其电路复位，方可再次抢答; 控制电路、锁存电路、译码电路和显示电路则构成了锁存与译码显示电路。 这部分电路的主要作用是对编码以后的按键号进行锁存，避免其他选手再次抢答, 3 百度文库让每个人平等地提升自我 同时译码并显示该按键号。 报警电路的主要作用是当有人抢答时发出声响给予主持人以提示。 本设计任务及要求 任务：设计一个供8名选手参加八路抢答器。 系统主要功能 我所设计电路的主要功能是：可同时8名选手参加比赛，他们的编号分别是1,

11、 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分 别是SI, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8节目主持人设置一个控制开关，用来控 制系统的清零和抢答的开始。数字抢答器应具有数码锁存、显示功能。抢答开始 后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示选手的编号, 同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢 答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。 5 第三章单元电路设计 抢答电路设计 电路设计及工作原理 1.抢答电路原理图如图31所示: 图3-1抢答电路 2. 电路的工作原理：电路山八

12、组阵列快关S1S8组成。和主持人控制开关S组成。 以及Dl12十二个二极管和芯片4511组成。抢答电路的功能是能够分辨出选手按 按钮的先后，供锁存电路用，其电路组成。 在图31中，当接通电源时，开关S1S8均处于打开状态等待4511的输入端 (1-7端)输入信号。当有选手将按钮按下时(如按下5), 4511的输入端进行编 码即 ABCD=0101,经 4511 内部 BCD 转换,得至lj QAQBQCQDQEQFQG= 1011011 经译码后，显示器上显示出“5”。当优先抢答者回答完问题后，山主持人操作控制 开关，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。 电路工作即抢答器处于等待工作状态在图3

13、-1中，当接通电源时，开关1-8均 处于打开状态。 元器件的选择 1. 开关阵列 SNS8作用是：接受电源电压产生一个高电平，供二极管正向导通所提供的导 通电压。 2. 二极管 二极管的应用范圉很广，主要都是利用它的单向导电性，可用于整流、检波、 限幅、元件保护以及在数字电路中用作开关元件等。 二极管的应用利用二极管的单向导电性主要应用作用如下： (1) 二极管的限幅电路它包括：正向限幅电路双向限幅电路。 (2) 低压稳压电路。 (3) 在摸拟电子报警器中的应用。 作用是：起开关嵌位的作用，当阴电位高于阳的电位时，二极管截止。相当 于开关断开，当阳位高于阴极电位时，二极管导通，电压嵌制在。二极

14、管还可以 做续流的作用利用它的单向导电性给电容充放电。 在次抢答电路中利用了二极管的单向导电性(正向偏压导通，反向偏压截至) 特性。如：当一号选手抢答时，电流不会经过电阻R2和R3流向其它的抢答开关 致使抢答误乱。以免导致抢答选手在抢答时数码管上显示错误选手的序号。从而 失去了抢答的效果。 3. 芯片4511的介绍 CC4511是BCD-7段所存译码驱动器，在同一单片结构上曲COS/MOS逻辑 器件和n-p-n双极型晶体管构成。这些器件的组合，使CC4511具有低静态耗散和 高抗干扰及源电流高达25mA的性能。由此可直接驱动LED及其它器件。LT、BI、 LE输入端分别检测显示、亮度调节、存储

15、或选通一 BCD码等功能。当使用外部 百度文库-让毎个人平竽地提升自我 多路转换电路时，可多路转换和显示儿种不同的信号。CC4511提供了 16引线多 层陶瓷双列直插（D）、熔封陶瓷双列直插（J）、塑料双列直插（P）和陶瓷片状载 体（C） 4种封装形式。 （1）其引脚功能如下： BI： 4脚是消隐输入控制端，当BI=O（LT为1时），不管其它输入端状态如何, 七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。 LT： 3脚是测试输入端，当LT=O时，则不论其它输入状态为何，译码输出全 为1,七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 LE：锁定控制端，当LE=O时，允许译码输出。LE=

16、1时译码器是锁定保持状 态，译码器输出被保持在LE=O时的数值。 A、B、C、D 分别 4511 的输入端。QA、QB、QC、QD、QE、QF、QG 分别 为4511的译码输出端，输出为高电平1有效。它的逻辑功能如表3-2表所示。引 脚图如图3-2所示。 图3-2 CC4511引脚图 （2） CC4511的功能表 通过了解CC4511的输入输出状态来确定编码的信号使之能够在数码管上能 够正确的显示抢答选手的编号，具体见表3-1所示。 表3-1 CC4511逻辑功能表 输入 输出 LE BI LI D C B A QA QB QC QD QE QF QG 显7T X X 0 X X X X 1

17、1 1 1 1 1 1 8 X 0 1 X X X X 0 0 0 0 0 0 0 输出 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 2 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 3 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 4 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 5 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 6 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 7 0 1 1 1 0 0 0 1

18、 1 1 1 1 1 1 8 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 9 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐 1 1 1 X X X X 锁存 锁存 锁存译码显示电路 电路的设计及工作原理 1锁存译码显示电路原理图如图33所示: 图33锁存译码显示

19、电路 2.电路的工作原理: 它是III 4511和二极管以及三极管NPN,电阻和显示数码管，和排阻组成。这 部分电路的功能有两个：一是锁存优先抢答者的编号，送给译码显示电路，显示 出该抢答者的编号；二是使其他选手随后的按键操作无效。并且在优先抢答者回 答完毕时，必须由主持人复位与清零，使其显示器重新显示为0,方可进行下一轮 抢答。 当某一抢答选手按下抢答键时在4511的输入端输入相应的地址码从ABCD端 输入经BCD转换后译码出QAQG使数码管显示选手号同时将显示的选手号经过 4511QB. QD、QD到达三极管的基极和二极管的阳极控制VD18、VD17、NPN的 导通和截至输出的信号送到45

20、11的LE脚当LE=1时译码器是锁定保持状态，译 码器输出被保持在LE=0时的数值。此时完成了锁存的功能。 当按下键1时，4511的输入端D、C、B、A分别为0、0、0、1,通过4511 译码后，输出端 QG、QF、QE、QD、QC、QB、QA 分别为 1、1、1、1、1、1、 0,使数码管显示“1”。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制复位键0, 使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。 当按下键2时，4511的输入端D、C、B、A分别为0、0、1、0,通过4511 译码后，输出端 QG、QF、QE、QD、QC、QB、QA 分别为 1、0、1、1、0、1、 1,使数码管显示“2”。当优先抢

21、答者回答完问题后，山主持人操作控制复位键0, 使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。 当按下键3时，4511的输入端D、C、B、A分别为0、0、1、1,通过4511 译码后，输出端 QG、QF、QE、QD、QC、QB、QA 分别为 1、1、1、1、0、0、 1,使数码管显示“3”。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制复位键0, 使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。 当按下键4时，4511的输入端D、C、B、A分别为0、1、0、0,通过4511 译码后，输岀端 QG、QF、QE、QD、QC、QB、QA 分别为 0、1、1、0、0、1、 1,使数码管显示“4”。当优先抢答者回答完问题后，山主持

22、人操作控制复位键0, 使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。 当按下键5时，4511的输入端D、C、B、A分别为0、1、0、1,通过4511 译码后，输出端 QG、QF、QE、QD、QC、QB、QA 分别为 1、0、1、1、0、1、 1,使数码管显示“5”。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制复位键0, 使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。 当按下键6时，4511的输入端D、C、B、A分别为0、1、1、0,通过4511 译码后，输岀端 QG、QF、QE、QD、QC、QB、QA 分别为 0、0、1、1、1、1、 9 百度文库-让毎个人平竽地提升自我 1, 使数码管显示“6”。当优先抢答者回答

23、完问题后，由主持人操作控制复位键0, 使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。 当按下键7时，4511的输入端D、C、B、A分别为0、0、0、1,通过4511 译码后，输出端 QG、QF、QE、QD、QC、QB、QA 分别为 1、1、1、0、0、0、 0,使数码管显示“7”。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制复位键0, 使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。 当按下键8时，4511的输入端D、C、B、A分别为1、0、0、0,通过4511 译码后，输岀端 QG、QF、QE、QD、QC、QB、QA 分别为 1、1、1、1、1、1、 1,使数码管显示“8”。当优先抢答者回答完问题后，山主持人操作控

24、制复位键0, 使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。 元器件的介绍 1.三极管介绍 PNP型 NPN 三极管如图34所示： 图3-4三极管PNP和NPN 2. 三极管的功能： （1）三极管的输出特性曲线：三极管有截止、饱和、放大三种工作状态，对 应这三种工作状态，可把三极管的输出特性曲线簇分为三个区域，如图（3-5）所 截止区即/b=0这根曲线以下的阴影部分。三极管截止的条件是，集电结与发 射结都处于反向偏置状态。从图中我们看到，当/b=0时，T 此时的Ic叫穿电 流Ice。，而且Ice。很小，它不受基极控制，与放大无关。因此截止状态的特征是 /b2/3Vcc, Vi2l/3Vcc时，比较器Cl

25、输出低电平，比较器C2输出高电 平，基本RS触发器置0, G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电 平。 当Vnl/3Vcc时，比较器Cl输出高电平，比较器C2输出高电 平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。 当Vn2/3Vcc, VI21/3Vcc时，比较器Cl输出低电平，比较器C2输出低电 平，基本RS触发器两端都被置1, G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器 输出高电平。 当Vn2/3Vcc，VI21/3WCc时，比较器Cl输出高电平，比较器C2输低电 平，基本RS触发器置1, G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电 平 2.蜂鸣器

26、按工作原理分类:按工作原理的不同，扬声器主要分为电动式扬声器、电磁式 扬声器、静电式扬声器和压电式扬声器等。 百度文库让每个人平等地提升自我 21 第四章整机电路 整机电路原理图 由以上各单元电路组成整机电路如图4-1所示: 图4整机电路原理图 整机电路的工作原理 接通电源，译码器4511, 4脚是消隐输入控制端BI, BI=O（LT=1）则不管其它输 入状态如何，7段数码管处于熄灭（消隐）状态，不显示数据，处于工作状态，等 待选手抢答。 比赛开始前，无人按下按键，这时电路不工作。当主持人宣布抢答开始后，若 有选手抢答，如5号选手首先按下按键，则该低电平信号立即送到译码器4511的 信号输入端

27、（ABCD）进行编码0101,进行BCD转换，在QA到QG输出信号输 出IlOllOlo 5号选手的开关信号通过4个二极管产生一个电平输出，作为555定 时器的一个输入端信号，蜂鸣器发出声响。另一路信号送给锁存电路进行所存， III 4511的功能可能可得输出的信号为1101101,使三极管能够导通，信号经过发 射极到地。此时二极管D17也导通电平输入4511的5脚（LE）脚，产生一个高电 平脉冲山4511的功能可知，当LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保 持在LE=0时的状态，论输入端为何种状态，输出端都一直保持原状态，即完成锁 存的功能。也就是说当5号选手抢答之后，其他选手按键无

28、效。 另外，电路中复位开关S与译码器4511的BI端相连，低电平有效，所以当 主持人按下复位开关后电路复位。图中的S开关也是起清除作用，使显示器重新 显示为0。所以当一轮抢答结束后，必须由主持人按下复位开关使电路复位后，方 可再次抢答。 第五章仿真与调试 Proteus的介绍 Proteus软件是来自英国LABCEDTER electronics公司的EDA工具软件Proteus 软件有十多年的历史，在全球广泛使用，除了其具有和其它EDA工具一样的原理 布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的电路 仿真是互动的，针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上

29、编 程，并实现软件源码级的实时调试，如有显示及输出，还能看到运行后输入输出 的效果，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等，您不需要别的，Proteus 为您建立了完备的电子设计开发环境！尤其重要的是Proteus LITE可以完全免费， 也可以花微不足道的费用注册达到更好的效果；功能最强的Proteus专业版也非常 便宜，人人用得起，对高校还有更多优惠。 Proteus组合了高级原理布图、混合模式SPICE仿真,PCB设计以及自动布线来 实现一个完整的电子设计系统。此系统受益于15年来的持续开发，被电子世界 在其对PCB设计系统的比较文章中评为最好产品一“The Route to PC

30、B CAD”。 Proteus产品系列也包含了我们革命性的VSM技术，用户可以对基于微控制器的设 计连同所有的周圉电子器件一起仿真。用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD.键 盘、RS232终端等动态外设模型来对设讣进行交互仿真。 其功能模块：一个易用而乂功能强大的ISIS原理布图工具；PROSPICE混合 模型SPICE仿真；ARES PCB设计。PROSPICE仿真器的一个扩展PROTEUS VSM: 便于包括所有相关的器件的基于微处理器设计的协同仿真。此外，还可以结合微 控制器软件使用动态的键盘，开关，按钮，LEDS甚至LCD显示CPU模型。 Proteus（海神）的ISIS是一款LAB

31、CEDTER出品的电路分析实物仿真系统，可 仿真各种电路和IC,并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业 的单片机软件仿真系统。 软件的特点： 全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优 势。 具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外圉电路组成的系统的仿真、 RS-232动态仿真、1C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种 虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 目前支持的单片机类型有:68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、 PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。 支持

32、大量的存储器和外圉芯片。总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于 一身的仿真软件，功能极其强大,可仿真51、AVR、PICo Proteus与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机CPU的工作情 况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在 仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的 改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的 仿真实验，从某种意义上讲，是弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。 电路的仿真 接通电源后，显示器上显示为“0”，如图5-1所示。当有选手抢答时，如5号 选手最先按键，显示器上

33、显示为“5”如图5-2所示。 通过以上的电路可对电路进行仿真，当接通电源主持人按下复位开关时，电 路工作，选手可进行抢答，如5号选手按下捡S5时信号一路信号经过CC4511锁 存译码电路送给数码管显示，和锁存5号选手的序号。另一路则经过D13到的D16 送给电源控制电路，控制NE555定时器电源端使NE555产生脉冲信号推动蜂鸣器 发出声音需说明的是改变R,C的阻值和容量可以改变蜂鸣器的音量大小。 抢答完成后由主持人按复位开关进行清零，以便于为下一次抢答时做准备。 协靜舱r护哄EB t . o PE 06 S4 TCZT- rTGfTr 图5-1 抢答前 ov OG TR 5 TM 0 V1 7Y TEXT*