4路抢答器数显装置解析

1、1长沙学院数电课程设计说明书题目智力竞赛抢答器数显装置的设计系（部) )电子与通信工程系专业（班级）姓名学号指导教师起止日期20122012 5 5 月 2626 至 6 6 月 1 1 日22010 级通信工程专业课程设计任务书（课题二）系（部）：电子与通信工程系专业：通信工程学生姓名同组者指导教师课题名称智力竞赛抢答器数显装置的设计设计要求及设计参数基本部分： 设计制作一个四路智力抢答器数显装置， 能及时显示抢答者的序号， 可 用 4511BD-5V芯片和一些与门、或门、非门，以及LED 数码管来设计发挥部分：了解 4511BD-5V 典型应用，用 4511BD-5V 设计其它电路。设计工

2、作量一周：1、查找资料，根据要求的格式并结合所查资料写出理论设计方案的全过程，实 验操作的步骤、数据以及结论。2、学习使用 MultiSim9 软件，利用 MultiSim9 画出原理图并进行仿真。3、学习使用 Protel 软件，利用 Protel 完成原理图绘制。进 度安 排起止日期工作内容备注3主要参考资料1、 康华光。电子技术基础数字部分（第五版）2、 杨欣、王玉凤、刘湘黔。电路设计与仿真基于Multisim9 与 protel993、 标准集成电路数据手册 TTL 电路指导教师 签名年月日系（部）主 管领导意见年月日答辩评委 老师年月日教研室意见年月日4长沙学院课程设计鉴定表姓名学号

3、专业班级设计题目指导教师指导教师意见：评定等级：教师签名：日期：答辩小组意见：评定等级：答辩小组长签名：日期：教研室意见：教研室主任签名：日期：系（部）意见：系主任签名：日期：说明课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类；5目录1. 智力抢答器的数显装置电路设计方案 . 61.1 设计任务与要求 . 61.2 设计思路与原理 . 61.21 设计思路 . 61.22 抢答电路及其工作原理 . 61.23 数显电路 . 71.24 时钟脉冲源电路 . 81.3 单元电路设计与参数计算 . 81.31 连续脉冲源计算 . 81.32.电路设计 . 81.33 芯片介绍 . 101

4、.4 Multisim 仿真元器件的选用 . 112 智能抢答器的数显装置电路设计与调试 . 122.1 单元电路的设计与调试 . 122.11 抢答单元电路 . 122.12 数显电路 . 122.13 时钟脉冲源电路 . 132.2 电路 Multisim 整体仿真结果与调试 . 133 protel 原理图的绘制 . 154、总结与体会 . 155、参考文献 . 166智力竞赛抢答器数显装置的设计摘要：在现代生活中，智力竞赛作为一种生动活波的教育形式和方法引起广大观众的极大兴 趣。而在竞赛中往往分为几组参加，这里简单就四路抢答器进行分析。这是针对主持人提出的问题，各组进行抢答，抢答要判断

5、谁先抢答，为了公正，这要求逻辑电路抢答器作为裁判员。本文介绍采用门电路和74IS175 芯片实现该电路的设计。数字抢答器由 74IS175 芯片和逻辑门实现。当主持人按下开关要求抢答时，只要有人第一个 按下开关，对应的 LED 灯亮，相应的数字显示屏上显示对应抢答选手的编号，与此同时， 立即进行锁存，其他选手按下开关不在起作用，直到主持人再次按下逻辑开关进行清零，然后开始下一轮的抢答。本文介绍了信号发生器的电路设计和通过Protel99se 和 Multisimll软件进行实现与仿真的设计思路与过程。本次课程设计中通过 74IS175 芯片以及逻辑门使用Multisim 进行仿真以及使用 pr

6、otel 进行原理图的绘制。关键词；74ls175 芯片；逻辑门；抢答器；1.智力抢答器的数显装置电路设计方案1.1 设计任务与要求1 设计制作一个四路智力抢答器数显装置，能及时显示抢答者的序号。1.2 设计思路与原理1.21设计思路数字式智力抢答器一般包括门控制电路、抢答编码电路、 译码电路、优先锁存电路、数显电路。其中，门控电路、抢答编码电路、译码电路是核心，用于完成各组抢答信号的识别、 判断；数显电路用于显示抢答的组号优先锁存电路用于判断、锁存参赛者的第一个抢答信号并使其他抢答信号无效。功能要求电路设置系统清零和控制开关，因此需要一个门控电路。 其工作原理框如图 1 所示。71.22抢答

7、电路及其工作原理抢答电路如图所示8当有人抢答时，假设si 最先抢答，经过 74IS175 后，Q 输出高电平，LED 会亮，Q 非则输出低电平，经过74IS20 后，输出高电平 1，经过 74IS00 后，输出 0,此时脉冲源与 0 相与，输出恒定为 1，74IS175 没有脉冲信号的下降沿，不再工作，因此当有人 先抢答，其他人再抢答没有效果。1.23数显电路本电路采用 cd4511 和 7 段数码管来显示选手编号，电路如图所示:-LDS1TINA msIXCWFlSEGASEGBSEGCEEGDEGESEGF1EGGi 3l-ulOEa，122b一:u3fIJ5144fj53s1:DIODI

8、44o1 cic:1t1j1 4TEd4f4511DPY:J：:f:DIOD1*v-cc在本电路中，D5 另一端接 Qi，D6 另一端接 Q2, D7 另一端接 Q3, D8 另一端接 D7。其中 INC接 Q4 端。工作原理是：当有人抢答时，假设si 抢答，LED 灯亮，Q1 端为高电bla9平为 1,疏导 4511 的 7 端,使 7 端为高电平，由于锁存器的作用， 其他不工作使得 4511 的 1 端和2 端为低电平，输入为 001，经过 4511 到数字显示屏显示为 1。同样道理，数 字显示屏可以输出为 2、3、4。101.24时钟脉冲源电路本电路采用电阻与逻辑门产生1khz 时钟脉冲

9、源。如图所示:1.3 单元电路设计与参数计算1.31连续脉冲源计算连续脉冲源图如上所示：T 1.4RCF=1/T在此令 R=7.413k,c=0.01uf 可得到F 1000hz1.32.电路设计电路由选手开关电路、主持人开关电路、触发锁存电路、时间脉冲电路、抢 答鉴别电路和显示电路组成。1112单元电路分析(1)(1)选手开关此电路由 4 4 个开关组成，四位抢答者通过开断各自的开关开关实现抢答，给编码器输入高低电平，其中低电平为有效抢答信号。(2)(2) 主持人开关此电路由 1 1 个开关和一个 1k1kQ的电阻组成，主持人通过开断开关控制整个 电路开合。(3)(3) 触发锁存电路此电路由

10、 4D4D 触发器 74LS17574LS175 组成。它具有以下功能：1.1.清零功能( (用集成触 发器清除端实现，由主持人输入手动负脉冲控制) )。2.2.四个抢答键控制功能( (有按 键实现) )。3 3显示功能( (用数字逻辑实验箱中的发光二极管实现。 4.4.脉冲信号控 制功能。其功能表如下：输A输 出RDCPID_|2D3DBDIQ | 2Q3Q4QLI XXxXXLLLLH:tID2D3D4DID2D3D4DHXXXX保 持| H_|LXXX保 持(4)(4)抢答鉴别电路此电路由双 4 4 输入与非门 74LS2074LS20 组成，用以鉴别灯的亮与不亮。其内部结构和真值表如下

11、：(5)(5)显示电路此电路由四个发光二极管 LEDLED 和四个 200200Q电阻串联组成，当哪个选手抢INPUTSOUTPUT iA 5 C D:VJH H H HL X X X棹X L X XHiX X L XHX X X L|H113答到，则其对应的发光二极管亮1.33芯片介绍74IS175 芯片四上升沿 D 触发器 74LS175 引脚图:片介绍CD4511 是 BCD 锁存/7 段译码器/驱动器，常用的显示译码器件，MAX7219 和他功能差不多。CD4511 引脚功能：BI: 4 脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态是怎么样的，七段数码管都会处于消隐也就是不显

12、示的状态。LE :锁定控制端，当 LE=O 时，允许译码输出。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。LT : 3 脚是测试信号的输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为 1,不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮全部显示。它主要用来检测数7 段码管是否有物理损坏。A1、A2、A3、A4、为 8421BCD 码输入端。CP 时钟输入端（上升沿有效）CR 清除端（低电平有效）1D4D数据输入端1Q4Q 输出端1 Q 4 Q互补输出端 功能表：23 4567 -HHOdddHMHyCSIQ1Q12-5 g me:二口Jrvs 5111-inpLriftOu

13、tputsClearOackDQorLXXLHHtHHLHTLLHHLXoo11Vccfgabc dx L J1 1Lbi&1413L211 )0CD4&11t231 150 18T1Tr1TTAl A2 CT 51 LE人3MGND14a、b、c、d、e、f、g :为译码输出端，输出为高电平1 有效。CD4511 的里面有上拉电阻，可直接或者接一个电阻与七段数码管接口。1.4 Multisim 仿真元器件的选用兀件序号名称型号主要参数数量备注1触发器74IS17514 上升沿触发器2逻辑门74IS2014 输入端与非门3逻辑门74IS0012 输入端与非门4译码器451117

14、 段译码器5电源Vcc25v 电源6开关单刀开关5开关7显示灯LED4显示灯8二极管RGP10D4二极管9电阻512 欧5电阻10地GND1地162 智能抢答器的数显装置电路设计与调试2.1 单元电路的设计与调试2.11抢答单元电路2.12数显电路-CSDS11INAIXBIKCIKDLE恭LTSEGA2EGBSEGCSEGDER6*7 143kDC111-0 1pFRGP1QDD4RGP10D5120D2MwRGP1OD3J1Si,dX3X半e?B95-4511BD 5V假设 J1 先按下开关时，其他任意人按下开关时186&5VJ1U1LED1RL2VW-5120R3Wv-5120.

15、R45120R5512Q其他的是同样的道理。X II193 protel 原理图的绘制4、总结与体会抢答开始时，由主持人清除信号，按下复位开关，所有发光二极管LEDLED 均熄灭。当主持人宣布“抢答开始”后，首先做出判断的参赛者立即按下开关，对 应的发光二极管点亮，同时，通过与非门 F F2送出的信号锁住其余 3 3 个抢答者的 电路，不再接受其他信号，直到主持人再次清除信号为止。与此同时，数字显示 屏显示该抢答者的编号。这样就成功的进行了抢答。本次课程设计，我成功的完成了设计，课题出来后，主动搜索资料，并整 理资料。我所选的课题由于上实验课时做过类似的实验， 所以对我来说相对简单， 虽然说是

16、已经做过，但是与这个又有不同，不过只是在这电路的基础上加上数显 装置就行，加上 45114511 芯片咛.I1J11C?L-1 1ABcsilx事血剧家辽IZrT:4厂-EC3Si20进行译码输出显示数字。在思考后，决定设计搭建电21路，多次搭建后总算成功的完成了设计。接下来进行调试，调试过程中，发现 LEDLED 灯一直不亮，在询问老师后发现是电阻设高了， 导致电流太小， 无法使 LEDLED 灯亮，修改电阻后，LEDLED 灯成功的亮起来了。通过本次课程设计，我进一步加深了对数字电路的理解和认识，我掌握了 四人抢答器的设计与调试， 并再次加深对 multisimmultisim 和 protelprotel 的使用， 培养了自己 独立动手的能力以及队友交流的能力， 在此次课程设计中遇到了许多问题， 并通 过和伙伴的讨论和咨询老师成功的解决，这让我意识到合作交流的重要性。此次 课程设计同样存在缺点，那就是课程设计的时间过短， 做的匆忙， 有些理论没能 深刻的理解， 同时这次课程设计停留在理论基础上， 并未进行实践验证