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2021-6-17 15:29 上傳
1. 設計目的 2. 設計要求 3. 設計方案 3.1八路搶答器的設計框圖 4. 詳細電路設計 4.1電路組成 4.2按鍵編碼譯碼鎖存顯示電路 4.3控制電路 4.4計時電路 5. 電路調試 5.1調試過程 5.2調試遇到的問題 6. 設計總結 7. 參考文獻
1. 設計目的掌握搶答器的工作原理及其設計方法，掌握設計性試驗方法。 2. 設計要求1.設計制作一個容納8組參賽隊的數(shù)字式搶答器，每組設置一搶答按鈕供搶答者使用。 2.設計搶答者的輸入搶答鎖定電路、搶答者序號編碼、譯碼和顯示電路。 3.設計定時電路，聲、光報警或音樂片驅動電路。 4.設計控制邏輯電路，啟動、復位電路。
3. 設計方案本搶答器的所實現(xiàn)的功能為：首先上電，此時主持人手中的控制按鈕閉合，此使時鐘電路的led數(shù)碼管顯示為9，搶答器按鍵led數(shù)碼管上什么都沒有，當主持人決定開始搶答時打開控制按鈕，此時時鐘電路的數(shù)碼管開始進行9到0的10秒鐘倒計時，當選手按下?lián)尨鹌靼粹o，蜂鳴器發(fā)出響聲，此使倒計時停止并顯示出此刻時間并保持，并且led數(shù)碼管上會顯示出搶答成功的選手的按鈕數(shù)字，并且會一直保持，直到主持人再次按下控制按鈕復位。
上圖中最上面的是本次系統(tǒng)的主體電路。以下為各個框圖所實現(xiàn)的功能和可選元件簡要說明，具體說明會在詳細電路設計中給出。搶答按鈕電路：可供搶答者搶答使用。 提示電路：無論哪個搶答者按下按鈕都會發(fā)出提示音，在具體電路中可用蜂鳴器代替。 編碼譯碼電路：將搶答者所按下的按鈕號碼進行編碼和譯碼，可用cc4511芯片設計完成。 Led顯示電路：將搶答者按下的按鈕的編號用led數(shù)碼管顯示，可用7位led共陰極數(shù)碼管完成。 主持人控制按鈕：可以提供給主持人控制電路的復位，啟動等 控制電路：主持人實現(xiàn)對整個電路的控制。 秒脈沖產生電路：產生1秒鐘延遲的脈沖，模擬時可用方波脈沖信號設計。實際當中可用555脈沖產生器。 定時電路：形成9到0的十秒鐘倒計時，可用芯片74ls192構成。 顯示電路：將9到0的十秒鐘倒計時顯示出來。可用四位led數(shù)碼管顯示。
4. 詳細電路設計
4.1電路組成本次設計的八路搶答器電路總共由4個部分組成----按鍵編碼譯碼顯示電路，時鐘電路，控制電路。如圖2為系統(tǒng)總原理圖，下面將對各個電路進行詳細介紹。
4.2按鍵編碼譯碼鎖存顯示電路以下為八路搶答器的按鍵編碼譯碼鎖存電路原理圖，如圖3 此電路以cd4511為主體構成的一個將搶答者按鍵通過編碼譯碼鎖存電路，下面先介紹一下cd4511這個芯片：如圖4為cd4511的引腳封裝圖，如表1為cd4511的真值表。
CD4511 是一片 CMOS BCD—鎖存/7 段譯碼/驅動器，用于驅動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼-七段碼譯碼器。
具有BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅動共陰LED數(shù)碼管。
引腳功能
ABCD：二進制數(shù)據(jù)輸入端
BI：輸出消隱控制端
LE：數(shù)據(jù)鎖定控制端
LT：燈測試端
Ya~Yg：數(shù)據(jù)輸出端
VDD：電源正
VSS：電源負
其中：a b c d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。
LT為燈測試端，加高電平時，顯示器正常顯示，加低電平時，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點亮，以檢查顯示器是否有故障。
BI為消隱功能端，低電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時， B1端應加高電平。另外CD4511有拒絕偽碼的特點，當輸入數(shù)據(jù)越過十進制數(shù)9(1001)時，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數(shù)據(jù)。
a～g是 7 段輸出，可驅動共陰LED數(shù)碼管。 具體電路分析如下： 例如，當1鍵按下，A引腳為高電平，此時cd4511芯片輸入碼為0001，經過譯碼輸出為0110000，此時cdg引腳為100，c引腳為高電平，經過D14二極管導通接入5引腳，使得EL變?yōu)楦唠娖剑?/font>LI,BI任為高電平，此時CD4511進入鎖存狀態(tài)。而cd4511的每一個輸入端都通過一個二極管接入蜂鳴器，所以只要有一個為高電平都能使得蜂鳴器發(fā)出響聲。 剩下的7的按鍵都為同理，如表2所示：
表2開關狀態(tài)對應表
根據(jù)cd4511的特性a～g是 7 段輸出，可驅動共陰LED數(shù)碼管。所謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應用中應接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時可使用300Ω的限流電阻。 4.3控制電路如圖5為本系統(tǒng)的主持人控制電路原理圖。
圖5控制電路原理圖
當主持人按下控制按鈕，此時LT為高電平，BI經過開關接入低電平，此時不管EL為何種電平，cd4511都會進入消隱狀態(tài)完成復位工作。M點接入時鐘電路。控制時鐘的復位。 4.4計時電路如圖6為本系統(tǒng)的倒計時電路原理圖，實現(xiàn)的功能就是執(zhí)行9到0的10秒鐘倒計時。
P點接入按鍵編碼譯碼鎖存顯示電路的cd4511四個輸入端所連接的二極管的上方，使得只要有一個輸入為1就能使得計時電路停止倒計時。 Q點則接入主持人控制電路，以控制計時電路的復位。 此電路還用到了74ls192芯片，如圖7為74ls192的封裝圖，表3為其功能表
由表可知，74LS192是雙時鐘方式的十進制可逆計數(shù)器。(bcd,二進制)。
CPU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端。
LD為預置輸入控制端，異步預置。
CR為復位輸入端，高電平有效，異步清除。
CO為進位輸出：1001狀態(tài)后負脈沖輸出，
BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負脈沖輸出。 所以在設計時將up端接入和~clad端接入高電平，CLR端接入低電平，并預置數(shù)設為9即1001，并將方波信號發(fā)生器的秒脈沖接入down端，實現(xiàn)9到0的倒計時，將~clad端接入主持人控制電路的開關s9上，也就是將Q點接入M點，實現(xiàn)主持人統(tǒng)一對74ls192進行復位為9。并且將P點接入與cd4511四個輸入端的二極管上，使得只要有一個輸入為高電平就能使得計時電路停止工作，也就是實現(xiàn)只要有選手搶答成功的一瞬間，倒計時會保留在搶答成功的那個時刻，并顯示在數(shù)碼管上。 5. 電路調試5.1調試過程
根據(jù)本系統(tǒng)八路搶答器的工作流程，對系統(tǒng)進行調試，首先上主持人沒有打開控制按鈕，選手不可以搶答，任何按鍵按下都不會有反應，倒計時停留在9秒不變，如圖8所示：
圖8 準備搶答狀態(tài)
此時主持人決定開始搶答，打開控制按鈕，并且計時器開始從9倒計時，并且顯示搶答者號碼的led顯示為0，如圖9所示:
若此時有選手按下?lián)尨疰I，則此時倒計時停止，并且在搶答器數(shù)碼管上會顯示出搶答成功的選手的按鈕的號碼，并且蜂鳴器會立即發(fā)出響聲，此時倆者會保持直到主持人按下復位按鈕，如圖10所示： 若此時需要進行新一輪的搶答，則此時只需要主持人按下控制按鈕即可，系統(tǒng)會自動復原。如圖11所示。
圖11 系統(tǒng)復位圖 電路基本達到要求，調試成功。 5.2調試遇到的問題調試過程遇到了許多問題。 首先是，時鐘電路不知道怎么樣才能使得選手按下的時候停止時間，后來想到了，蜂鳴器的作用，既然每一個選手按鍵按下都能使得蜂鳴器發(fā)出響聲，那也就是每一個選手按鍵按下都能產生一個不會變化的壓降，也就能使得74ls192輸入down端的信號不在變化，從而使得計時停止。 其次是，一開的搶答器不成功，當選手按下不進行鎖存，后來通過更換軟件解決了這個問題。
6. 設計總結在本次課程設計中，收獲了許許多多的知識，掌握了cd4511和74ls192芯片的功能，并且能夠在實際電路中運用，而且還掌握了555構成的秒脈沖發(fā)生器，知道了如何運用計數(shù)產生各種延時的脈沖，不止是一秒鐘。當然設計的過程也不是一帆風順，在設計延時電路時進行了各種計算，最后算出來的1秒鐘在實際電路中也有很大偏差，實在沒有找到原因，所以就將延時縮短，從而在實際電路中能夠接近于一秒鐘。 總的來說，我認為本次課程設計還是比較輕松的，但是在設計過程中我也有些偷懶，比如可以設計成1到10秒的倒計時，可以給搶答者看的更加清晰。這應該也是此次設計可以改進的地方。設計過程中，我也有所體會，不管是學什么都需要有耐心和毅力，態(tài)度也很重要。 7. 參考文獻[1].于天河，薛楠. 基于案例的電子系統(tǒng)設計與實踐[M]. 北京：清華大學出版社，2017.1 [2].康華光.電子技術基礎：數(shù)字部分(第6版)[M]. 北京:高等教育出版社,2016.4 [3].康華光.電子技術基礎：模擬部分(第6版)[M]. 北京:高等教育出版社,2016.4 | 
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