4路抢答器数显装置解析.docx
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4路抢答器数显装置解析
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
20125月26至6月1日
2010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
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protel99
3、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
长沙学院课程设计鉴定表
姓名
学号
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；
目录
1.智力抢答器的数显装置电路设计方案6
1.1设计任务与要求6
1.2设计思路与原理7
1.21设计思路7
1.22抢答电路及其工作原理7
1.23数显电路8
1.24时钟脉冲源电路8
1.3单元电路设计与参数计算8
1.31连续脉冲源计算8
1.32.电路设计9
1.33芯片介绍10
1.4Multisim仿真元器件的选用11
2智能抢答器的数显装置电路设计与调试12
2.1单元电路的设计与调试12
2.11抢答单元电路12
2.12数显电路13
2.13时钟脉冲源电路13
2.2电路Multisim整体仿真结果与调试14
3protel原理图的绘制15
4、总结与体会15
5、参考文献16
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74ls175芯片实现该电路的设计。
数字抢答器由74ls175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Multisim11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74ls175芯片以及逻辑门使用Multisim进行仿真以及使用protel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。
1.22抢答电路及其工作原理
抢答电路如图所示
当有人抢答时，假设s1最先抢答，经过74ls175后，Q输出高电平，LED会亮，Q1非则输出低电平，经过74ls20后，输出高电平1，经过74ls00后，输出0，此时脉冲源与0相与，输出恒定为1，74ls175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：
在本电路中，D5另一端接Q1，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s1抢答，LED灯亮，Q1端为高电平为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。
1.24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≈1.4RC
F=1/T
在此令R=7.413k,c=0.01uf可得到
F≈1000hz
1.32.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。
单元电路分析
（1）选手开关
此电路由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）主持人开关
此电路由1个开关和一个1kΩ的电阻组成，主持人通过开断开关控制整个电路开合。
（3）触发锁存电路
此电路由4D触发器74LS175组成。
它具有以下功能：
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）。
2.四个抢答键控制功能（有按键实现）。
3．显示功能（用数字逻辑实验箱中的发光二极管实现。
4.脉冲信号控制功能。
其功能表如下：
（4）抢答鉴别电路
此电路由双4输入与非门74LS20组成，用以鉴别灯的亮与不亮。
其内部结构和真值表如下：
（5）显示电路
此电路由四个发光二极管LED和四个200Ω电阻串联组成，当哪个选手抢答到，则其对应的发光二极管亮。
1.33芯片介绍
74ls175芯片
四上升沿D触发器74LS175引脚图：
CP时钟输入端（上升沿有效）
CR清除端（低电平有效）
1D～4D数据输入端
1Q～4Q输出端
1Q～4Q互补输出端
功能表：
4511芯片介绍
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示的状态。
LE：
锁定控制端，当LE=0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。
a、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。
1.4Multisim仿真元器件的选用
元件序号
名称
型号主要参数
数量
备注
1
触发器
74ls175
1
4上升沿触发器
2
逻辑门
74ls20
1
4输入端与非门
3
逻辑门
74ls00
1
2输入端与非门
4
译码器
4511
1
7段译码器
5
电源
Vcc
2
5v电源
6
开关
单刀开关
5
开关
7
显示灯
LED
4
显示灯
8
二极管
RGP10D
4
二极管
9
电阻
512欧
5
电阻
10
地
GND
1
地
2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
2.13时钟脉冲源电路
2.2电路Multisim整体仿真结果与调试
假设J1先按下开关时，其他任意人按下开关时
其他的是同样的道理。
3protel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LED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F2送出的信号锁住其余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4511芯片进行译码输出显示数字。
在思考后，决定设计搭建电路，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LED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LED灯亮，修改电阻后，LED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multisim和protel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，所以学校在这方面要加强管理，多给学生一些实际动手的机会。
总之，这次课程设计很成功，也感谢学校给我们这次机会，让我们独自完成了实验。
在此，感谢学校领导给我们提供机会，感谢老师给我们指导。
谢谢！
5、参考文献
［1］康华光.电子技术基础:
数字部分.北京:
高等教育出版社,2000
［2］陈大钦.电工电子电子技术基础实验.北京:
高等教育出版社.1994
［3］童诗白.模拟电子技术基础（第四版）.高等教育出版社.2006.6
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