六路抢答器的设计.doc

1、湖 南 商 学 院 电 子 技 术 课 程 设 计 报 告题 目 六路抢答器的设计 姓 名:学 号:专 业:班 级:指导教师:职 称:计 算 机 与 信 息 工 程 学 院2013 年 6 月课程设计评审表学 号姓 名 学 院专业班级题 目 六路抢答器的设计评审意见评审成绩指导教师签名 职称 评审时间 年 月 日课程设计作品验收表题目 六路抢答器的设计姓 名班 级参与人员学 号设计任务与要求：(1) 设计制作一个可容纳六组参赛的数字式 抢答器，每组设计 一个抢答按钮供 抢答者使用，且抢答器具有优先编码和锁存的功能， ；(2) 将设计好的电路图在proteus仿真软件上运行，检查其是否正确；(3

2、) 填写元件清单并购买元件，按照设计好的电路图安装并调试；(4) 根据课程设计报告要求撰写报告。作品完成情况：根据六路抢答器设计的主要要求，通过上网搜索相关方面的资料和参阅相关的书籍，最终设计出来了六路抢答器的电路图，并在 proteus 仿真软件上运行成功，在安装调试的过程中，虽然遇到了一些问题，但通过向老师和同学请教，最终所有问题得以解决，六路抢答器设计成功。验收情况：验收教师签名：_年 月 日注：1. 除“验收情况”栏外，其余各栏均由学生在作品验收前填写。2. “验收情况”栏由验收小组按实际验收的情况如实填写。目 录1、 概述11.1 设计的目的与意义11.2 设计的任务与要求12、 总

3、体设计方案12.1 方案的选择12.2 六路抢答器的详细工作过程23、 单元电路设计23.1 相关元器件的介绍 23.1.1 74LS148 的介绍 23.1.2 74LS279 的介绍 33.1.3 CC4511 的介绍43.2 抢答模块的设计63.3 编码模块的设计63.4 锁存模块的设计63.5 译码模块的设计64、 系统仿真与测试测试64.1 proteus 的基本操作方法64.2 仿真步骤74.3 仿真结果及分析75、 安装与调试105.1 安装与调试的主要过程105.2 安装与调试过程中遇到的问题和解决办法116、 心得与体会12参考文献13附录14六路抢答器的设计1、 概述1.1

4、 设计的目的与意义抢答器在现实生活中的应用非常广泛，通过设计一个六路抢答器能够让我们更好的了解该器件的原理及内部电路，让我们的专业学习更加的贴近生活。本次所设计的六路抢答器只具有最基本的抢答功能，通过优先编码电路、锁存电路、译码电路将最先抢答的选手的编号显示在数码管上，其他选手按下按钮抢答无效，完成并验证所设计的抢答器的功能。1.2 设计的任务与要求（1） 设计制作一个可容纳六组参赛的数字式 抢答器，每组设计 一个抢答按钮供 抢答者使用，且抢答器具有优先编码和锁存的功能；（2） 将设计好的电路图在proteus仿真软件上运行，检查设计的电路图是否正确；（3） 填写元件清单并购买元件，按照设计好

5、的电路图安装并调试；（4） 根据课程设计报告要求撰写课程设计报告。2、 总体设计方案2.1 方案的选择根据设计的任务与要求，该抢答器要具有优先编码和锁存的功能，以保证在最先抢答的选手按下按钮后，其他选手按下按钮抢答无效，显示器上显示的还是最先一位选手的编号。通过分析与思考想出了以下两种方案：方案一：采用74LS148优先编码器分辨选手抢答的先后，并通过SR锁存器74LS279锁存抢答选手的编号，再经过CC4511译码驱动共阴极数码管显示。方案二：采用CC4067作为编码电路的核心元件，当有选手抢答时输出四位相应的8421BCD码即可同时供16位选手抢答。经CC4511七段译码器译码后驱动共阴极

6、数码管显示，同时利用CD4069组成一个多谐振荡器，作为十进制计数器CC4510的CP脉冲使其计数并与D触发器CD4013完成自动锁存的功能。结果：与方案二相比，方案一使用的芯片少、电路简单且同样能实现其抢答功能，故选用方案一。图1为数字抢答器总体方框图。图 1 抢答器的总体框图2.2 六路抢答器的详细工作过程该抢答器的主要功能是实现抢答功能，当主持人将开关置于“清零”位置时，抢答器处于禁止工作状态，数码管上显示的数字为“0” ；当主持人宣布抢答开始后，并将开关置于“开始”位置时，抢答器处于工作状态，当选手按下抢答按钮时，该抢答器主要完成以下功能：优先编码器迅速分辨出最先一位抢答的选手的编号，

7、并由锁存器进行保存，然后由译码器译码驱动数码管显示最先一位抢答的选手的编号。3、 系统详细设计3.1 相关元器件的介绍该设计用到较多集成电路电路芯片，在此给出其管脚图和部分功能介绍3.1.1 74LS148 的介绍抢答按钮电路模块优先编码电路模块锁存器电路模块译码电路电路模块显示电路模块74LS148为8线3线优先编码器，将8条数据线（07）进行3线(4-2-1)二进制（八进制)优先编码，即对最高位数据线进行译码。利用选通端（EI)和输出选通端（YS)可进行八进制扩展。其各引脚的功能如下：07 编码输入端(低电平有效)；ST 选通输入端(低电平有效)；Y0、Y1、Y3 三位二进制编码输出信号即

8、编码输出端(低电平有效)；YEX 片优先编码输出端即宽展端(低电平有效)；YS 选通输出端，即使能输出端；图 2 74LS148 的引脚图下表为 74LS148 的功能介绍，ST 为使能端，控制芯片的工作；当无输入时，YEX=1，有输入时，YEX=0。其功能真值表如下：表 1 74LS148 功能表输入 输出ST I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 Y2 Y1 Y0 YEX YS1 X X X X X X X X 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 00 X X X X X X X 0 0 0 0 1 10 X X X X X X 0 0 0 10

9、 X X X X X 0 0 1 00 X X X X 0 0 1 10 X X X 0 1 0 00 X X 0 1 0 10 X 0 1 1 00 0 1 11 11 111 1 10 13.1.2 74LS279 的介绍74LS279 为四个 RS 锁存器，当 R=1, S=0，时，输出为 0；当 R=0，S=1时，输出为 1；当 R=1, S=1 时，锁存器具有保持功能，将输出一直保持为1，达到锁存的目的。图 3 为 74LS279 的引脚图：图 3 74LS279 引脚图表 2 为 74LS279 的锁存器的真值表：表 2 74LS279 真值表 输入 输出1S 2S R Q0 0

10、0 10 X 1 1X 0 1 11 1 0 01 1 1 保持3.1.3 CC4511 的介绍CC4511 是一片 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器，用于驱动共阴极 LED 数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器。A、B、C：二进制数据输入端；引脚4 为输出消隐控制端；LE 为数据锁定控制端；LT 为灯测试端；ag 为数据输出端；图 4 为 SR 锁存器 74LS279 的引脚图：图 4 CC4511 引脚图原理说明：开关S置于“清零“端时，RS触发器的输入端R均为， 个触发器输出置，使74LS279 中 BI/RBO ，ABCD=0000, 使之处于锁存状态。 CC4511不工作

11、，输出全为0。当开关S置于“ 开始“时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下S5） ，74LS148的输出经RS锁存后，C=1,A=1,CC4511处于工作状态，CBA =101,即74LS279输入端DCBA=0101，经 74LS279后输出gfedcba=1101101,经译码显示为“5“。表3为CC4511的真值表：表 3 CC4511 的真值表输入 输出LE BI LI D C B A a b c d e f g 显示X X 0 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 8X 0 1 X X X X 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 0 0 0 0 1 1

12、1 1 1 1 0 00 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 10 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 20 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 30 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 40 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 50 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 60 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 70 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 80 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 90 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0

13、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 消隐1 1 X X X X 锁 存 锁存3.2 抢答模块的设计抢答按钮模块：抢答按钮连接的是芯片 74LS148，抢答按钮按下时 74LS148接低电平，芯片正常工作，没有按下时，芯片接高电平。而 74LS148 内通过的最大电流不能超过 30mA,否则会烧坏芯片，所以 5V 的电源不能直接接到芯片上，

14、需要接保护电阻，当电阻大于 5.6K 时，会由高电平变为低电平，所以电阻的选择范围为 0.17K5.6K,为了减小误差，降低功耗，防止芯片的损坏，我取了电阻的阻值为 1K。3.3 编码模块的设计优先编码电路模块：在优先编码器的选择中，8 线3 线优先编码器共有 74148 和 74LS148 两种线路结构型式，而 74LS148 的 功 耗 远 比 74148 的功 耗 低 ， 所 以 选 择 的 优 先 编 码 器 为 74LS148.3.4 锁存模块的设计锁存器电路模块：74LS148 把信号输入过来后，锁存器需要把信号保存并传递给译码器，同时能封锁输入电路，禁止下一个信号的输入。 优先编码器选择的是 8 线3 线优先编码器，所以至少需要三个锁存器，74LS279 是由四个基本的锁存器组成，且功耗低，是最适合的电路芯片。3.5 译码模块的设计译码电路模块 BCD 码七段译码驱动器型号有 74LS47(共阳)、74LS48(共阴)、CC4511(共阴)等，因为本实验采用的是共阴极数码管，并且 74LS48 连接数码管时需接限流电阻，而用 CC4511 时则不需。本实验系采用 CC4511BCD 码锁存/七