《八路搶答器的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)1》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《八路搶答器的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)1（27頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(論文) 信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(論文) 設(shè)計(jì)題目 八路搶答器設(shè)計(jì) 專 業(yè): 微電子技術(shù) 班 級(jí): 微電08-1班 學(xué) 號(hào): 姓 名: 指導(dǎo)教師: 二０一０年七月十日 2

2、 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(論文) 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué) 生 姓 名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 專業(yè) 微電子技術(shù) 設(shè)計(jì)題目 八路搶答器的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師姓名 職 稱 工作單位及所從事專業(yè) 聯(lián)系方式 備 注 講師/工程師 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 本設(shè)計(jì)完成八路數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)，是由 S１~S８開關(guān)陣列組成，當(dāng)其中一人按下開關(guān)時(shí)，在LED上顯示它的序號(hào)，且在LED上顯示其搶答時(shí)間，若其中無(wú)一人搶答時(shí)報(bào)警電路不發(fā)出聲響顯示為零。該電路主要由八路搶答控制開關(guān)和主持人開關(guān)啟動(dòng)電路以及編碼電路，譯碼與鎖存顯示電路和報(bào)警電路組成。 設(shè)計(jì)任務(wù)：

3、 1．完成電路設(shè)計(jì)方案的選擇并設(shè)計(jì)電路； 2．整機(jī)電路原理分析并正確選擇電路元件； 3．繪制整機(jī)電路原理圖并進(jìn)行電路仿真或?qū)嵨镏谱鳎? 4．撰寫較詳細(xì)的設(shè)計(jì)說(shuō)明書。 進(jìn)度安排： 1．3～4周：消化課題，收集相關(guān)資料，選擇參考方案； 2．5～6周：初步確定設(shè)計(jì)方案并熟悉部分器件的用途； 3．7～9周：劃分功能模塊，設(shè)計(jì)單元電路； 4．10～12周：分析電路原理，基本完成設(shè)計(jì)過(guò)程，撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書初稿； 5．13～15周：修改、完善并調(diào)試設(shè)計(jì)電路，進(jìn)行電路仿真或?qū)嵨镏谱鳎? 6．16～17周：按畢業(yè)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求整理設(shè)計(jì)說(shuō)明書并修改、完善，檢查定稿； 7．18周：熟悉設(shè)計(jì)全過(guò)程，

4、準(zhǔn)備答辯。 參考文獻(xiàn) [1]　邱寄帆、唐程山　數(shù)字電子技術(shù)　北京　人民郵電出版社；2005 [2]　黃永定　電子線路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)　北京　機(jī)械工業(yè)出版社；2005 [3]　謝自美　電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試　武漢　華中科技大學(xué)出版社；2006 [4]　高建新、雷少剛　電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)　北京　機(jī)械工業(yè)出版社；2006 [5]　張有禮、韓愛(ài)娟　電子技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)　北京　師范大學(xué)出版社；2005 [6]　唐程山　數(shù)字電子技術(shù)　北京　人民郵電出版社；2005 審 批 意 見(jiàn) 教研室負(fù)責(zé)人： 年 月 日 備注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，一式二份。其中學(xué)生一份，指導(dǎo)教師一

5、份。 目　錄 摘　要 1 第一章　緒論 2 第二章　設(shè)計(jì)方案 3 2.1　方案選擇 3 2.2　搶答器的組成框圖 3 2.3　本設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 4 2.4　系統(tǒng)主要功能 4 第三章　單元電路設(shè)計(jì) 5 3.1　搶答電路設(shè)計(jì) 5 3.1.1　電路設(shè)計(jì)及工作原理 5 3.1.2　元器件的選擇 6 3.2　鎖存譯碼顯示電路 8 3.2.1　電路的設(shè)計(jì)及工作原理 8 3.2.2　元器件的介紹 10 3.3　報(bào)警電路 12 3.3.1　電路的設(shè)計(jì)及工作原理 12 3.3.2　元器件的介紹 14 第四章　整機(jī)電路 17 4.1　整機(jī)電路原理圖 17 4.2　整機(jī)

6、電路的工作原理 17 第五章　仿真與調(diào)試 19 5.1　Proteus的介紹 19 5.2　電路的仿真 20 總　結(jié) 22 參考文獻(xiàn) 23 附錄 1 元器件明細(xì)表 24 摘　要 電子產(chǎn)業(yè)在人們的生活中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，電子技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，各種電子產(chǎn)品的功能質(zhì)量也日臻完善。其中，搶答器被廣泛地應(yīng)用于企事業(yè)和商業(yè)部門，是為各種知識(shí)競(jìng)賽，文娛活動(dòng)提供公正、客觀和快速裁決的一種常用電子設(shè)備。在人們的娛樂(lè)生活中，電子搶答器是必不可少的設(shè)備之一。但是，傳統(tǒng)的搶答器一般準(zhǔn)確性與可靠性不高，而且產(chǎn)品體積大，安裝維修困難數(shù)字電路是用數(shù)字信號(hào)完成對(duì)數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的

7、電路。用它設(shè)計(jì)電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可靠集成度高、體積小、功耗低，而且電路的設(shè)計(jì)、維修、維護(hù)靈活方便。隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字邏輯電路的集成度越.來(lái)越高。 本設(shè)計(jì)完成八路數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)，當(dāng)其中一人按下開關(guān)時(shí)，在LED上顯示它的序號(hào)，若其中無(wú)一人搶答時(shí)報(bào)警電路不發(fā)出聲響顯示為零。該電路主要由八路搶答控制開關(guān)和主持人開關(guān)啟動(dòng)電路以及編碼電路，譯碼與鎖存顯示電路和報(bào)警電路組成。 關(guān)鍵字 搶答；譯碼；鎖存；報(bào)警 第24頁(yè) 第一章　緒論 21世紀(jì)隨著信息時(shí)代的到來(lái)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，選拔人才，評(píng)選優(yōu)勝，數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)，自動(dòng)控制，電子測(cè)量?jī)x表，電視，雷達(dá)，通信等各個(gè)領(lǐng)

8、域。例如在現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)中，數(shù)字測(cè)量?jī)x表不僅比模擬測(cè)量?jī)x表精度高，功能高，而且容易實(shí)現(xiàn)測(cè)量的自動(dòng)化和智能化。隨著集成技術(shù)的發(fā)展，尤其是中，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用范圍將會(huì)更廣泛地滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門，并將產(chǎn)生越來(lái)越深刻的影響。 隨著現(xiàn)代社會(huì)的電子科技的迅速發(fā)展，要求我們要理論聯(lián)系實(shí)際，通過(guò)對(duì)數(shù)字電路的設(shè)計(jì)，熟練掌握設(shè)計(jì)的方法、步驟。本課題設(shè)計(jì)了一種采用數(shù)字電路制作的多功能數(shù)字搶答器，它除了具有基本的搶答功能之外，還具有報(bào)警的功能，和數(shù)顯的功能，搶答器一般是在單位團(tuán)體的專業(yè)知識(shí)競(jìng)賽中使用，其主要功能大體可分為三種： （1）主持人可以控制系統(tǒng)的清零與搶答開始。 （

9、2）搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存與顯示和報(bào)警的功能。 （3）每名選手有一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)相對(duì)應(yīng)，搶答器具有第一個(gè)搶答信號(hào)的鑒別和數(shù)據(jù)鎖存、顯示的功能。 在現(xiàn)在科技進(jìn)步的世界里,無(wú)論工廠、學(xué)校和電視臺(tái)所舉辦的節(jié)目都可能會(huì)有各種智力競(jìng)賽,當(dāng)遇到搶答環(huán)節(jié)時(shí),如果要求主持人自己去用肉眼觀察那一個(gè)選手搶答的速度最快無(wú)疑會(huì)對(duì)比賽結(jié)果造成很大的影響,使比賽失去了公平和公正性。知識(shí)競(jìng)賽之類的活動(dòng)愈加頻繁，為了準(zhǔn)確，公平，直觀的判斷出第一搶答者。我所設(shè)計(jì)的搶答器為八路搶答器與傳統(tǒng)搶答方式相比不需要人干預(yù)的特點(diǎn)。它不僅能夠準(zhǔn)確判斷，而且運(yùn)用了現(xiàn)代電子產(chǎn)品的高準(zhǔn)確性來(lái)保障搶答的公平性。 第二章　設(shè)計(jì)方

10、案 2.1　方案選擇 制作搶答器可以采用多種設(shè)計(jì)方案，可以用單片機(jī)來(lái)完成，它的功能強(qiáng)大制作簡(jiǎn)單，并且外圍的元件也很少；也可以用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)，他的制作也是比較簡(jiǎn)單；最后也可以用數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，它的原理比較簡(jiǎn)單，集成塊的價(jià)格也比較便宜且很容易購(gòu)買，與我們學(xué)完的《數(shù)字電路》聯(lián)系緊密，能將我們所學(xué)知識(shí)用于實(shí)際，對(duì)鞏固所學(xué)知識(shí)有重要意義，用了一些成型電路，如NE555標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖電路等，使總體方案易于實(shí)現(xiàn)。因此在此設(shè)計(jì)過(guò)程中我采用基于數(shù)字電路的八路搶答器。 2.2　搶答器的組成框圖 搶答器的組成框圖如圖2-1所示。它主要由三部分組成，分別是優(yōu)先編碼電路、鎖存與譯碼顯示電路和報(bào)警電路。即主持人說(shuō)搶答

11、開始時(shí)，選手按搶答按鈕，能夠顯示第一個(gè)按按鈕的選手的編號(hào)，同時(shí)報(bào)警電路給予報(bào)警，并封鎖輸入電路禁止其他選手搶答。此過(guò)程都是由節(jié)目主持人操作控制電路控制完成。 圖2-1　搶答器的組成框圖 搶答按鈕和優(yōu)先編碼電路的主要作用是對(duì)搶答選手的編號(hào)進(jìn)行編碼，立即分辨出搶答者的編號(hào)。 主持人控制開關(guān)主要起到一個(gè)復(fù)位、清除的作用，使顯示器重新顯示為0。所以當(dāng)一輪搶答結(jié)束后，必須由主持人按下復(fù)位開關(guān)使其電路復(fù)位，方可再次搶答； 控制電路、鎖存電路、譯碼電路和顯示電路則構(gòu)成了鎖存與譯碼顯示電路。這部分電路的主要作用是對(duì)編碼以后的按鍵號(hào)進(jìn)行鎖存，避免其他選手再次搶答，同時(shí)譯碼并顯示該按鍵號(hào)。 報(bào)警電路

12、的主要作用是當(dāng)有人搶答時(shí)發(fā)出聲響給予主持人以提示。 2.3　本設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)供8名選手參加八路搶答器。 2.4　系統(tǒng)主要功能 我所設(shè)計(jì)電路的主要功能是：可同時(shí)8名選手參加比賽，他們的編號(hào)分別是1，2，3，4，5，6，7，8，各用一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)相對(duì)應(yīng)，分別是S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來(lái)控制系統(tǒng)的清零和搶答的開始。數(shù)字搶答器應(yīng)具有數(shù)碼鎖存、顯示功能。搶答開始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示選手的編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選

13、手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。 第三章　單元電路設(shè)計(jì) 3.1　搶答電路設(shè)計(jì) 3.1.1　電路設(shè)計(jì)及工作原理 1．搶答電路原理圖如圖3-1所示： 圖3-1　搶答電路 2．電路的工作原理：電路由八組陣列快關(guān)S1~S8組成。和主持人控制開關(guān)S組成。以及D1~12十二個(gè)二極管和芯片4511組成。搶答電路的功能是能夠分辨出選手按按鈕的先后，供鎖存電路用，其電路組成。 在圖3-1中，當(dāng)接通電源時(shí)，開關(guān)S1~S8均處于打開狀態(tài)等待4511的輸入端（1-7端）輸入信號(hào)。當(dāng)有選手將按鈕按下時(shí)（如按下5），4511的輸入端進(jìn)行編碼即ABCD=0101，經(jīng)4511內(nèi)部BCD轉(zhuǎn)換，得到QA

14、QBQCQDQEQFQG=1011011經(jīng)譯碼后，顯示器上顯示出“5”。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問(wèn)題后，由主持人操作控制開關(guān)，使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。 電路工作即搶答器處于等待工作狀態(tài)在圖3-1中，當(dāng)接通電源時(shí)，開關(guān)1-8均處于打開狀態(tài)。 3.1.2　元器件的選擇 1．開關(guān)陣列 S1~S8作用是：接受電源電壓產(chǎn)生一個(gè)高電平，供二極管正向?qū)ㄋ峁┑膶?dǎo)通電壓。 2．二極管 二極管的應(yīng)用范圍很廣，主要都是利用它的單向?qū)щ娦?，可用于整流、檢波、限幅、元件保護(hù)以及在數(shù)字電路中用作開關(guān)元件等。 二極管的應(yīng)用利用二極管的單向?qū)щ娦灾饕獞?yīng)用作用 如下： (1)二極管的限幅電路它包括：正

15、向限幅電路雙向限幅電路。 (2)低壓穩(wěn)壓電路。 (3)在摸擬電子報(bào)警器中的應(yīng)用。 作用是：起開關(guān).嵌位的作用，當(dāng)陰電位高于陽(yáng)的電位時(shí)，二極管截止。相當(dāng)于開關(guān)斷開，當(dāng)陽(yáng)位高于陰極電位時(shí)，二極管導(dǎo)通，電壓嵌制在0.7V。二極管還可以做續(xù)流的作用利用它的單向?qū)щ娦越o電容充放電。 在次搶答電路中利用了二極管的單向?qū)щ娦裕ㄕ蚱珘簩?dǎo)通，反向偏壓截至）特性。如：當(dāng)一號(hào)選手搶答時(shí)，電流不會(huì)經(jīng)過(guò)電阻R2和R3流向其它的搶答開關(guān)致使搶答誤亂。以免導(dǎo)致?lián)尨疬x手在搶答時(shí)數(shù)碼管上顯示錯(cuò)誤選手的序號(hào)。從而失去了搶答的效果。 3．芯片4511的介紹 CC4511是BCD－7段所存譯碼驅(qū)動(dòng)器，在同一單片結(jié)構(gòu)上由

16、COS/MOS邏輯器件和n-p-n雙極型晶體管構(gòu)成。這些器件的組合，使CC4511具有低靜態(tài)耗散和高抗干擾及源電流高達(dá)25mA的性能。由此可直接驅(qū)動(dòng)LED及其它器件。LT、BI、LE輸入端分別檢測(cè)顯示、亮度調(diào)節(jié)、存儲(chǔ)或選通一BCD碼等功能。當(dāng)使用外部多路轉(zhuǎn)換電路時(shí)，可多路轉(zhuǎn)換和顯示幾種不同的信號(hào)。CC4511提供了16引線多層陶瓷雙列直插（D）、熔封陶瓷雙列直插（J）、塑料雙列直插（P）和陶瓷片狀載體（C）4種封裝形式。 （1）其引腳功能如下： BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0(LT為1時(shí))，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。 LT：3腳是測(cè)試輸

17、入端，當(dāng)LT=0時(shí)，則不論其它輸入狀態(tài)為何，譯碼輸出全為1，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來(lái)檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。 LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。 A、B、C、D分別4511的輸入端。QA、QB、QC、QD、QE、QF、QG分別為4511的譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。它的邏輯功能如表3-2表所示。引腳圖如圖3-2所示。 圖3-2　CC4511引腳圖 （2）CC4511的功能表 通過(guò)了解CC4511的輸入輸出狀態(tài)來(lái)確定編碼的信號(hào)使之能夠在數(shù)碼管上能夠正確的顯示搶答選手的編號(hào)，具體見(jiàn)表3-1所示。

18、 表3-1　CC4511邏輯功能表 3.2　鎖存譯碼顯示電路 3.2.1　電路的設(shè)計(jì)及工作原理 1．鎖存譯碼顯示電路原理圖如圖3-3所示： 圖3-3　鎖存譯碼顯示電路 2．電路的工作原理： 它是由4511和二極管D17.D18以及三極管NPN，電阻和顯示數(shù)碼管，和排阻組成。這部分電路的功能有兩個(gè)：一是鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，送給譯碼顯示電路，顯示出該搶答者的編號(hào)；二是使其他選手隨后的按鍵操作無(wú)效。并且在優(yōu)先搶答者回答完畢時(shí)，必須由主持人復(fù)位與清零，使其顯示器重新顯示為0，方可進(jìn)行下一輪搶答。 當(dāng)某一搶答選手按下?lián)尨疰I時(shí)在4511的輸入端輸入相應(yīng)的地址碼從ABC

19、D端輸入經(jīng)BCD轉(zhuǎn)換后譯碼出QA~QG使數(shù)碼管顯示選手號(hào)同時(shí)將顯示的選手號(hào)經(jīng)過(guò)4511QB、QD、QD到達(dá)三極管的基極和二極管的陽(yáng)極控制VD18、VD17、NPN的導(dǎo)通和截至輸出的信號(hào)送到4511的LE腳當(dāng)LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。此時(shí)完成了鎖存的功能。 當(dāng)按下鍵1時(shí)，4511的輸入端D、C、B、A分別為0、0、0、1，通過(guò)4511譯碼后，輸出端QG、QF、QE、QD、QC、QB、QA分別為1、1、1、1、1、1、0，使數(shù)碼管顯示“1”。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問(wèn)題后，由主持人操作控制復(fù)位鍵0，使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。 當(dāng)按下鍵2時(shí)，4511

20、的輸入端D、C、B、A分別為0、0、1、0，通過(guò)4511譯碼后，輸出端QG、QF、QE、QD、QC、QB、QA分別為1、0、1、1、0、1、1，使數(shù)碼管顯示“2”。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問(wèn)題后，由主持人操作控制復(fù)位鍵0，使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。 當(dāng)按下鍵3時(shí)，4511的輸入端D、C、B、A分別為0、0、1、1，通過(guò)4511譯碼后，輸出端QG、QF、QE、QD、QC、QB、QA分別為1、1、1、1、0、0、1，使數(shù)碼管顯示“3”。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問(wèn)題后，由主持人操作控制復(fù)位鍵0，使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。 當(dāng)按下鍵4時(shí)，4511的輸入端D、C、B、A分別為0、1、0、0，

21、通過(guò)4511譯碼后，輸出端QG、QF、QE、QD、QC、QB、QA分別為0、1、1、0、0、1、1，使數(shù)碼管顯示“4”。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問(wèn)題后，由主持人操作控制復(fù)位鍵0，使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。 當(dāng)按下鍵5時(shí)，4511的輸入端D、C、B、A分別為0、1、0、1，通過(guò)4511譯碼后，輸出端QG、QF、QE、QD、QC、QB、QA分別為1、0、1、1、0、1、1，使數(shù)碼管顯示“5”。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問(wèn)題后，由主持人操作控制復(fù)位鍵0，使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。 當(dāng)按下鍵6時(shí)，4511的輸入端D、C、B、A分別為0、1、1、0，通過(guò)4511譯碼后，輸出端QG、QF、QE、

22、QD、QC、QB、QA分別為0、0、1、1、1、1、1，使數(shù)碼管顯示“6”。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問(wèn)題后，由主持人操作控制復(fù)位鍵0，使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。 當(dāng)按下鍵7時(shí)，4511的輸入端D、C、B、A分別為0、0、0、1，通過(guò)4511譯碼后，輸出端QG、QF、QE、QD、QC、QB、QA分別為1、1、1、0、0、0、0，使數(shù)碼管顯示“7”。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問(wèn)題后，由主持人操作控制復(fù)位鍵0，使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。 當(dāng)按下鍵8時(shí)，4511的輸入端D、C、B、A分別為1、0、0、0，通過(guò)4511譯碼后，輸出端QG、QF、QE、QD、QC、QB、QA分別為1、1、1、1、

23、1、1、1，使數(shù)碼管顯示“8”。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問(wèn)題后，由主持人操作控制復(fù)位鍵0，使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。 3.2.2　元器件的介紹 1．三極管介紹 三極管如圖3-4所示： 圖3-4　三極管PNP和NPN 2．三極管的功能： （1）三極管的輸出特性曲線：三極管有截止、飽和、放大三種工作狀態(tài)，對(duì)應(yīng)這三種工作狀態(tài)，可把三極管的輸出特性曲線簇分為三個(gè)區(qū)域，如圖（3-5）所示： 截止區(qū)即IB＝0這根曲線以下的陰影部分。三極管截止的條件是，集電結(jié)與發(fā)射結(jié)都處于反向偏置狀態(tài)。從圖中我們看到，當(dāng)IB＝0時(shí)，IC≠0，此時(shí)的IC叫穿電流ICEO，而且ICEO很小，它不受基極控制

24、，與放大無(wú)關(guān)。因此截止?fàn)顟B(tài)的特征是IB≤0、IC≈0、UCE≈UGB2相當(dāng)于集電結(jié)－發(fā)射結(jié)之間斷開，三極管失去放大作用。 飽和區(qū)即曲線左側(cè)的陰影區(qū)，包括曲線的上升和彎曲部分。三極管飽和的條件是，集電結(jié)與發(fā)射結(jié)都處于正向偏置狀態(tài)。飽和的特征是，UCE很低（即UCE≤UBE）IC不受IB控制，相當(dāng)于集電結(jié)－發(fā)射結(jié)之間短路接通，三極管也失去放大作用。 當(dāng)UCE＜UBE時(shí)，稱為深度飽和。由于集電結(jié)正偏，其內(nèi)電場(chǎng)很弱，對(duì)到達(dá)基區(qū)的電子吸引力不大，這時(shí)即使增IB，IC也幾乎不增大，此時(shí)各線靠攏，表示IC不受IB影響。而IC受UCE影響很大，UCE稍有增大，從基區(qū)到集電區(qū)的電子也增加，因此IC隨UCE增

25、大而增大，這就是曲線的上升部分。當(dāng)UCE＝UBE時(shí)，集電結(jié)處于零偏置，各曲線在這時(shí)開始彎曲，稱為臨界飽和。飽和時(shí)的集電極電流Ic=Ugb2/URc，由外電路參數(shù)Ugb2和URc決定。飽和狀態(tài)時(shí)的UCE叫飽和壓降UCES，晶體管手冊(cè)上一般列出在某個(gè)條件下的飽和壓降UCES，如3DG130C在IC＝300毫安時(shí)，UCES≤0.8伏。一般NPN型小功率硅管的UCES取0.3伏（對(duì)PNP鍺管?。?.1伏），大功率硅管在大電流工作時(shí)，UCES將大于1伏。有關(guān)三極管飽和與截止?fàn)顟B(tài)的運(yùn)用，我們?cè)诤竺娴臄?shù)字電路中還要討論。 放大區(qū)指飽和區(qū)和截止區(qū)所夾的中間部分，特性曲線是一組間距近似相等的平行直線簇。三極管

26、放大的條件是，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。當(dāng)UCE大于某一數(shù)值（約1伏）后，集電結(jié)電場(chǎng)已足夠強(qiáng)，使發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子絕大部分到達(dá)集電區(qū)。因此，在放大區(qū)，當(dāng)IB一定時(shí)，IC基本不隨UCE變化，即IC與UCE基本無(wú)關(guān)，這稱為三極管的恒流特性。IC主要由IB控制，IB每增加一定數(shù)量，特性曲線就向上移一次，IC的變化比IB的變化大得多，即ΔIC＝βΔIB，這正是三極管的放大作用。利用輸出特性曲線，只要知道三極管的IB、IC、UCE三個(gè)數(shù)值中的兩個(gè)，就能很方便確定另一個(gè)數(shù)值。若以實(shí)際工作時(shí)的UCE作垂線，就能算出基極電流變化值為ΔIB時(shí)，集電極電流的變化值ΔIC，從而計(jì)算出三極管電流放大系數(shù)β。曲線越平

27、坦，間距越均勻，表明三極管的放大線性越好，顯然，在相同的ΔIB下.ΔIC越大β值越高。三極管除了有對(duì)電流放大作用外,還有開關(guān)作用(即通、斷作用),當(dāng)基極加上正偏壓時(shí),NPN型三極管即導(dǎo)通處于飽和狀態(tài)及燈會(huì)亮,反之,三極管就不導(dǎo)通。 圖3-5　三極管的輸出特性曲線 2．七段共陰顯示數(shù)碼管 七段共陰顯示數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-6所示： 圖3-6　七段共陰顯示數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu) 功能介紹： LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類，將多只LED的陰極連在一起即為共陰式，而將多只LED的陽(yáng)極連在一起即為共陽(yáng)式。 以共陰式為例，如把陰極接地，在相應(yīng)段的陽(yáng)極接上正電源，該段即

28、會(huì)發(fā)光。當(dāng)然，LED的電流通常較小，一般均需在回路中接上限流電阻。在此設(shè)計(jì)中采用共陰數(shù)碼管。 3.3　報(bào)警電路 3.3.1　電路的設(shè)計(jì)及工作原理 1．報(bào)警電路原理圖如圖3-7所示： 圖3-7　報(bào)警電路 2．電路的工作原理： 電路組成：由二極管D13-D16,Q1,Q5,Q4,R9,R11,R10,C1,C2,以及蜂鳴器S1和型號(hào)為NE555組成。 CC4511在進(jìn)行對(duì)選手編碼的同時(shí)，電平信號(hào)經(jīng)過(guò)D13~D16給NE555提供一個(gè)脈沖信號(hào)，加到NE555的電源端，控制電平的輸出，在NE555定時(shí)器的3腳（輸出端）接揚(yáng)聲器。當(dāng)有人搶答時(shí)脈沖信號(hào)加到NE555定時(shí)器電源端，控制揚(yáng)聲

29、器發(fā)出聲音。聲響時(shí)間約為2s的“尖叫”聲。通過(guò)改變R11阻值，C1的容量來(lái)改變揚(yáng)聲器的發(fā)出聲音。 3．報(bào)警電路可分成兩部分： （1）NE555振蕩電路如圖3-8所示： 圖3-8 振蕩電路 工作原理： 由以上的電路可得連接的電路組成了一個(gè)振蕩器產(chǎn)生，只要有電平提供給NE555就產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)提供給揚(yáng)聲器發(fā)出聲響。 （2）電源控制電路如圖3-9所示： 圖3-9 電源控制電路 工作原理： 若有人搶答則從四只二極管輸出的高電平接入Q1的基極，電源V1經(jīng)過(guò)Q3使之導(dǎo)通加入Q4的基極Q4是開關(guān)管從發(fā)射極輸出的電壓約為5V提供給NE555芯片使之產(chǎn)生脈沖驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作發(fā)出聲響。

30、 3.3.2　元器件的介紹 1．NE555的芯片介紹 NE555內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-10所示： 圖3-10　NE555內(nèi)部結(jié)構(gòu) 工作原理：555定時(shí)器由3個(gè)阻值為5kΩ的電阻組成的分壓器、兩個(gè)電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電三極管TD和緩沖反相器G4組成。虛線邊沿標(biāo)注的數(shù)字為管腳號(hào)。其中，1腳為接地端；2腳為低電平觸發(fā)端，由此輸入低電平觸發(fā)脈沖；6腳為高電平觸發(fā)端，由此輸入高電平觸發(fā)脈沖；4腳為復(fù)位端，輸入負(fù)脈沖（或使其電壓低于0.7V）可使555定時(shí)器直接復(fù)位；5腳為電壓控制端，在此端外加電壓可以改變比較器的參考電壓，不用時(shí)，經(jīng)0.01μF的電容接地，以防止引入干擾；7腳為

31、放電端，555定時(shí)器輸出低電平時(shí)，放電晶體管TD導(dǎo)通，外接電容元件通過(guò)TD放電；3腳為輸出端，輸出高電壓約低于電源電壓1V—3V，輸出電流可達(dá)200mA，因此可直接驅(qū)動(dòng)繼電器、發(fā)光二極管、指示燈等；8腳為電源端，可在5V—18V范圍內(nèi)使用。555定時(shí)器工作時(shí)過(guò)程分析如下： 5腳經(jīng)0.01μF電容接地，比較器C1和C2的比較電壓為：UR1=2/3VCC、UR1=1/3VCC。 當(dāng)VI1＞2/3VCC，VI2＞1/3VCC時(shí)，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器置0，G3輸出高電平，放電三極管TD導(dǎo)通，定時(shí)器輸出低電平。 當(dāng)VI1＜2/3VCC，VI2＞1/3VCC時(shí)，

32、比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變，555定時(shí)器輸出狀態(tài)保持不來(lái)。 當(dāng)VI1＞2/3VCC，VI2＜1/3VCC時(shí)，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器兩端都被置1，G3輸出低電平，放電三極管TD截止，定時(shí)器輸出高電平。 當(dāng)VI1＜2/3VCC，VI2＜1/3VVCC時(shí)，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸?shù)碗娖?，基本RS觸發(fā)器置1，G3輸出低電平，放電三極管TD截止，定時(shí)器輸出高電平 2．蜂鳴器 按工作原理分類:按工作原理的不同，揚(yáng)聲器主要分為電動(dòng)式揚(yáng)聲器、電磁式揚(yáng)聲器、靜電式揚(yáng)聲器和壓電式揚(yáng)聲器等。 第四章　整機(jī)電路 4

33、.1　整機(jī)電路原理圖 由以上各單元電路組成整機(jī)電路如圖4-1所示： 圖４-1　整機(jī)電路原理圖 4.2　整機(jī)電路的工作原理 接通電源，譯碼器4511，4腳是消隱輸入控制端BI，BI=0(LT=1)則不管其它輸入狀態(tài)如何，7段數(shù)碼管處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)據(jù)，處于工作狀態(tài)，等待選手搶答。 比賽開始前，無(wú)人按下按鍵，這時(shí)電路不工作。當(dāng)主持人宣布搶答開始后，若有選手搶答，如5號(hào)選手首先按下按鍵，則該低電平信號(hào)立即送到譯碼器4511的信號(hào)輸入端（ABCD）進(jìn)行編碼0101，進(jìn)行BCD轉(zhuǎn)換，在QA到QG輸出信號(hào)輸出1101101。5號(hào)選手的開關(guān)信號(hào)通過(guò)4個(gè)二極管產(chǎn)生一個(gè)電平輸出，作為5

34、55定時(shí)器的一個(gè)輸入端信號(hào)，蜂鳴器發(fā)出聲響。另一路信號(hào)送給鎖存電路進(jìn)行所存，由4511的功能可能可得輸出的信號(hào)為1101101，使三極管能夠?qū)ǎ盘?hào)經(jīng)過(guò)發(fā)射極到地。此時(shí)二極管D17也導(dǎo)通電平輸入4511的5腳（LE）腳，產(chǎn)生一個(gè)高電平脈沖由4511的功能可知，當(dāng)LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的狀態(tài)，論輸入端為何種狀態(tài)，輸出端都一直保持原狀態(tài)，即完成鎖存的功能。也就是說(shuō)當(dāng)5號(hào)選手搶答之后，其他選手按鍵無(wú)效。 另外，電路中復(fù)位開關(guān)S與譯碼器4511的BI端相連，低電平有效，所以當(dāng)主持人按下復(fù)位開關(guān)后電路復(fù)位。圖中的S開關(guān)也是起清除作用，使顯示器重新顯示為0。所以當(dāng)

35、一輪搶答結(jié)束后，必須由主持人按下復(fù)位開關(guān)使電路復(fù)位后，方可再次搶答。 第五章　仿真與調(diào)試 5.1　Proteus的介紹 Proteus軟件是來(lái)自英國(guó)LABCEDTER electronics公司的EDA工具軟件Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動(dòng)或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的電路仿真是互動(dòng)的，針對(duì)微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實(shí)現(xiàn)軟件源碼級(jí)的實(shí)時(shí)調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等，您不需要?jiǎng)e的，Proteus為您

36、建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境！尤其重要的是Proteus LITE可以完全免費(fèi)，也可以花微不足道的費(fèi)用注冊(cè)達(dá)到更好的效果；功能最強(qiáng)的Proteus專業(yè)版也非常便宜，人人用得起，對(duì)高校還有更多優(yōu)惠。 Proteus組合了高級(jí)原理布圖、混合模式SPICE仿真,PCB設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。此系統(tǒng)受益于15年來(lái)的持續(xù)開發(fā),被《電子世界》在其對(duì)PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)的比較文章中評(píng)為最好產(chǎn)品—“The Route to PCB CAD”。Proteus 產(chǎn)品系列也包含了我們革命性的VSM技術(shù),用戶可以對(duì)基于微控制器的設(shè)計(jì)連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如LED/LC

37、D、鍵盤、RS232終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真。 其功能模塊：—個(gè)易用而又功能強(qiáng)大的ISIS原理布圖工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真； ARES PCB設(shè)計(jì)。PROSPICE 仿真器的一個(gè)擴(kuò)展PROTEUS VSM:便于包括所有相關(guān)的器件的基于微處理器設(shè)計(jì)的協(xié)同仿真。此外，還可以結(jié)合微控制器軟件使用動(dòng)態(tài)的鍵盤，開關(guān)，按鈕，LEDS甚至LCD顯示CPU模型。 Proteus(海神)的ISIS是一款LABCEDTER出品的電路分析實(shí)物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC，并支持單片機(jī)，元件庫(kù)齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)。 軟件的特點(diǎn)： 全部滿足我們

38、提出的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。 具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS-232動(dòng)態(tài)仿真、1C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。 目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。 支持大量的存儲(chǔ)器和外圍芯片?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大 ，可仿真51、AVR、PIC。 Proteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的

39、是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒(méi)有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過(guò)程和結(jié)果。對(duì)于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上講，是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。 5.2　電路的仿真 接通電源后，顯示器上顯示為“0”，如圖5-1所示。當(dāng)有選手搶答時(shí)，如5號(hào)選手最先按鍵，顯示器上顯示為“5”如圖5-2所示。 通過(guò)以上的電路可對(duì)電路進(jìn)行仿真，當(dāng)接通電源主持人按下復(fù)位開關(guān)時(shí)，電路工作，選手可進(jìn)行搶答，如5號(hào)選手按下?lián)霺5時(shí)信號(hào)一路信號(hào)經(jīng)過(guò)CC4

40、511鎖存譯碼電路送給數(shù)碼管顯示，和鎖存5號(hào)選手的序號(hào)。另一路則經(jīng)過(guò)D13到的D16送給電源控制電路，控制NE555定時(shí)器電源端使NE555產(chǎn)生脈沖信號(hào)推動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音需說(shuō)明的是改變R,C的阻值和容量可以改變蜂鳴器的音量大小。 搶答完成后由主持人按復(fù)位開關(guān)進(jìn)行清零，以便于為下一次搶答時(shí)做準(zhǔn)備。 圖5-1　搶答前 圖5-2　搶答后 總　結(jié) 本次我設(shè)計(jì)的題目就是搶答器電路設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)的原理圖主要是由搶答電路、譯碼與鎖存顯示電路、報(bào)警電路組成。即主持人說(shuō)開始，選手按搶答鍵時(shí)，能顯示先按選手的編號(hào)，同時(shí)報(bào)警電路并給予報(bào)警，并封鎖輸入電路禁止其他選手搶答，而且都是受節(jié)目主持人操作的控

41、制電路的控制下完成。思路清晰、邏輯合理，將個(gè)人所學(xué)的專業(yè)知識(shí)得到了全面的運(yùn)用，更提高了個(gè)人的專業(yè)知識(shí)水平。 經(jīng)過(guò)這半學(xué)期的努力，在老師和同學(xué)的幫助下終于徹底的做完了畢業(yè)設(shè)計(jì)的所有工作。在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中我收獲頗多，通過(guò)這次設(shè)計(jì)我也發(fā)現(xiàn)了自己不足之處。專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備量較少，計(jì)算機(jī)仿真軟件欠佳，我希望自己的這些不足能在今后的學(xué)習(xí)和工作中得到改善我能運(yùn)用已學(xué)的知識(shí)解決我在設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，使自己的動(dòng)手能力和思考解決問(wèn)題的能力得到了很大的提高。 在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中我查閱了很多的資料，并認(rèn)真的閱讀這些與我的設(shè)計(jì)相關(guān)的資料，從而我的專業(yè)涵養(yǎng)得到了提高，知識(shí)儲(chǔ)備量也有所增加，更加的培養(yǎng)了我獨(dú)立自主能力，為今

42、后的學(xué)習(xí)和工作做鋪墊。 參考文獻(xiàn) [1]　邱寄帆、唐程山　數(shù)字電子技術(shù)　北京　人民郵電出版社；2005 [2]　黃永定　電子線路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)　北京　機(jī)械工業(yè)出版社；2005 [3]　謝自美　電子線路設(shè)計(jì)　實(shí)驗(yàn)測(cè)試　武漢　華中科技大學(xué)出版社；2006 [4]　高建新、雷少剛　電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)　北京　機(jī)械工業(yè)出版社；2006 [5]　張有禮、韓愛(ài)娟　電子技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)　北京　師范大學(xué)出版社；2005 [6]　唐程山　數(shù)字電子技術(shù)　北京　人民郵電出版社；2005 [7]　李銀華　電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo)　北京　航空航天大學(xué)出版社；1985 [8]　何小艇　電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)　浙江　浙江大學(xué)出版

43、社；1994 附錄 1 元器件明細(xì)表 項(xiàng)目代號(hào) 名稱 型號(hào) 數(shù)量 備注 S1~S8 按鍵 BUTTON 8 D1~D18 二極管 DIODE 18 S 復(fù)位開關(guān) BUTTON 1 R1~R11 電阻 RES 11 C1~C2 電容 RES 2 RN1 排阻 RX8 1 LSI 蜂鳴器 SOUNDER 1 U1 鎖存譯碼器 CC4511 1 U2 定時(shí)器 NE555 1 U3 共陰極數(shù)碼管 7SEG 1 Q1~Q4 三極管 2N3O19 4 舊底圖總號(hào) 更改 標(biāo)記 數(shù)量 更改 單號(hào) 簽名 日期 底圖總號(hào) 擬 制 八路搶答器設(shè)計(jì) 審 校 日期 簽名 等級(jí)標(biāo)記 第1張 共1張 標(biāo)準(zhǔn)化 批 準(zhǔn)