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数电之四路抢答器设计详解

目录

前言

一、四路抢答器电路

二、各芯片功能及作用

1,74175 (4D触发器)

2,74192倒计数

3,CD4060

4, CD4532优先编码器

5,CD4511共阴、74247共阳数码管显示译码器

三、四路抢答器功能实现


前言

        今天来回顾一下四路抢答器的课程设计,理一理设计的思路要点,下面附上四路抢答器的电路图。

一、四路抢答器电路

电路构成:四路抢答器电路采用CD4511共阴极数码管显示译码器、74247共阳极数码管显示译码器、CD4532八线-三线优先编码器、74192异步可预置计数器、74175集成D触发器、CD4060 14位二进制串行计数器、7420二-四输入与非门以及7400四-二输入与非门构成

二、各芯片功能及作用

1,74175 (4D触发器)

  1. 1D~4D代表四位选手;
  2. \overline{CR}主持人控制端,也是74175的清零端。主持人不按下\overline{CR} =0禁止抢答;主持人按下\overline{CR} =1,允许抢答;
  3. CP端:为了能够区分四位选手抢答的快慢,CP接入的频率要高,因此74175的CP端接入CD4060的Q5(Q5输出五次分频的时钟脉冲,\frac{2^{15}}{2^{5}}=2^{10}=1024Hz);

2,74192倒计数

  1. 74192是可逆的十进制计数器,能够实现倒计时
  2. 主持人控制74192的11引脚\overline{LD}置数端(低电平有效
    1)\overline{LD}=0实现预置数,DCBA-1001,显示数字‘9’,准备从‘9’秒开始倒计时
    2)\overline{LD}=1不预置数,倒计时开始,74192实现减法计数,DN端接入时钟脉冲CP(Q14-2Hz)上升沿触发,UP置1
  3. 14引脚是清零端RD(高电平有效)RD=1清零,RD=0不清零(无效);

3,CD4060

  1. CD4060的作用:分频
  2. 10和11引脚之间接晶振32768Hz就是2的15次方,这里选用Q14输出端为74192的DN端提供CP时钟脉冲信号(上升沿触发);
  3. 输出端Q14指代的意思是32768Hz经过14次分频\frac{2^{15}}{2^{14}}=2^{1}=2Hz,输出2Hz的时钟脉冲信号;
  4. CD4060的Q14(第3引脚)输出2Hz,怎么变为1Hz?只需再接一个2分频电路
    1)可以T触发器,T接1,实现翻转功能,2Hz输入时钟端,输出就是2分频后的1Hz。
    2)可以JK触发器,J和K都接1,实现翻转功能,2Hz输入时钟端,输出也就是2分频后的1Hz。
  5. 12引脚是清零端RD(高电平有效)RD=1清零,RD=0不清零(无效);

4, CD4532优先编码器

  1. I1~I4代表1~4号选手,I0、I5~I7要接低电平,为什么?
    因为I5~I7的优先级高尤其是I7优先级最高,如果不接0,会对I7进行编码
  2. I0端为什么不能悬空?
    为I0端是输入端,悬空会对芯片有损害(用不到最好接低电平);
  3. EI端使能端,高电平有效,编码器才能开启,具有编码功能;
  4. GS端是编码标志位,GS=1表示正在编码,有选手抢答成功时输出1;

5,CD4511共阴、74247共阳数码管显示译码器

  1. CD4511是共阴数码管译码器;
  2. 74247是共阳数码管译码器;
  3. 5011A、5011B数码管,A表示共阴,B表示共阳共阴数码管公共端接低电平共阳数码管公共端接高电平
  4. CD4511输出端a~g高电平有效,74247输出端a~g低电平有效
  5. CD4511:这里采用不亮灯H,不灭灯H,不锁存L的接法
    1)\overline{LT}亮灯测试端,低电平有效;
    2)\overline{RBI}灭灯测试端,低电平有效;
    3)LE锁存端,高电平有效;
  6. 74247:这里采用不亮灯H,\overline{RBI}\overline{BI}/\overline{RBO}连接74192\overline{BO}的接法;当\overline{BO}=0时,灭灯L,消隐L(实现0消隐);当\overline{BO}=1时,不亮H,不灭H,正常工作;
    1)\overline{LT}亮灯测试端,低电平有效;
    2)\overline{RBI}灭灯测试端,低电平有效;
    3)\overline{BI}/\overline{RBO}是0消隐端(灭0),低电平有效;
  7. 1号选手抢答成功为什么显示9?
    因为CD4511的D3接了高电平,输出1001;
  8. 数码管和译码器之间的电阻是限流电阻有保护数码管,防止电流过大烧坏数码管的作用,限流电阻选择范围330~680Ω左右;

三、四路抢答器功能实现

        通过7400和7420与非门的逻辑进行控制;

  1. 主持人为0(没按下),74175清零不允许抢答,74192置数显示‘9’;主持人为1(按下),74175清零允许抢答,开始倒计时;
  2. 无选手抢答时,74175输出端1\overline{Q}~4\overline{Q}为高电平,有人抢答时(1D~4D有人抢答输入为1,1Q~4Q输出为1),74175输出端1\overline{Q}~4\overline{Q}为低电平。当有人抢答时,7420和7400与非门产生控制信号,控制74175的CP端(让CP端没有时钟脉冲,其他选手不允许抢答),并且共阴数码管显示抢答选手编号,同时控制74192的DN(CP)端(没有时钟脉冲,不允许倒计时),共阳数码管停在某个数(秒);
  3. 倒计时到‘0’时,无选手抢答,1D~4D输入为0,共阴数码管显示‘0’,共阳数码管显示‘0’,74192的\overline{BO}借位输出端产生低电平,送到与非门中,利用与非门的作用,产生控制信号,控制74175的CP端,让CP无时钟脉冲,所有选手不允许抢答,控制74192的DN端,让DN无时钟脉冲,使74192到‘0’停止,0消隐,共阳数码管灭;
  4. 主持人没开始,\overline{CR}\overline{LD}为0时,74175清零,74192预置数,选手不能抢答,共阴数码管显示‘0’,共阳数码管显示‘9’;

悦读

道可道,非常道;名可名,非常名。 无名,天地之始,有名,万物之母。 故常无欲,以观其妙,常有欲,以观其徼。 此两者,同出而异名,同谓之玄,玄之又玄,众妙之门。

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