楼道触摸延时节能灯设计（含PCB图）电子技术课程设计.doc

课程设计说明书课程名称： 电子技术课程设计 专业： 测控技术与仪器 班级： 073052 姓名： 学号： 指导教师： 成绩： 完成日期： 2009 年 1 月 14 日任 务 书题目：楼道触摸延时节能灯设计内容及要求：设计触摸延时开关式节能灯，手触摸开关的感应金属片后，灯立即点亮。人通过楼道一定时间后，灯自动熄灭。设计要求1、设计出楼道触摸延时节能灯的电路图。2、说明电路的组成结构和电路的工作原理。3、计算满足要求的各元器件的数值及选择的实际元件的型号。4、用元件连接成电路，并调试成功。5、研究灯点亮延迟时间的调整。列出灯点亮延迟时间10秒、30秒、60秒、90秒、120秒、180秒时，有关元件的数据。设计环境：在面包板上用元件连接电路，并用实验室的仪器进行调试。实现目标：1、完成电路的连接，并调试成功。2、完成课题研究内容。任 务 书题目：声控闪光电路设计内容及要求：设计声控闪光电路。声音控制灯的闪光，灯的闪光随声音的强度改变亮度和闪光时间。设计要求：1、设计出声控闪光电路的电路图。2、说明电路的组成结构与工作原理。3、计算满足要求的各元器件的数值及选择的实际元件的型号。4、用元件连接成电路，并调试成功。设计环境： 在面包板上用元件连接电路，并用实验室的仪器进行调试。实现目标：完成电路的连接，并调试成功。任 务 书题目：彩灯循环显示电路设计内容及要求：设计彩灯循环显示电路。控制十只彩灯顺序轮流点亮，并且一直循环。暂停按钮控制循环停止与循环继续。设计要求 1、设计出彩灯循环显示控制电路的电路图。2、说明电路的组成结构和电路的工作原理。3、计算满足要求的各元器件的数值及选择的实际元件的型号。4、用元件连接成电路，并调试成功。5、研究循环速度的调整方法。设计环境： 在面包板上用元件连接电路，并用实验室的仪器进行调试。实现目标：1、完成电路的连接，并调试成功。2、完成课题研究内容。任 务 书题目：抢答器设计内容及要求：设计抢答器电路。抢答器有四路输入，抢答器有复位功能，最先抢答一路为红灯显示和声音显示，同时互锁其它各路输入。设计要求：1、设计出抢答器的电路图。2、说明电路的组成结构与工作原理。3、计算满足要求的各元器件的数值及选择的实际元件的型号。4、用元件连接成电路，并调试成功。5、研究如何加入抢答显示功能，用数码管显示第几路优先抢答。 设计环境： 在面包板上用元件连接电路，并用实验室的仪器进行调试。实现目标：1、完成电路的连接，并调试成功。2、完成课题研究内容。目 录1 楼道触摸延时节能灯11.1 总体方案的选择11.1.1 触摸感应电路的选择11.1.2 开关电路的选择11.1.3 定时电路的选择11.1.4 触摸延时开关的整体电路21.2 电路的工作原理21.3 元件的计算及选择31.3.1 触摸感应电路元件的选择31.3.2 开关电路元件的选择31.3.3 定时电容的选择41.4 元件表41.5 组装与调试51.5.1 触摸感应电路的组装与调试51.5.2 开关电路的组装与调试51.5.3 定时电路的组装与调试51.6 灯点亮延迟时间调整的研究52 声控闪光电路62.1 总体方案的选择62.1.1 发声电路的选择62.1.2 控制电路的选择62.1.3 发光电路62.1.4 声控闪光电路的电路72.2 电路的工作原理72.3 元件的计算及选择82.3.1 发声电路的选择82.3.2 控制电路的选择82.3.3 发光电路的选择82.4 元件表92.5 组装与调试92.5.1 发声电路的组装与调试92.5.2 控制电路的组装与调试92.5.3 发光电路的组装与调试92.6 对本题目的研究内容103 彩灯循环显示电路113.1 总体方案的选择113.1.1 振荡电路的选择113.1.2 计数器/译码分配器的选择113.1.3 显示电路的选择123.1.4 彩灯循环显示电路123.2 电路的工作原理133.3 元件的计算及选择133.3.1 振荡电路元件的选择133.3.2 计数器/译码分配器元件的选择143.3.3 显示电路元件的选择143.4 元件表153.5 组装与调试153.5.1 振荡电路的组装与调试153.5.2 计数器/译码分配器的组装与调试153.5.3 显示电路的组装与调试153.5.4 电路调试的注意事项153.5.5 故障分析与处理164 四路抢答器174.1 总体方案的选择174.1.1 四路抢答器总体方案的设计174.1.2 四路抢答器的四个组成部分174.1.3 抢答电路的选择174.1.4 自锁电路的选择184.1.5 报警电路的选择184.1.6 时序控制电路194.1.7 四路抢答器的整体电路194.2 电路的工作原理204.2.1 芯片简介204.2.2 原理214.3 元件的计算及选择214.3.1 抢答电路的选择214.3.2 自锁电路的选择214.3.3 振荡电路的选择214.3.4 时序控制电路的选择214.4 元件表224.5 组装与调试224.5.1 按电路图接线224.5.2 单元电路检测234.5.4 系统连调23附录A24附录B25附录C26附录D27附录E28附录F291 楼道触摸延时节能灯1.1 总体方案的选择三个组成部分：触摸感应电路，开关电路和定时电路。1.1.1 触摸感应电路的选择VT1为NPN，VT2为NPN，当M端悬空时，电信号为低电平，VT1，VT2处于截止状态；当M端导通，电信号为高电平，VT1处于放大状态，VT2处于饱和状态。电路如图1.1所示：图1.1 触摸感应电路图1.1.2 开关电路的选择VT3为PNP型三极管，悬空时VT3处于截止状态。导通时，VT3处于饱和状态。电路如图1.2所示：图1.2 开关电路图1.1.3 定时电路的选择由电容C，R2和R3组成。电路如图1.3所示：图1.3 定时电路图1.1.4 触摸延时开关的整体电路把以上选择的各部分电路组合，就是确定的触摸延时开关的整体电路 ，如图1.4所示：图1.4 触摸延时开关电路图1.2 电路的工作原理触摸感应电路的作用是将人体触摸转换成电信号，无触摸时电信号为低电平，有触摸时电信号为高电平。人体本身带有一定电荷，当人的手接触导体时，这些电荷就经人体转移到导体上，形成瞬间的微弱电流。这一微弱电流经过三极管放大后，就可以控制较大的负载开关动作。此电路是由金属片M，三极管放大RC延时及三极管开关电路构成的触摸延时电路。VT1和VT2组成直接耦合的两级放大电路，VT3构成开关电路。当无触摸时，电信号为低电平，金属片M和限流电阻R6接在VT1的基极，当悬空时，VT1的发射结反偏，集电结反偏,所以VT1处于截止状态,VT2的发射结反偏，集电结反偏,VT2处于截止状态，因此VT3也截止，LED中无电流流过而不发光。当人手触摸金属片M时，电信号为高电平,人体电荷经R6流入VT1基极，VT1迅速导通将此瞬间电流放大后驱动VT2饱和导通，使VT2的集电极电位降为低电平，并使VT3也随之导通，LED中有电流流过而发光。此时，VT1的发射结正偏,集电结反偏,所以VT1处于放大状态,VT2的发射结正偏,集电结正偏,所以VT2处于饱和状态。VT3同理VT2，处于饱和状态。在VT2瞬间饱和和导通的同时，集电极电流对电容C快速充电至接近12V，但瞬间电流消失后，VT1和VT2截止，由于C分别与R3和VT3发射结及R2构成放电回路的时间常数较大，使C所储存的电荷放电比较慢，VT3在一段时间内仍保持导通，LED继续发光，知道VT3的集电极电流减小到不足以使LED发光。VT3导通的延迟时间主要由R2，R3和C的大小决定。如要进一步增大延迟时间，可加大C容量。除上述主要因素外，VT2的值大小.空气的适度对延迟时间也有影响，为保触摸时VT2迅速饱和，VT2管选择值大的9013。在实际应用中，用继电器.可控硅等执行原件取代R4，R5和LED，就可控制较大的负载。1.3 元件的计算及选择1.3.1 触摸感应电路元件的选择（1）三极管的选择为提高感应电路的灵敏度,VT2应选高的三极管；VT1选择穿透电流（ICEO）小的三极管，否则不触摸时，也会使VT2导通工作。（2）电阻的选择 R2应尽量大，这样才能使当有微弱的触摸信号时电路就达到饱和。R2也是组成放大回路的元件，所以R2必须很大，R2取2.2M。VT2的集电极临界饱和电流: Ics=Ucc/=12/2200=0.005mA (1.1)VT2的基极临界饱和电流: IBS=Ics/=0.005/100=0.05µA (1.2) 为保证VT1顺利导通，放大感应电流，并使其工作在放大状态，所以R1取值1K，R6起保护作用，取1M。1.3.2 开关电路元件的选择（1）发光二极管的驱动电流发光二极管的工作电流为5-10mA，导通压降为2-3V，R5为限流电阻约为300。（2）为使VT3导通时能向发光二极管提供足够的驱动电流，VT3由截止转换为饱和，R4应取足够大，约为51K。（3）VT3导通时，ICS为发光二极管的驱动电流10mA。IBS=Ics/=10/100=0.1Ma (1.3)IBIBS时，保证VT3饱和导通，IB取0.11mAR3=(12-0.6-0.3)/0.11100K (1.4)1.3.3 定时电容的选择电容的放电回路为R2，R3 与C组成。时间常数为： (1.5)当时间为时,电容基本放电完毕，C=30/3(R2/R3)105µF (1.6)取C=100µF。1.4 元件表表1.1 触摸延时开关元件表元件名称符号型号数量三极管NPNVT3DG61三极管NPNVT90131三极管PNPVT90121电阻R11K1电阻R22.2M1电阻R3100K1电阻R451K1电阻R53001电阻R61M1电阻R71K1电解电容C100/16V1发光二极管LED任意11.5 组装与调试1.5.1 触摸感应电路的组装与调试首先连接VT1，VT2，R1，R2，R6，R6悬空端连接一段导线代替金属片M。接电源后，用电压表测量VT2的集电极电位，在手触摸M前后的变化，手触摸M前为高电平，手触摸M后为的电平。1.5.2 开关电路的组装与调试前步调试好后，断开电源。再连接VT3，R3，R4，R5，LED通电后，用手触摸M，LED应点亮。1.5.3 定时电路的组装与调试前步调试好后，断开电源。最后连接C。通电后，用手触摸M，LED点亮后持续一段时间后熄灭。1.6 灯点亮延迟时间调整的研究（1）论述灯点亮延迟时间与哪些元件有关？答：调整元件C、R2，R3将影响灯点亮延迟时间。（2）列出LED点亮延迟时间10S，30S，60S，90S，120S，180S时，R2 =3M，R3=150K元件取值的测试数据，见表1.2所示：表2.2 元件取值表CR3R2延迟时间20F150K3M10s60F150K3M30s120F150K3M60s180F150K3M90s240F150K3M120s360F150K3M180s2 声控闪光电路2.1 总体方案的选择声控闪光电路包括三个组成部分：发声电路、控制电路、发光电路。2.1.1 发声电路的选择发声电路的作用是将人的声音信号转化为相应的电信号，然后经电容C1送到电路中，完成此功能只要一个电阻和一个电容。电路如图2.1所示：图2.1 发声电路图2.1.2 控制电路的选择控制电路的作用是把电信号经电容C1送至三极管VT1基极进行放大VT1、VT2组成两级直耦式放大器，选取合适的R2与R5使无声波信号时VT1刚好处于导通状态，VT1集电极即VT2基极为低电平有声波信号后就有音频信号注入VT1的基极，其信号负半周就使VT1退出饱和区其集电极即VT2基极电位升高，VT2导通。电路如图2.2所示：图2.2 控制电路图2.1.3 发光电路发光电路的选择是无声波信号时，发光二极管不亮，光接受到声波信号后发光二极管就点亮发光。电路如图2.3所示：图2.3 发光电路图2.1.4 声控闪光电路的电路把以上选择的各部分电路组合，就是确定的声控闪光电路，如图2.4所示：图2.4 声控闪光电路图2.2 电路的工作原理声控闪光电路主要由拾音器，晶体管两极直接耦合放大电路和发光二极管等构成。静态时，VT1处于临界饱和状态，=0.3V，Vbe2=0,所以VT2截止，那么Vcc，所以LED不发光。R1给电容话筒MIC提供偏置电流，当话筒拾取室内环境中的声波信号后即转为相应的电信号，经电容R1送至VT1基极进行放大。VT1、VT2组成两级直接耦合放大电路，电路虽然简单，但设计巧妙。选取合适的R2、R5，使无声波信号时，就有音频信号注入VT1的基极，其信号的负半周将使VT1退出饱和，VT1的集电极即VT2的基极电位升高，VT2导通，LED点亮发光。当输入音频信号较弱时，不足以使VT1退出饱和区，LED仍保持熄灭状态。只有信号较强时，发光二极管才点亮发光。所以，LED能随着环境声音（如音乐）信号的强弱起伏而闪烁发光。2.3 元件的计算及选择2.3.1 发声电路的选择只需微型MIC和使交流信号通过的电容R1，取4.7K和C1取1。2.3.2 控制电路的选择（1）三极管的选择为使声控闪光电路的灵敏度高，VT1应选择值高的三极管VT2选择穿透电流小的三极管，否则没有声音的时候VT1也将退出饱和状态。（2）电阻的选择为使声控闪光电路可靠的工作只要有微弱的声音VT1就到达饱和状态，电阻R2必须很大所以选1M。VT1的集电极饱和电流 (2.1)为使VT1工作在放大状态所以R3选10K，R4起分压的作用几K范围内即可，所以选4K。2.3.3 发光电路的选择发光二级管的工作电流为5-10mA，导通压降为2-3V为使VT2导通时能向发光二极管提供足够的驱动电流并使VT2很容易由截止转换成饱和状态，R3取10K。2.4 元件表表2.1 声控闪光电路元件名称符号型号数量电阻R14.7K1电阻R21M1电阻R310K1电阻R44 K1电容C111电容 C2471三极管VT190131三极管VT290131发光二极管LED任意2麦克MIC任意12.5 组装与调试2.5.1 发声电路的组装与调试麦克的灵敏度和三极管的放大倍数值是有一定的离散性的，离话筒0.5米左右，用普通大小声音讲话。2.5.2 控制电路的组装与调试通电后先测试VT1的集电极电位，使其在0.2-0.4V之间，如果该电压太低，则施加声音信号后，VT1不能退出饱和，VT2则不能导通；如果该电压超过VT2的死区电压，则静态时VT2就导通。2.5.3 发光电路的组装与调试连通电源后，发现发光二极管并没有发光，先用万用表检测发光二极管有没有损坏，若没有，在检测发光二极管的正负有没有接反。待发光二极管亮了以后，发现它并没有因为声音的大小而引起发光二极管的变化，于是又用万用表测了扬声器有没有坏，也没坏；检查电路是否都导通。用万用表连接扬声器的一端，扬声器没有响，说明没有焊接好，重焊，在检测。最后当人的说话声低于一定值时，彩灯不亮；当人的说话高低于一定值时，彩灯会随着声音的有无而不断的闪烁。说明设计完成。2.6 对本题目的研究内容 (1)针论述灯点亮延时时间与哪些元件有关？答：调整元件C、将影响灯点亮延迟时间。(2)对该电路的看法答：声控闪光电路是通过改变声音的大小和电路中电阻的阻值来完成的。由于R2的阻值交大，所以我们可以改变的R2阻值，为了方便起见可以在其中接滑动变阻器RP，将RP从小到大慢慢改变，观察现象。 3 彩灯循环显示电路3.1 总体方案的选择三个组成部分：振荡电路，计数器译码分配器，显示电路。3.1.1 振荡电路的选择主要用来产生时间基准信号（脉冲信号）。因为循环彩灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉冲信号的频率可调，所以采用555定时器组成的振荡器，其输出的脉冲作为下一级的时钟信号，如图3.1所示图3.1 555定时器组成的振荡电路图3.1.2 计数器/译码分配器的选择计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部件。在此电路中采用十进制计数分频器CD4017，它是一种用途非常广泛的电路。其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、O2、O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。CD4017有3个输（MR、CP0和CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平，其余输出端（O1O9）均为低电平。CP0和CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由CPl端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。CD4017有10个输出端（O0O9）和1个进位输出端O5- O9。每输入10个计数脉冲，O5- O9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。图3.2 CD4017引脚图3.1.3 显示电路的选择主要由发光二极管组成，如图3.3所示。当CD4017的输出端依次输出高电平时,驱动发光二极管也依次点亮，产生一种流动变化的效果。发光二极管要求驱动电压小一点，一般在1.66 v左右，电流在5 mA左右。彩灯的循环速度由脉冲源频率决定。R、C构成微分电路，用于上电复位。如有兴趣也可以把发光二极管换成各种颜色的彩灯，这样循环起来就更加好看了。图3.3 CD4017与发光二极管组成的显示电路3.1.4 彩灯循环显示电路把以上选择的各部分电路组合，就是确定的彩灯循环电路，如图3.4所示：图3.4 彩灯循环电路图3.2 电路的工作原理通电后电容经，充电，当大于2/3Vcc时，放电管导通，开始放电；当上的电压小于1/3Vcc时，放电截止。电容又开始充电。OUT从101振荡起来。放电回路：Vcc 0.7(/) (3.1)放电回路：放电管的集电极 （3.2）IC是一块十进制计数分频器CD4017数字集成电路，当CP端不断输入计数脉冲时，其输出端QO一Q9将会依次输出高电平，从而使晶闸管依次开通，所以彩灯VL1VL10就会依次循环点亮，在视觉上就能形成流动感。时钟脉冲发生器由555时基集成电路IC 组成，用555构成多谐振荡器，是自激振荡电路，只要接通电压便可起振输出矩形脉冲信号，它只有两个整态，没有稳态，输出脉冲由第3脚输出直接送人IC的CP端，即第14脚，作为IC的计数脉冲。3.3 元件的计算及选择3.3.1 振荡电路元件的选择用CC4011与非门和0.01uF的小电容与68K的小电阻构成RC振荡电路。其中CC4011的电压范围为3-15v,输入电压为0-VDDv. 3.3.2 计数器/译码分配器元件的选择计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部件。在此电路中采用十进制计数分频器CD4017，它是一种用途非常广泛的电路。其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、O2、O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。CD4017有3个输（MR、CP0和CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平，其余输出端（O1O9）均为低电平。CP0和CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由CPl端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。CD4017有10个输出端（O0O9）和1个进位输出端O5- O9。每输入10个计数脉冲，O5- O9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。3.3.3 显示电路元件的选择彩灯循环的周期TTwh=0.7(R1+R2)*C (3.2)Twl=0.7R2*C (3.3)T=Twh+Twl=0.7(R1+2R2)* (3.4)3.4 元件表表3.1 彩灯循环显示电路元件表元件名称符号型号数量电阻R110K1电阻R2100K1电阻R318K1电阻R43001电容C14.71电容C20.011电容C30.11开关SB1发光二极管VL11010555定时器NE5551计数器C401713.5 组装与调试3.5.1 振荡电路的组装与调试按多谐振荡电路工作的原理图接好。接通电源，看多谐振荡电路是否正常工作，如果不工作检查RD端是否接高电平，RD端只有接高电平时555才工作。3.5.2 计数器/译码分配器的组装与调试选用CD4017十进制计数器来进行十个彩灯的循环。3.5.3 显示电路的组装与调试前步调好后断开电源，按计数器CD4017的工作原理图把十只发光二极管接入电路中，通电后，十只发光二极管循环点亮。3.5.4 电路调试的注意事项第一： 测试之前要熟悉各种仪器仪表的使用方法，并仔细检查，避免由于仪器仪表使用不当或出现故障而作出错误的判断；第二： 测试过程中，发现器件或接线有问题时，应首先切断电源，并作出相应的处理，检查无误后才能从新通电；第三： 测试仪器仪表和被测电路应具有良好的共地。只有使仪器仪表和电路之间建立一个公共地参考点，测试的结果才准确；第四：测试过程中，不但要认真观察和检测，还要认真记录；第五：安装调试应具有严谨的科学作风和态度。3.5.5 故障分析与处理在电子技术课程设计和工程实践中，电路故障常常是不可避免的，分析故障现象和解决故障问题可以大大设计人员的实践和动手能力，首先要通过对原理图的分析，把系统分成不同功能的电路模块，通过逐一测试找出故障所在区域，然后根据该区域的原理在进行测量和分析，找出故障原因。 如果是原来正常运行的设备出现故障，起原因可能是元件损坏造成，或者发生局部短路或开路，也可能是使用条件发生变化影响电子设备的正常运行。1测试中常见的故障原因 a.实际电路与设计的原理图不符 b.元件不当 c.设计原理不满足要求 d.操作不当2查找模块内部故障的基本步骤如下： 第一步：检查用于测量的仪器仪表是否适当； 第二步：检查安装的线路与原理图是否一致； 第三步：测量元件的电压； 第四步：断开故障输出端负载，检查是否由于负载原因造成的故障； 第五步：检查元件是否使用正确或已经损坏。4 四路抢答器4.1 总体方案的选择4.1.1 四路抢答器总体方案的设计抢答器具有锁存、定时、显示和报警功能。即当抢答开始后，选手抢答按动按钮，锁存器锁存相应的选手编码，同时用发光二极管把选手的编码显示出来，接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯；主持人将开关置“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答。如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。4.1.2 四路抢答器的四个组成部分抢答电路, 自锁电路,报警电路,时序控制电路。4.1.3 抢答电路的选择该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁定优先抢答者的编号，同时发光二极管显示电路显示抢答的选手；二是要使其他选手随后的按键操作无效。其工作原理为：当主持人控制开关处于“清除”时，CP 端为低电平，四个输出端全被封锁在低电平，于是显示器灭灯,此时锁存电路不工作。当主持人将开关SB拨到“开始”时优先编码器和锁存器同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待编码器的四个输入端输入信号。当有选手按键时，CC4042的输出经译码后，对应的发光二极管显示所按键选手。其他选手按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性及抢答电路的准确性。当选手回答完毕，主持人控制开关SB是抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。电路如图4.1所示：图4.1 抢答电路原理图4.1.4 自锁电路的选择CC4042的四个锁存器电路，由公共时钟选通，每个电路有互补缓冲输出，所有输出电特性一致，输入端的数据在由M选择的CP电平期间传送至Q，输出端，当M0，在0CP电平期间传送；M=1，为1CP电平期间传送，在上述定义的M和CP电平同时存在时，输出跟随数据输入。当CP电平转换时（M=0，为正；M1，为负）输入端数据在CP转换期间保持在输出端，直至CP电平发生相反转换。电路如图4.2所示：图4.2 自锁电路原理图4.1.5 报警电路的选择CC4011是二输入正向逻辑与非门，CC4011所有输入和输出经过缓冲，改善了输入/输出传输特性，使得由于负载容量的增加而引起的传输期间的变化维持到最小，当输入为高电平时，电路振荡，蜂鸣器发声，反之，电路停振，蜂鸣器不发声。电路如图4.3所示： 图4.3 报警电路原理图4.1.6 时序控制电路时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：（1）主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。（2）当参赛选手按动抢答键时，对应的发光二极管点亮，抢答电路停止工作。电路如图4.4所示：图4.4 时序控制电路图4.1.7 四路抢答器的整体电路把以上选择的各部分电路组合，就是确定的抢答器电路，如图4.5所示： 图4.5 四路抢答器电路图4.2 电路的工作原理4.2.1 芯片简介(1)CC4042 CC4042的四个锁存器电路，由公共时钟选通，每个电路有互补缓冲输出，所有输出电特性一致，输入端的数据在由M选择的CP电平期间传送至Q，输出端，当M0，在0CP电平期间传送；M=1，为1CP电平期间传送，在上述定义的M和CP电平同时存在时，输出跟随数据输入。当CP电平转换时（M=0，为正；M1，为负）输入端数据在CP转换期间保持在输出端，直至CP电平发生相反转换。如图4.6所示： 图4.6 芯片CC4042引脚图(2)CC4011 CC4011引脚图如图4.7所示：图4.7 芯片CC4011引脚图4.2.2 原理连通电路时先按SB为复位端，CC4011的1为选通门，当无人按抢答键抢答时，四个发光二极管不亮，蜂鸣器不响。当有人按抢答键抢答时，1脚输入为高电平，蜂鸣器发声,，抢答的选手发光二极管点亮。每次抢答结束都要按SB复位端。4.3 元件的计算及选择4.3.1 抢答电路的选择将四个开关接入CC4042的四个输入端,用C1的绝大部分导地,所以我们选100大电容,并选四个10K电阻起保护作用。4.3.2 自锁电路的选择选一个开关控制CP的电位,用四个三极管封锁电路。4.3.3 振荡电路的选择CC4011为与非门,它的电压范围为3-15V,输入电压为0V。选0.01的小电容与68K的小电阻构成RC振荡电路。4.3.4 时序控制电路的选择选四个1K的小电阻作为发光二极管的限流电阻。4.4 元件表表4.1 四路抢答器元件表元件名称符号型号数量电阻R1R4,R910K5四D锁存器CC40421电容C1101电容C20.011电阻R5R81K4电阻R10100K1电阻R1168K1二极管VD1VD44发光二极管VL1VL44四2输入与非门CC40111开关SB,SB1SB45蜂鸣器HTD14.5 组装与调试4.5.1 按电路图接线连接好电路，电源电压+5V, POL与GND连接，所以CP=0有效。当按下SB,芯片复位，测得：开关连接4042芯片的输入端与地之间的电压为0V，4042的输出端端的电压为0V，CP电压为0，两端电压为0V，右侧结点与地电压为0V，=4.94V(的输出端为负，的输入端为正)，蜂鸣器两端电压为0V。当抢答时，其中的第一个到达者的4042输入端Dx电压即为5.05V，其余的仍为0，对应的第一个到达者的输出端Qx电压=3.89V，其余的仍为0，此时CP端电压为3.44V，两端电压仍为0，右侧结点与地电压为3.44V，=1.95V(此时电容开始放电)，蜂鸣器两端电压变为0.21V。蜂鸣器响，其中的第一个到达者对应的发光二极管亮。而对随后到来的其他信号不再作出反应。4.5.2 单元电路检测观察选手抢答时锁存器输出是否控制其时钟脉冲的通断，从而判断是否自锁了其他选手的抢答信号。抢答信号到BCD码的转化可将转化逻辑的输出与真值表对照检查，看设计是否正确。扬声器受主持人开始、抢答信号、计时器到零控制，可分别检测。4.5.4 系统连调给整个系统上电，主持人给开始信号，对选手给抢答和没有抢答分别进行测试，观察定时显示和抢答显示的显示结果。附录A图A1 触摸延时开关原理图附录B图B1 声控闪光电路原理图附录C图C1 彩灯循环显示电路原理图附录D图D1 四路抢答器电路原理图附录E图E1 四路抢答器PCB图附录F图F1 彩灯循环PCB图