915154015八路搶答器的畢業(yè)設(shè)計(jì)（含PCB板）

1、八路搶答器目錄前 言1第一章方案論證與總體設(shè)計(jì)21. 1 提出方案21.2 方案比較21.3 確定方案及工作原理3第2章 搶答器單元電路設(shè)計(jì)52.1 開關(guān)、編碼電路52.1.1開關(guān)、編碼電路的組成52.1.2 開關(guān)、編碼原理62.2 譯碼顯示電路62.2.1 譯碼顯示電路的組成62.2.2 譯碼顯示原理72.3鎖存、復(fù)位電路及工作原理102.3.1 鎖存器的定義102.3.3復(fù)位原理112.3.4 防作弊原理112.3.5鎖存原理112.4 聲音提示電路122.4.1 聲音提示電路的選擇132.4.2工作過程13第3章 各集成塊基本功能及電路圖143.1 cd4511引腳圖及功能143.1.1

2、 基本描述143.1.2 cd4511的引腳143.1.3 鎖存功能153.1.4 譯碼功能153.1.5 消隱功能163.2 cd4068 8輸入與非門/與門163.2.1 基本描述163.2.3引腳圖(34)與輯表達(dá)式16第4章 數(shù)顯搶答器電路元器件分析174.1電阻器174.1.1 電阻器基本知識(shí)介紹174.1.2 電阻的種類184.2 電容器184.2.1電容器的相關(guān)特性及作用194.2.2識(shí)別方法194.2.3電容器的分類204.3 晶體管204.3.1 基本知識(shí)204.3.2 晶體管的檢測(cè)方法：214.4 三極管234.4.1 極限參數(shù)234.4.2 三極管的特性曲線24三極管的共

3、發(fā)射極電路（圖4-10）244.4.3判斷三極管的引腳264.5蜂鳴器及種類26第5章 數(shù)顯搶答器電路的連接、系統(tǒng)調(diào)試和完善275.1對(duì)電路板布局275.2電路的連接與調(diào)試285.2.1 開關(guān)、編碼電路的連接、調(diào)試285.2.2 譯碼顯示電路的連接、調(diào)試285.2.3 鎖存電路的連接、調(diào)試295.2.4 復(fù)位電路連接、調(diào)試295.2.5 聲音提示電路的連接、調(diào)試295.3 生成pcb板30第6章 結(jié)束語(yǔ)316.1 論文總結(jié)31參考文獻(xiàn)、資料索引32致謝33前 言在電子科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，高科技產(chǎn)品越來越多的應(yīng)用在我們的日常生活中，每時(shí)每秒我們都能感受到產(chǎn)品的更新?lián)Q代。產(chǎn)品乃至技術(shù)革新的日新

4、月有都讓人對(duì)以相信。象日常我們工作所用的電腦、手機(jī)等等，這些高科技產(chǎn)品給我們帶來了極大的方便，但這要?dú)w功于科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展。數(shù)顯搶答器是我們所要的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。數(shù)顯搶答器整個(gè)電路包括開關(guān)編碼電路、譯碼顯示電路、鎖存控制電路、復(fù)位控制電路和聲音提示電路五部分。數(shù)顯搶答器涉及到模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)和電路分析中的相關(guān)知識(shí)。本文介紹的八路數(shù)顯搶答器電路設(shè)計(jì)新穎具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、操作方便、靈敏可靠等優(yōu)點(diǎn),經(jīng)使用效果良好,具有較高的推廣價(jià)值，適用于工廠、學(xué)校和電視臺(tái)等單位常舉辦各種智力競(jìng)賽,為競(jìng)賽的公平公正提供有利的保證。第一章方案論證與總體設(shè)計(jì)1. 1 提出方案本設(shè)計(jì)是一個(gè)數(shù)字電路設(shè)計(jì)

5、題，可提出兩種方案。方案由coms系列數(shù)字集成電路：cd4511、cd4068及少數(shù)外圍電路組成。方案由ttl系列數(shù)字集成電路：74ls248、74ls04、74ls32、74ls116及少數(shù)外圍電路組成。兩種電路原理方框圖一樣（見圖11），其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“清除”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈；主持人將開關(guān)置于“開始”狀態(tài)，搶答器開始工作。選手在搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示。當(dāng)一輪搶答之后，如果再次搶答必須由主持人再次操作“清除”和“開始”狀態(tài)開關(guān)。圖111.2 方案比較兩種方案的設(shè)計(jì)原理相同，只是用的集成電路不同。ttl 雙極器件、電

6、源電壓5v、速度快數(shù)ns、功耗大ma級(jí)、負(fù)載力大，負(fù)載以ma計(jì)，不用端多半可不做處理。cmos 單級(jí)器件、電源電壓可到15v、速度慢幾百ns，功耗低省電ua級(jí)、負(fù)載力小以容性負(fù)載計(jì)，不用端必須處理。設(shè)計(jì)便攜式和電池供電的設(shè)備多用cmos芯片，對(duì)速度要求較高的最好選用ttl中的74sxxx系列.1.3 確定方案及工作原理本電路對(duì)速度要求不大，故選用cmos型數(shù)字集成塊來組成搶答器。本搶答器通過十分巧妙的設(shè)計(jì)僅用兩塊數(shù)字芯片便實(shí)現(xiàn)了數(shù)顯搶答的功能，與其他搶答器電路相比較有分辨時(shí)間極短、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、制作方便等優(yōu)點(diǎn)，并且還有防作弊功能。 其原理見圖12所示，sb1sb9為9個(gè)搶答按鍵，cd451

7、1是bcd碼7段譯碼器，cd4068是八輸入與非門，vd1vd11起對(duì)輕觸按鍵進(jìn)行編碼的作用。初始狀態(tài)下，cd4511驅(qū)動(dòng)led數(shù)碼管顯示0，即a、b、c、d、e、f這六個(gè)筆畫為，g筆畫為0。現(xiàn)將g筆畫信號(hào)用三極管反相，把0對(duì)應(yīng)的筆畫信號(hào)變?yōu)槿?，然后將這些筆畫信號(hào)送給八輸入與非門cd4068。根據(jù)與非門的邏輯關(guān)系可知cd4068輸出為0，這樣7段譯碼器cd4511就處在了譯碼狀態(tài)。因?yàn)槌?外的其他數(shù)字對(duì)應(yīng)的筆畫信號(hào)不全為，不能使cd4068輸出，也不能使段譯碼器cd4511處于譯碼狀態(tài)。所以當(dāng)有按鍵按下時(shí)，cd4068就輸出鎖存信號(hào)0，致使段譯碼器cd4511把所鍵入的數(shù)字鎖存顯示，這樣后

8、按下的鍵就不起作用了。數(shù)碼管上就只顯示最先按下的鍵號(hào)，起到了搶答的作用。r1和c1組成積分電路對(duì)鎖存信號(hào)做非常短暫的延時(shí)，其作用是讓數(shù)字電路有足夠的響應(yīng)時(shí)間，使之鎖存穩(wěn)定，不致于顯示亂碼。c2的作用是將直流觸發(fā)變?yōu)槊}沖觸發(fā)，使音樂電路每搶答一次只響一次。sb10為復(fù)位鍵。該鍵可在主持人喊“開始”前按下。若sb10鍵按下后不顯示為0，則說明有人在作弊，所顯示的是哪個(gè)數(shù)字就是哪個(gè)人在作弊。圖12總原理第2章 搶答器單元電路設(shè)計(jì)2.1 開關(guān)、編碼電路2.1.1開關(guān)、編碼電路的組成 本設(shè)計(jì)選用的輸出顯示電路為cd4511bcd碼鎖存器，要使cd4511能正確的輸出顯示輸入的值必須把輸入的值變化為bcd

9、碼的形式輸入，cd4511通過在自身的功能識(shí)別bcd碼的值并輸出對(duì)應(yīng)的信號(hào)（a.g），此開關(guān)、編碼電路圖21采用按鍵開關(guān)和二極管共同構(gòu)成其特點(diǎn)電路簡(jiǎn)便、精確、可靠性、實(shí)時(shí)性好。圖21開關(guān)、編碼電路 開關(guān)、編碼電路有sb1-sb9九個(gè)按鍵開關(guān)、vd1-vd11十一個(gè)二極管組成，sb1-sb9分別作為各路的搶答按鍵，此按鍵在正常狀態(tài)下處于開的狀態(tài)，只有按鍵被按下時(shí)處于閉合狀態(tài)電路九開始導(dǎo)通。vd1-vd11 由二極管有單向?qū)ㄐ缘奶匦?，分別作為開關(guān)二極管使用，當(dāng)有按鍵按下時(shí)所對(duì)應(yīng)的二極管的正極變?yōu)楦唠娖?，二極管就處于導(dǎo)通狀態(tài)可視為導(dǎo)線。另一方面可以阻止信號(hào)的互串，因?yàn)殡娐窌r(shí)各個(gè)開關(guān)搭接而成的當(dāng)其中

10、某按鍵按下時(shí)二極管的負(fù)極電壓將升高使其處于截止可以有效的阻止信號(hào)的串?dāng)_，如果沒有二極管的有效隔離電平的互串將嚴(yán)重影響bcd編碼，所以二極管即起到開關(guān)的作用有又良好的隔離作用提高電路的可靠性。2.1.2 開關(guān)、編碼原理 1）當(dāng)按鍵開關(guān)沒有任何一個(gè)按下時(shí)，整個(gè)電路都處于截止?fàn)顟B(tài)輸出端dcba都為低電平0，編碼電路不工作。2）其中某一個(gè)按鍵按下時(shí)：當(dāng)sb1被按下時(shí)，則輸出端a輸出高電平1，與a相連的vd1、vd4、vd7、vd10負(fù)極為高電平1二極管因反偏均截止處于斷開的狀態(tài)，高電平不能反饋到其它端上即dcb輸出低電平0。當(dāng)sb2被按下時(shí)，則輸出端b輸出高電平1與b端相連的二極管vd2vd5vd8的

11、負(fù)極變?yōu)楦唠娖剑鞫O管因反偏均截止處于斷開狀態(tài)，高電平不能反饋到其它各端上即dca為低電平。同理依次按下各按鍵可得開關(guān)、編碼表22 按鍵開關(guān)bcd編碼sb1sb2sb3sb4sb5sb6sb7sb8sb9dcba0000000000000100000000000101000000000100010000000011000100000010000001000001010000010000110000000100011100000001010000000000011001表22開關(guān)、編碼2.2 譯碼顯示電路2.2.1 譯碼顯示電路的組成 現(xiàn)在電子產(chǎn)品中主要用于顯示的器件有l(wèi)ed數(shù)碼管與液晶顯示器

12、，led數(shù)碼管由于具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長(zhǎng)以及價(jià)格低廉的特點(diǎn)，因此使用非常廣泛。數(shù)碼顯示器件中的液晶數(shù)碼管價(jià)格較高，驅(qū)動(dòng)較復(fù)雜，并且僅能工作于有外界光線的場(chǎng)合，所以使用較少。這里選用的是led數(shù)碼管。led數(shù)碼管使由發(fā)光二極管顯示字段組成的顯示器，有七段和米段字符之分，本設(shè)計(jì)采用的使七段led顯示器。引腳圖及外形如圖23所示圖23根據(jù)設(shè)計(jì)中l(wèi)ed數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電路cd4511集成電路輸出口輸出的為高電平為了使電路簡(jiǎn)便、穩(wěn)定，我們選擇使用共陰極led數(shù)碼管顯示，這樣cd4511的輸出端輸出的高電平可直接與共陰極led數(shù)碼管相連并可以準(zhǔn)確的顯示。如果改用共陽(yáng)極的顯示，需要在cd451

13、1的輸出端后加上七路反相器把cd4511的高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖讲拍軠?zhǔn)確的顯示原數(shù)，這樣使電路復(fù)雜、造價(jià)升高，還增加了電路的損耗因?yàn)槿魏渭呻娐范夹枰娫刺峁╇妷海C合考慮選用共陰極led數(shù)碼管顯示較為適合。譯碼顯示電路見圖24所示圖24譯碼顯示電路2.2.2 譯碼顯示原理本設(shè)計(jì)因?yàn)橹徊捎昧司怕窊尨穑床捎靡粋€(gè)led數(shù)碼管就可以完成顯示功能,設(shè)計(jì)中我們使用cd4511的輸出端a-g作為led數(shù)碼管（a-g）的輸入。cd4511的輸出端a-g的輸出是由bcd碼輸入端abcd決定的，根據(jù)bcd編碼的輸入不同在輸出端輸出不同數(shù)據(jù)也不同，led數(shù)碼管根據(jù)cd4511各端輸出的數(shù)據(jù)點(diǎn)亮七段發(fā)光管就會(huì)顯示相應(yīng)

14、的字符，cd4511各端輸出的信息總是和led上顯示的相對(duì)應(yīng)。由cd4511的bcd碼輸入端abcd、輸出端a-g、led顯示字符三者的關(guān)系可得表25bcd編碼cd4511 輸出端led顯示字符dcbagfedcba000001111110000100001101001010110112001110011113010011001104010111011015011011111006011100001117100011111118100111001119表25七段led是一種最常見數(shù)碼管顯示屏，這種數(shù)碼管的每個(gè)線段都是一個(gè)發(fā)光二極管。與我們小時(shí)候玩過的“火柴棒游戲”相似，幾根火柴組合起來，可以拼

15、成各種各樣的圖形，七段led數(shù)碼管實(shí)際上就是利用這個(gè)原理作成的。數(shù)碼管的每個(gè)線段都是一個(gè)發(fā)光管，其中七個(gè)長(zhǎng)條形的發(fā)光二極管排列成一個(gè)“日”字型，另一個(gè)圓點(diǎn)形的發(fā)光管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)。 led顯示器有兩種不同的連接形式：一種是8個(gè)發(fā)光二極管（a-g及dp）的正極連在一起，稱之為共陽(yáng)極led顯示器；另一種是8個(gè)發(fā)光二極管陰極連在一起，稱之為共陰led顯示器。他們的內(nèi)電路如圖26所示 共陰極 共陽(yáng)極圖26七段數(shù)碼管類型 共陰數(shù)碼管內(nèi)部的8個(gè)二極管的n極連接在一起，與引腳com端相連接，在使用時(shí)引腳com應(yīng)接低電平。當(dāng)數(shù)碼管其余的某個(gè)引腳接高電平時(shí)，則該引腳對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，也就是

16、數(shù)碼管對(duì)應(yīng)的發(fā)光段被點(diǎn)亮。共陽(yáng)極數(shù)碼管內(nèi)部的8個(gè)發(fā)光二極管的p極被連接在一起，與引腳com端相連接。在使用時(shí)引腳com應(yīng)接高電平，當(dāng)數(shù)碼管其余的某個(gè)引腳接低電平時(shí)，則該引腳對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，也就是數(shù)碼管對(duì)應(yīng)的發(fā)光段被點(diǎn)亮。七段發(fā)光二極管工作時(shí)若電流太小，則發(fā)光強(qiáng)度不夠：電流太大，則耗電量大，甚至?xí)龎亩O管。在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常外接1k的電阻作為限流電阻。 由圖26可以看出共陽(yáng)和共陰結(jié)構(gòu)的led顯示器各筆劃段名的安排位置是相同的，當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的筆劃就會(huì)發(fā)光，由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示出各種字符，可以顯示0-f十六格字符及小數(shù)點(diǎn)。由于此設(shè)計(jì)中只有九路搶答所以使用led數(shù)碼管的“0-9&

17、quot;十個(gè)字符就可以滿足顯示要求，在本設(shè)計(jì)中采用cd4511 bcd七段所存/譯碼/驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示則七個(gè)筆劃對(duì)應(yīng)于cd4511的輸出端a、b、c 、d、e、f、g，因此可用7位二進(jìn)制代碼表示欲顯示字符的代碼，數(shù)碼管各段與輸出端各位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表27所示輸出端各位gfedcba數(shù)碼管各段gfedcba顯示字符字型共陽(yáng)極共陰極gfedcbagfedcba0010000000111111111111001000011022010010010110113301100001001111440011001110011055001001011011016600000101111101771111

18、000000011188000000011111119900100001101111表27 陽(yáng)極數(shù)碼管二進(jìn)制數(shù)據(jù)位0表示對(duì)應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為1表示對(duì)應(yīng)字段暗;共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對(duì)應(yīng)字段暗，數(shù)據(jù)為1表示對(duì)應(yīng)字段亮。若要顯示"0" 字符共陽(yáng)極數(shù)碼管的字符編碼應(yīng)為1000000b,共陰極數(shù)碼管的字型編碼為0111111b，依次類推，只要把欲要顯示數(shù)字字形碼通過cd4511輸出端送給數(shù)碼管即可。數(shù)碼管字型碼見表28表28字型碼2.3鎖存、復(fù)位電路及工作原理2.3.1 鎖存器的定義鎖存器是由若干個(gè)鐘控d觸發(fā)器構(gòu)成的一次能存儲(chǔ)多位二進(jìn)制代碼的時(shí)序邏輯電路。2.3.2鎖存器器件選擇

19、(1) 使用專門的鎖存器74ls373，74ls3074等集成電路，使電路中元件增加，連線復(fù)雜，調(diào)試維修增加難度，并使設(shè)計(jì)成本增加。(2) 選用鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)器集成于一體的集成電路，可以簡(jiǎn)化外圍電路，工作更加穩(wěn)定。經(jīng)比較兩種方案，基于設(shè)計(jì)電路時(shí)，我們考慮的是電路簡(jiǎn)便，實(shí)用，穩(wěn)定性，可靠性好，費(fèi)用低的原則，故選用方案二。 cd4511bcd七段鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)器是將鎖存器，譯碼器。它的輸出由輸入的bcd碼決定，故顯示器顯示數(shù)字為“0，1、9”。 分析cd4511各引腳功能知 5腳le為鎖存控制腳，le腳為0時(shí)，abcd輸入端決定顯示字符，le腳為1時(shí)，鎖存顯示的字符此時(shí)控制le腳的高低電平必須

20、接外圍電路，電路如圖29所示圖29鎖存、復(fù)位電路此數(shù)選搶答器不僅有搶答的功能，而且還可以實(shí)現(xiàn)防作弊功能，更進(jìn)一步維護(hù)比賽的公平，公正，公開原則。2.3.3復(fù)位原理電路原理圖如210所示s10為復(fù)位鍵，一般主持人在喊開始搶答前按下，當(dāng)s10被按下時(shí)，cd4511le腳為低電平0，cd4511沒有處于鎖存狀態(tài)，顯示字符有abcd輸入端決定，主持人此時(shí)并沒有喊開始所以任何人不能進(jìn)行搶答，abcd輸入端的值全部為0，cd4511的七段輸出引腳abcdefg應(yīng)該為1111110則led數(shù)碼管顯示字符0，用cd4511輸出abcdef分別接cd4086與非門的10，9，5，4，3，2引腳cd4511輸出端

21、g經(jīng)vt1反向后變?yōu)楦唠娖?連接cd4086的11，12，13引腳。這樣cd4086與非門輸入端為1，即輸出低電平0，cd4086的輸出端經(jīng)過r3限流后連到cd4511的5腳le上，保持主持人在沒有喊開始之前l(fā)ed數(shù)碼管數(shù)字一直顯示為0。圖210復(fù)位電路2.3.4 防作弊原理主持人在按下s10按鍵后，cd4511le引腳為低電平0，cd4511沒有處于鎖存狀態(tài)顯示字符取決于abcd輸入端，此刻并沒有喊開始，所以abcd輸入端的值全部應(yīng)為0，cd4511的輸出端abcdefg應(yīng)為1111110，而led數(shù)碼管顯示為0，如果有人在此之前按下?lián)尨疰Icd4511的輸入端abcd的值不全為0，輸出端ab

22、cdefg也輸出與輸入相對(duì)應(yīng)的值，通過led數(shù)碼管顯示出搶答器的搶答號(hào)，而且還通過cd4086與非門后到達(dá)cd4511的le引腳鎖存該按鍵號(hào)，找出作弊的比賽者。因此有效的防止有人作弊。2.3.5鎖存原理 當(dāng)主持人喊開始后最先按下?lián)尨疰I的鍵號(hào)會(huì)在led數(shù)碼管上顯示出來，其它鍵再按下去也不起作用。某一個(gè)按鍵被按下后首先編碼電路對(duì)其進(jìn)行編碼并輸出到cd4511的abcd端，由于cd4511本身具有譯碼/驅(qū)動(dòng)功能，輸出端abcdefg則根據(jù)abcd的輸入值輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)值在led數(shù)碼管上顯示出來。同時(shí)，cd4511是輸出端abcdefg是值也送到了cd4086與非門的輸入端上，經(jīng)與非門輸出端高電平1送到

23、cd4511鎖存引腳le，由于cd4511的le為鎖存引腳，為低電平0時(shí)，無效。為高電平1時(shí)，處于鎖存狀態(tài)。此le為高電平1時(shí)處于鎖存狀態(tài)，輸出的值被固定與輸入端abcd的輸入沒有關(guān)系即比賽者再按下?lián)尨疰I進(jìn)行搶答均不起作用。主持人喊開始后，若首先按下的鍵為sb6時(shí)，當(dāng)sb6被按下時(shí)，編碼電路首先對(duì)其進(jìn)行編碼0110，再送到cd4511的輸入端abcd經(jīng)cd4511本身具有的譯碼/驅(qū)動(dòng)功能，輸出端abcdefg為0011111則數(shù)碼管上顯示字符6，同時(shí)輸出端ab是值00送到cd4086的10，9引腳，cdef的值1111送到5，4，3，2引腳，g值經(jīng)過vt1的反向后變?yōu)?送到11，12引腳，此時(shí)

24、cd4086輸入端的值為11110000，與非后輸出高電平1并送到cd4511的鎖存引腳le，cd4511是le只要一為高電平1，立刻處于鎖存狀態(tài)，輸入端abcd輸入的值都為無效，即再按搶答鍵不起作用。只有主持人按下“復(fù)位”按鈕強(qiáng)行使cd4511鎖存腳置零，cd4511鎖存解除，才能開始下一論搶答。依此原理可得表211 鍵號(hào)鍵號(hào)編碼cd4511輸入端cd4086輸入端13leleddcbagfedcba11、122345910sb10000001111111111111000sb1000100001101000110111sb2001010110110011011112sb3001110011

25、110001111113sb4010011001100100110114sb5010111011010101101115sb6011011111000111100116sb7011100001111000111117sb8100011111110111111118sb9100111001110100111119表2112.4 聲音提示電路聲音提示是為了更好的提示搶答人員是否還有搶答的機(jī)會(huì)而設(shè)置的電路。2.4.1 聲音提示電路的選擇 方案一、 選用揚(yáng)聲器發(fā)聲，必須有功率放大集成電路進(jìn)行信號(hào)放大，如功放塊lm386發(fā)出聲音，其電路連接復(fù)雜，揚(yáng)聲器功耗大，需要的元器件較多。 方案二、選用蜂鳴器 使用

26、蜂鳴器不需要驅(qū)動(dòng)電路，只需一個(gè)控制開關(guān)，就可以實(shí)現(xiàn)聲音提示功能電路連接圖如212所示。經(jīng)比較，基于連接簡(jiǎn)單，費(fèi)用低可以實(shí)現(xiàn)同樣的功能，考慮選擇第二種方案作為本設(shè)計(jì)的聲音提示電路。圖212聲音提示電路 聲音提示是協(xié)同顯示字符工作的，支持人按下復(fù)位鍵時(shí)，數(shù)碼管顯示0字符，報(bào)警電路不工作，沒有聲音，只有有搶答鍵被按下時(shí)，數(shù)碼管顯示相應(yīng)的鍵號(hào)，報(bào)警電路工作有聲音。2.4.2工作過程當(dāng)有選手搶答成功后，數(shù)碼管顯示該選手號(hào)碼，同時(shí)cd4086的輸出端為高電平1，使cd4511處于鎖存狀態(tài)因vt2的基極是接應(yīng)cd4086的輸出端上的，所以vt2基極電壓升高（>=0.7v）使vt2導(dǎo)通，蜂鳴器負(fù)極接地，

27、正極接vcc，蜂鳴器工作發(fā)出聲音，在主持人沒有按下復(fù)位鍵一直工作。第3章 各集成塊基本功能及電路圖電路中采用了兩塊cmos數(shù)字集成電路，cd4511將bcd編碼、七段鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)功能集于一身，一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 led （數(shù)碼管）顯示器的 bcd 碼七段碼譯碼器，具有bcd轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的cmos電路能提供較大的拉電流，可直接驅(qū)動(dòng)led顯示器。cd4068 是八輸入的與非門/與門數(shù)字基成電路。3.1 cd4511引腳圖及功能3.1.1 基本描述 高輸出源電流可達(dá)25ma，輸入所存提供bcd碼存儲(chǔ)功能、燈測(cè)試和消隱功能，bcd碼>1001時(shí)，七段譯碼輸出消隱1

28、00%測(cè)試的靜態(tài)電壓規(guī)定可到20v,vdd=18v最大輸入電流1ua（整個(gè)溫度范圍）ta=25c時(shí)輸入漏電流最大為100ma。 顯示譯碼器cd4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 led（數(shù)碼管）顯示器的bcd碼七段碼譯碼器，特點(diǎn)如下：具有bcd轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的cmos電路能提供較大的拉電流，可直接驅(qū)動(dòng)led顯示器。 其引腳功能介紹如下： bi：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)bi=0 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)試輸入端，當(dāng)bi=1，lt=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 dcba 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主

29、要用來檢測(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。a1、a2、a3、a4、為8421bcd碼輸入端.。a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。cd4511的內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。3.1.2 cd4511的引腳 cd4511具有鎖存、譯碼、消隱功能，通常以反相器作輸出級(jí)，通常用以驅(qū)動(dòng)led。其引腳圖如31所示圖 31cd4511引腳各引腳的名稱：其中7、1、2、6分別表示a、b、c、d；5、4、3分別表示le、bi、lt；13、12、11、10

30、、9、15、14分別表示 a、b、c、d、e、f、g。左邊的引腳表示輸入，右邊表示輸出，還有兩個(gè)引腳8、16分別表示的是vdd、vss。cd4511的工作原理 cd4511的工作真值表如表32輸 入輸 出 lebilidcbaabcdefg顯示 xx0xxxx11111118x01xxxx0000000消隱 0110000111111000110001011000010110010110110120110011111100130110100011001140110101101101150110110001111160110111111000070111000111111180111001111

31、0011901110100000000消隱 01110110000000消隱 01111000000000消隱 01111010000000消隱 01111100000000消隱 0111111000000消隱 111xxxx鎖 存 鎖存 表32cd4511的真值3.1.3 鎖存功能 譯碼器的鎖存電路由傳輸門和反相器組成,傳輸門的導(dǎo)通或截止由控制端le的電平狀態(tài).當(dāng)le為“0”電平導(dǎo)通，tg2截止；當(dāng)le為“1”電平時(shí)，tg1截止，tg2導(dǎo)通，此時(shí)有鎖存作用。3.1.4 譯碼功能 cd4511譯碼用兩級(jí)或非門擔(dān)任，為了簡(jiǎn)化線路，先用二輸入端與非門對(duì)輸入數(shù)據(jù)b、c進(jìn)行組合，然后將輸入的數(shù)據(jù)a、d

32、一起用或 非門譯碼。 3.1.5 消隱功能bi為消隱功能端，該端施加某一電平后，迫使b端輸出為低電平，字形消隱。 消隱輸出j的電平為 j =（c+b）d+bi 如不考慮消隱bi項(xiàng)，便得j=（b+c）d，據(jù)上式，當(dāng)輸入bcd代碼從1010-1111時(shí)，j端都為“1”電平，從而使顯示器中的字形消隱。3.2 cd4068 8輸入與非門/與門3.2.1 基本描述10v中速工作時(shí)tphl=tplh=75ns緩沖的輸出級(jí)100%測(cè)試的靜態(tài)電壓規(guī)定可到20v，vdd=18v 25攝氏度時(shí)輸入最大漏電流100ma。3.2.2 引腳描述及功能表33 表33引腳描述及功能 34引腳圖3.2.3引腳圖(34)與輯表

33、達(dá)式與非門輸出 y=/a/b/c/d/e/f/g/h 與門輸出 w=abcdefgh第4章 數(shù)顯搶答器電路元器件分析本實(shí)驗(yàn)用到的電阻都是色環(huán)電阻。電阻的測(cè)量：r1、r2（10k）色環(huán)為：棕黑橙 ，實(shí)際測(cè)量為r1=9.92 k,r2=9.89 k, r3（2k）色環(huán)為:紅黑橙, 實(shí)際測(cè)量為 r3=2.1 k，r4（1.6k）色環(huán)為:棕蘭紅, 實(shí)際測(cè)量為r4=1.52 k。1n4004型硅整流二極管測(cè)量結(jié)果:良好。三極管vt-9013測(cè)試結(jié)果:良好。揚(yáng)聲器測(cè)試結(jié)果：良好。4.1電阻器4.1.1 電阻器基本知識(shí)介紹 電阻（resistor）是所有電子電路中使用最多的元件。電阻的主要物理特征是變電能為

34、熱能，也可說它是一個(gè)耗能元件，電流經(jīng)過它就產(chǎn)生熱能。電阻在電路中通常起分壓分流的作用，對(duì)信號(hào)來說，交流與直流信號(hào)都可以通過電阻。其常見電阻器如圖4-1所示。 光敏電阻 電阻器 碳膜電阻 可調(diào)電阻 精密電阻 貼片電阻圖4-1電阻都有一定的阻值，它代表這個(gè)電阻對(duì)電流流動(dòng)阻擋力的大小。電阻的單位是歐姆，用符號(hào)“ ”表示。歐姆是這樣定義的：當(dāng)在一個(gè)電阻器的兩端加上1伏特的電壓時(shí)，如果在這個(gè)電阻器中有1安培的電流通過，則這個(gè)電阻器的阻值為1歐姆。除了歐姆外，電阻的單位還有千歐（k），兆歐（m）等。其換算關(guān)系為： 1m=1000k ， 1k=1000。 電阻器的電氣性能指標(biāo)通常有標(biāo)稱阻值,誤差與額定功率等

35、。 它與其它元件一起構(gòu)成一些功能電路，如rc電路等。 電阻的阻值標(biāo)法通常有色環(huán)法，數(shù)字法。色環(huán)法在一般的的電阻上比較常見。由于精密電路中的電阻一般比較小，很少被標(biāo)上阻值，即使有一般也采用數(shù)字法，即： 101表示100的電阻； 102表示1k的電阻； 103表示10k的電阻。通常來說，使用萬用表可以很容易判斷出電阻的好壞：將萬用表調(diào)節(jié)在電阻擋的合適擋位，并將萬用表的兩個(gè)表筆放在電阻的兩端，就可以從萬用表上讀出電阻的阻值。應(yīng)注意的是，測(cè)試電阻時(shí)手不能接觸到表筆的金屬部分。但在實(shí)際維修中，很少出現(xiàn)電阻損壞，除少數(shù)特殊電阻外，也很少去關(guān)心電阻的阻值。著重注意的是電阻是否虛焊，脫焊。如果一個(gè)電阻器的電阻

36、值接近零歐姆（例如，兩個(gè)點(diǎn)之間的大截面導(dǎo)線），則該電阻器對(duì)電流沒有阻礙作用，串接這種電阻器的回路被短路，電流無限大。如果一個(gè)電阻器具有無限大的或很大的電阻，則串接該電阻器的回路可看作開路，電流為零。工業(yè)中常用的電阻器介于兩種極端情況之間，它具有一定的電阻，可通過一定的電流，但電流不像短路時(shí)那樣大。電阻器的限流作用類似于接在兩根大直徑管子之間的小直徑管子限制水流量的作用。4.1.2 電阻的種類： 電阻的種類通常分為三大類：固定電阻，可變電阻，特種電阻。在電子產(chǎn)品中，以固定電阻應(yīng)用最多。4.2 電容器電容器（簡(jiǎn)稱電容）也是組成電子電路的主要元件。它可以儲(chǔ)存電能，具有充電、放電及通交流、隔直流的特性

37、。其常見電容器如圖4-1所示。 電解電容 可調(diào)電容 電容圖4-24.2.1電容器的相關(guān)特性及作用電容器的結(jié)構(gòu)特性：電容器是由兩個(gè)相互靠近的金屬電極板，中間夾一層絕緣介質(zhì)構(gòu)成的。在電容器的兩個(gè)電極加上電壓時(shí)，電容器就能儲(chǔ)存電能。1.電容(1)定義：電容器所帶的電量與兩極板間電勢(shì)差的比值叫電容。(2)物理意義：電容是描述電容器儲(chǔ)存電荷本領(lǐng)大小的物理量，在數(shù)值上等于把電容器兩極板間的電勢(shì)差增加1 v所需充加的電量。注意：電容c由電容器本身的構(gòu)造因素決定，與q、u無關(guān)。(3)電容的單位：法符號(hào)f 1 f1000000f1000000000000pf 2.平行板電容器的電容c：與平行板正對(duì)面積s、電介質(zhì)

38、的介電常數(shù)成正比，與極板間的距離d成反比。3.電容器的額定電壓和擊穿電壓擊穿電壓是電容器的極限電壓，超過這個(gè)電壓，電容器內(nèi)的介質(zhì)將被擊穿額定電壓是電容器長(zhǎng)期工作時(shí)所能承受的電壓，它比擊穿電壓要低電容器在不高于額定電壓下工作都是安全可靠的，不要誤認(rèn)為電容器只有在額定電壓下工作才是正常的。電容器具有“通交流、隔直流”的特性。直流電的極性和電壓大小是固定不變的，不能通過電容器。而交流電的極性和電壓的大小是不斷變化的，能使電容器不斷地充電與放電，形成充、放電電流。4.電容器的作用：電容器是能容納電荷的元件，由相互絕緣的兩個(gè)極板構(gòu)成，極板面積越大，極間距離越小，容量就越大。由于電容器具有容納和釋放電荷(

39、俗稱充放電)的功能!它在電路里起到了廣泛的用途!典型的用途有;1)功率補(bǔ)償!(用于變電站,配電房)2)電機(jī)剖相，交流移相。3)和電感等元件組成振蕩電路，調(diào)諧回路。4)用于整流濾波，消除寄生振蕩。5)用于高低頻電路的信號(hào)耦合。6)由于電容器具有俗稱的通交隔直特性，幾乎所有的電路里都有它的身影。4.2.2識(shí)別方法電容的識(shí)別方法與電阻的識(shí)別方法基本相同，分直標(biāo)法、色標(biāo)法和數(shù)標(biāo)法3種。電容的基本單位用法拉（f）表示，其它單位還有：毫法（mf）、微法（uf）、納法（nf）、皮法（pf）。其中：1法拉103=毫法=106微法=109納法=1012皮法容量大的電容其容量值在電容上直接標(biāo)明，如 10 uf/1

40、6v 容量小的電容其容量值在電容上用字母表示或數(shù)字表示字母表示法：1m=1000 uf 1p2=1.2pf 1n=1000pf 數(shù)字表示法：一般用三位數(shù)字表示容量大小，前兩位表示有效數(shù)字，第三位數(shù)字是倍率。如：102表示10×102pf=1000pf 224表示22×104pf=0.22 uf 4.2.3電容器的分類1、 按照結(jié)構(gòu)分三大類：固定電容器、可變電容器和微調(diào)電容器。固定電容器的電容是固定不變的；可變電容器一般是通過改變兩極的正對(duì)面積來改變電容。當(dāng)然也可以通過改變兩極間的距離、或者改變電容器所充的電介質(zhì)來改變電容。2、按電 解質(zhì) 分類有：有機(jī)介質(zhì)電容器、無機(jī)介質(zhì)電容

41、器、電解電容器和空氣介質(zhì)電容器等。3、按用途分有：高頻旁路、低頻旁路、濾波、調(diào)諧、高頻耦合、低頻耦合、小型電容器。4、高頻旁路：陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、滌綸電容器、玻璃釉電容器。5、低頻旁路：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器。6、濾波：鋁電解電容器、紙介電容器、復(fù)合紙介電容器、液體鉭電容器。7、調(diào)諧：陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、聚苯乙烯電容器。 8、高頻耦合：陶瓷電容器、云母電容器、聚苯乙烯電容器。9、低耦合：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器、固體鉭電容器。10、小型電容：金屬化紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、聚苯乙烯電 

42、容器、固體鉭電容器、玻璃釉電容器、金屬化滌綸電容器、聚丙烯電容器、云母電容器。4.3 晶體管半導(dǎo)體是一種具有特殊性質(zhì)的物質(zhì)，它不像導(dǎo)體一樣能夠完全導(dǎo)電，又不像絕緣體那樣不能導(dǎo)電，它介于兩者之間，所以稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體最重要的兩種元素是硅和鍺。4.3.1 基本知識(shí) pn的形成：擴(kuò)散：載流子從高濃度向低濃度的運(yùn)動(dòng)。漂移：在電場(chǎng)的作用下，自由電子和空穴作定向運(yùn)動(dòng)。內(nèi)電場(chǎng)的方向：由n區(qū)指向p區(qū)。內(nèi)電場(chǎng)的作用：一方面阻礙多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，另一方面促使兩個(gè)區(qū)靠近界面處的少子產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)。pn結(jié)的單向?qū)щ娞匦裕杭釉趐n結(jié)上的電壓稱為偏電壓，若p區(qū)為電信高端，n區(qū)為電位低端，稱pn正偏；反之，稱反偏。pn結(jié)正偏

43、導(dǎo)通，呈現(xiàn)很小的電阻，形成較大的正向電流。pn結(jié)反偏截止，呈現(xiàn)很大的電阻，反向電流近似為0。因此，電路中常把它用在整流、隔離、穩(wěn)壓、極性保護(hù)、編碼控制、調(diào)頻調(diào)制和靜噪等。二極管的結(jié)構(gòu)(如圖4-3、4) 圖4-3 圖4-4 圖4-5常見的幾種二極管，有玻璃封裝的、塑料封裝的和金屬封裝的等幾種。圖4-5是二極管的電路符號(hào)，有兩個(gè)電極，并且分為正負(fù)極，一般把極性標(biāo)示在二極管的外殼上。 二極管的伏安特性（圖4-6）：id=is（e（ud/ut）-1），ut=kt/q，is為二極管反向飽和電流，單位為a，k=1.380*10-23j/k,為玻耳茲曼常數(shù) ，t為熱力學(xué)溫度，單位為k，q=1.6*10-19

44、c，為電子電量，ut為溫度電壓當(dāng)量，在常溫下（t=300k），ut=26mv。圖4-6四個(gè)工作區(qū)：死區(qū)（正向）、導(dǎo)通區(qū)（正向）、反向截止區(qū)（反向）、擊穿區(qū)（反向）4.3.2 晶體管的檢測(cè)方法： 1、檢測(cè)小功率晶體二極管 a、判別正、負(fù)電極 (a)、觀察外殼上的的符號(hào)標(biāo)記。通常在二極管的外殼上標(biāo)有二極管的符號(hào)，帶有三角形箭頭的一端為正極，另一端是負(fù)極。 (b)、觀察外殼上的色點(diǎn)。在點(diǎn)接觸二極管的外殼上，通常標(biāo)有極性色點(diǎn)(白色或紅色)。一般標(biāo)有色點(diǎn)的一端即為正極。還有的二極管上標(biāo)有色環(huán)，帶色環(huán)的一端則為負(fù)極。 (c)、以阻值較小的一次測(cè)量為準(zhǔn)，黑表筆所接的一端為正極，紅表筆所接的一端則為負(fù)極。 b

45、、檢測(cè)最高工作頻率fm。晶體二極管工作頻率，除了可從有關(guān)特性表中查閱出外，實(shí)用中常常用眼睛觀察二極管內(nèi)部的觸絲來加以區(qū)分，如點(diǎn)接觸型二極管屬于高頻管，面接觸型二極管多為低頻管。另外，也可以用萬用表r×1k擋進(jìn)行測(cè)試，一般正向電阻小于1k的多為高頻管。 c、檢測(cè)最高反向擊穿電壓vrm。對(duì)于交流電來說，因?yàn)椴粩嘧兓?，因此最高反向工作電壓也就是二極管承受的交流峰值電壓。需要指出的是，最高反向工作電壓并不是二極管的擊穿電壓。一般情況下，二極管的擊穿電壓要比最高反向工作電壓高得多(約高一倍)。有此型號(hào)的中、小功率三極管，生產(chǎn)廠家直接在其管殼頂部標(biāo)示出不同色點(diǎn)來表明管子的放大倍數(shù)值，其顏色和值的

46、對(duì)應(yīng)關(guān)系如表所示，但要注意，各廠家所用色標(biāo)并不一定完全相同。本實(shí)驗(yàn)用到的二極管為1n4004，關(guān)于1n40的相關(guān)參數(shù)為（表4-7） 參數(shù)型號(hào) 最大整流電流反向電流125正向電壓25最高反向工作電壓（峰值）最高工作頻率auavkh21n40011n40021n40031n40041n40051n40061n40071=5=1501002004006008001000表4-7我們用萬用表來對(duì)1n4004型硅整流二極管進(jìn)行測(cè)量，紅表筆接二極管的負(fù)極，黑表筆接二極管的正極時(shí)，表針會(huì)動(dòng)，說明它能夠?qū)щ?；然后將黑表筆接二極管負(fù)極，紅表筆接二極管正極，這時(shí)萬用表的表針根本不動(dòng)或者只偏轉(zhuǎn)一點(diǎn)點(diǎn)，說明導(dǎo)電不良。

47、4.4 三極管半導(dǎo)體三極管也稱為晶體三極管，它是電子電路中最重要的器件。它最主要的功能是電流放大和開關(guān)作用。電子制作中常用的三極管有90××系列，低噪聲管9013（npn）等。我們使用的三極管是：npn型9013功放管。三極管的結(jié)構(gòu)圖（圖4-8）： 圖4-8 圖4-9三極管有兩種類型：npn和pnp。它有兩個(gè)pn結(jié)（分別稱為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)），三個(gè)區(qū)，從三個(gè)區(qū)域引出三個(gè)電極。發(fā)射極的箭頭方向代表發(fā)射結(jié)正向?qū)〞r(shí)的電流的實(shí)際流向。 三極管的電路符號(hào)有兩種（圖4-9所示）：有一個(gè)箭頭的電極是發(fā)射極，箭頭朝外的是npn型三極管，而箭頭朝內(nèi)的是pnp型。實(shí)際上箭頭所指的方向是電流的方

48、向。三極管的參數(shù)反映了三極管各種性能的指標(biāo)，是分析三極管電路和選用三極管的依據(jù)。4.4.1 極限參數(shù)1最大允許集電極耗散功率pcmpcm是指三極管集電結(jié)受熱而引起晶體管參數(shù)的變化不超過所規(guī)定的允許值時(shí)，集電極耗散的最大功率。當(dāng)實(shí)際功耗pc大于pcm時(shí)，不僅使管子的參數(shù)發(fā)生變化，甚至還會(huì)燒壞管子。2最大允許集電極電流icm 當(dāng)ic很大時(shí)，值逐漸下降。一般規(guī)定在值下降到額定值的23（或12）時(shí)所對(duì)應(yīng)的集電極電流為icm當(dāng)icicm時(shí)，值已減小到不實(shí)用的程度，且有燒毀管子的可能。 3反向擊穿電壓bvceo與bvceo bvceo是指基極開路時(shí)，集電極與發(fā)射極間的反向擊穿電壓。bvcbo是指發(fā)射極開路

49、時(shí)，集電極與基極間的反向擊穿電壓。三極管的反向工作電壓應(yīng)小于擊穿電壓的（1213），以保證管子安全可靠地工作。 三極管的3個(gè)極限參數(shù)pcm 、icm、bvceo和下面講的臨界飽和線 、截止線所包圍的區(qū)域，便是三極管安全工作的線性放大區(qū)。一般作放大用的三極管，均須工作于此區(qū)。4.4.2 三極管的特性曲線三極管的共發(fā)射極電路（圖4-10）圖4-101、 輸入特性曲線在三極管共發(fā)射極連接的情況下，當(dāng)集電極與發(fā)射極之間的電壓ube維持不同的定值時(shí)，ube和ib之間的一簇關(guān)系曲線，稱為共射極輸入特性曲線，如圖4-11所示。輸入特性曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：ib=f(ube)|uce=常數(shù) 圖4-11由圖可以看出這簇曲線，有下面幾個(gè)特點(diǎn)：（1）ube = 0的一條曲線與二極管的正向特性相似。這是因?yàn)閡be = 0時(shí)，集電極與發(fā)射極短路，相當(dāng)于兩個(gè)二極管并聯(lián)，這樣ib與ube的關(guān)系就成了兩個(gè)并聯(lián)二極管的伏安特性。 （2）uce由零開始逐漸增大時(shí)輸入特性曲線右移，而且當(dāng)uce的數(shù)值增至較大時(shí)（如uce1v），各曲線幾乎重合。這是因?yàn)閡ce由零逐漸增大時(shí)，使集電結(jié)寬度逐漸增大，基區(qū)寬度相應(yīng)地減小，使存貯于基區(qū)的注入載流