CD4511八路搶答器設(shè)計(jì)論文

1、cd4511八路搶答器設(shè)計(jì)論文 浙江大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目八路搶答器 學(xué)生姓名 專業(yè)班級11級通信工程 2班 學(xué) 號 2011510 院 (系) 信息工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 鄧國輝 完成時(shí)間 2013年 11月26日 目錄1 課程設(shè)計(jì)的目的32 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求33 設(shè)計(jì)方案與論證34 設(shè)計(jì)原理與功能說明44.1 主要元器件選用及原理44.2 八路搶答器的原理方框圖65 單元電路設(shè)計(jì)75.1 cd4511單元控制電路75.2數(shù)碼顯示單元電路95.3由555定時(shí)器控制的報(bào)警單元電路96 硬件的制作與調(diào)試107 總結(jié)11參考文獻(xiàn)12附錄1:總體電路原理圖13附錄2:cd4511真值表14

2、附錄3:元器件清單151 課程設(shè)計(jì)的目的 通過這次課程設(shè)計(jì),讓我了解到了八路智能搶答器的結(jié)構(gòu)組成和工作原理,也初步掌握八路智能搶答器的調(diào)整及測試方法,提高實(shí)踐動(dòng)手能力和思考問題的能力。同時(shí)通過本次課程設(shè)計(jì),也讓我鞏固了以前學(xué)習(xí)的理論知識,建立邏輯數(shù)字電路的理論和實(shí)踐的結(jié)合,了解了八路智能搶答器各單元電路之間的關(guān)系及相互影響。初步掌握了八路智能搶答器的調(diào)整及測試方法。 本課程設(shè)計(jì)通過參考大量文獻(xiàn)對八路智能搶答器的工作原理進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹,通過詳細(xì)的調(diào)查和權(quán)威技術(shù)資料及相關(guān)情報(bào)的收集,為我們更深刻的了解電子技術(shù)提供了很好的平臺(tái),使得更好的讓理論與實(shí)踐相結(jié)合。2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求 1. 可容納八

3、組參賽的數(shù)字式搶答器; 2. 電路具有第一搶答信號的鑒別與保持功能; 3. 系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)先鎖存,其他搶答選手搶答無效; 4. 具有一定的定時(shí)功能。3 設(shè)計(jì)方案與論證 1.開始上電之后,主持人按復(fù)位鍵,搶答開始。如有選手按下?lián)尨疰I,報(bào)警電路會(huì)發(fā)出訊響聲,并且數(shù)碼顯示電路上會(huì)顯示成功搶答的選手的編號。 2.當(dāng)有選手搶答成功之后,系統(tǒng)就進(jìn)行了優(yōu)先鎖存,其他搶答選手搶答無效。 3.如果主持人未按下復(fù)位鍵,而有人按了搶答按鍵,此次搶答無效,只有當(dāng)主持人按下了復(fù)位鍵,選手才能進(jìn)行順利搶答。4 設(shè)計(jì)原理與功能說明4.1 主要元器件選用及原理 1. cd4511 cd4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 led(數(shù)碼管

4、)顯示器的 bcd 碼?七段碼譯碼器,特點(diǎn):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電路能提供較大的上拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)led顯示器。cd4511 是一片 cmos、bcd、鎖存、7 段譯碼、驅(qū)動(dòng)器,引腳排列如圖4-1-1所示。其中a、b、c、d為 bcd 碼輸入,a為最低位。lt為燈測試端,加高電平時(shí),顯示器正常顯示,加低電平時(shí),顯示器一直顯示數(shù)碼“8”,各筆段都被點(diǎn)亮,以檢查顯示器是否有故障。bi為消隱功能端,低電平時(shí)使所有筆段均消隱,正常顯示時(shí), bi端應(yīng)加高電平。另外 cd4511有拒絕偽碼的特點(diǎn),當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù)91001時(shí),顯示字形也自行消隱。le是鎖存控

5、制端,高電平時(shí)鎖存,低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。ag是 7 段輸出,可驅(qū)動(dòng)共陰led數(shù)碼管。另外,cd4511顯示數(shù)“6”時(shí),a段消隱;顯示數(shù)“9”時(shí),d段消隱,所以顯示6、9這兩個(gè)數(shù)時(shí),字形不太美觀。圖4-1-1 cd4511的引腳圖 各引腳的名稱:其中7、1、2、6分別表示bcd碼的a、b、c、d位;5、4、3分別表示le、bi、lt;13、12、11、10、9、15、14分別表示 a、b、c、d、e、f、g;上邊的引腳表示輸入,下邊的引腳表示輸出;還有兩個(gè)引腳8、16分別表示的是vss 、vdd。 其功能介紹如下: bi:4腳是消隱輸入控制端。當(dāng)bi0 時(shí),不管其它輸入端狀態(tài)如何,七段數(shù)碼管均處于

6、熄滅(消隱)狀態(tài),不顯示數(shù)字。 lt:3腳是測試輸入端。當(dāng)bi1,lt0 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”。如果該端為低電平,則譯碼器輸出全為高電平,該端擁有最高級別權(quán)限,只要它為0,既有上述現(xiàn)象,而與其余所有輸入端狀態(tài)無關(guān)。這一功能主要用于測試目的,因此正常使用中應(yīng)接高電平。 le:5腳是鎖定控制端。當(dāng)bi、lt為1時(shí),若該端為高電平,則加在a、b、c、d端的外部編碼信息不能進(jìn)入譯碼,所以譯碼器的輸出狀態(tài)保持不變;當(dāng)le0時(shí),則a、b、c、d端的bcd碼一經(jīng)改變,譯碼器就立即輸出新的譯碼值。2. 555定時(shí)器 圖4-1-2 555定時(shí)器工作原理圖 555構(gòu)

7、成的多諧振蕩器的工作原理:接通電源v后,經(jīng)電阻和對電容c充電,其電壓由0按指數(shù)律上。當(dāng)時(shí),電壓比較器和的輸出分別為0,1,基本rs觸發(fā)器被置0,q等于0,q非等于1,輸出躍到低電平。于此同時(shí)。放電管v導(dǎo)通,電容c經(jīng)電阻和放電管v放電,電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。 隨著電容c的放電,隨之下降。當(dāng)下降到時(shí),則電壓比較器和的輸出1和0,基本rs觸發(fā)器被置為1,q等于1,q非等于0,輸出由低電平躍到高電平。同時(shí)因q非等于0,放電管v截止,電源又經(jīng)過和對電容c充電。電路又回到第一暫穩(wěn)態(tài)。因此,電容c上的電壓在和之間來回充電和放電,從而使電路產(chǎn)生振蕩,輸出矩形脈沖。4.2 八路搶答器的原理方框圖 5 單元電路設(shè)計(jì)5.

8、1 cd4511單元控制電路 cd4511具有鎖存、譯碼、消隱等功能,通常以反相器作輸出級,用以驅(qū)動(dòng)led數(shù)碼管。(1)譯碼驅(qū)動(dòng)功能 編碼器實(shí)現(xiàn)了對開關(guān)信號的編碼,并以bcd碼的形式輸出,為了將輸出的bcd碼能夠顯示出來,需要用譯碼顯示電路,選擇常用的七段譯碼顯示驅(qū)動(dòng)器cd4511作為譯碼電路。cd4511真值表如圖附錄2所示。 cd4511譯碼用兩級或非門擔(dān)任,為了簡化線路,先用二輸入端與非門對輸入數(shù)據(jù)b、c進(jìn)行組合,得出四項(xiàng),然后將輸入的數(shù)據(jù)a、d一起用或非門譯碼。(2)、鎖存優(yōu)先功能 由于搶答器都是多路即須滿足多位搶答者搶答要求,這就有一個(gè)先后判定的鎖存優(yōu)先電路,確保第一個(gè)搶答信號鎖存住

9、。同時(shí)數(shù)碼顯示并拒絕后面搶答信號的干擾。cd4511內(nèi)部電路與q1,r7,r8,d13,d14組成的控制電路(見圖附錄2)可完成這一功能。當(dāng)搶答鍵都未按下時(shí),因?yàn)閏d4511的bcd碼輸入端都有接地電阻(10k),所以bcd碼的輸入端為“0000”,則cd4511的輸出端a、b、c、d、e、f均為高電平,g為低電平。通過對09這 10個(gè)數(shù)字的分析(見圖5-1-1鎖存優(yōu)先功能電路圖)可以看到,只當(dāng)數(shù)字為0時(shí),才出現(xiàn)d為高電平,而g為低度電平,這時(shí)q1導(dǎo)通,d13、d14的陽極均為低電平,使cd4511的第5腳(即le端)為低電平“0”,這種狀態(tài)下,cd4511沒有鎖存而允許bcd碼輸入。在搶答準(zhǔn)

10、備階段,主持人會(huì)按復(fù)位鍵,數(shù)顯為“0”態(tài),正是這種情況下,搶答開始,當(dāng)s1s8任一鍵按下時(shí),cd4511的輸出端d為低電平或輸出端g為高電平,這兩種狀態(tài)必有一個(gè)存在或都存在,迫使cd4511的第5腳(即le端)由0到1,反映搶答鍵信號的bcd碼允許輸入,并使cd4511的a、b、c、d、e、f、g 七個(gè)輸出鎖存保持在le為0時(shí)輸入的bcd碼的顯示狀態(tài)。例如s1按下,數(shù)碼管應(yīng)顯示1,此時(shí)僅e、f為高電平,而d為低電平,此時(shí)三極管q1的基極亦為低電平,集電極為高電平,經(jīng)d13加至cd4511第5腳(即le端),即le由01狀態(tài),則在le為“0”時(shí)輸入給cd4511的第一個(gè)bcd碼數(shù)據(jù)被判定優(yōu)先而鎖

11、存,所以數(shù)碼管顯示對應(yīng)s1送來的信號是1,s1之后的任一按鍵信號都不顯示。為了進(jìn)行下一題的搶答,主持人需要按下復(fù)位鍵s9,清除鎖存器內(nèi)的數(shù)值,數(shù)顯先是熄滅一下,再復(fù)顯“0”狀態(tài),此后若s5鍵第一個(gè)按下,這時(shí)應(yīng)立即顯“5”,與此同時(shí)cd4511的輸出端14腳g為高電平,10腳d為低電平,12腳b為低電平,q1截止,并通過d14使cd4511的第4腳為高電平,此時(shí)le呈01狀態(tài),于是電路判定優(yōu)先鎖存,后邊輸入的其它按鍵信號被封住,可見電路“優(yōu)先鎖存”后,任何搶答鍵均失去作用。 圖5-1-1鎖存優(yōu)先功能電路圖 5.2數(shù)碼顯示單元電路 共陰式led數(shù)碼管的原理圖(圖5-2-1數(shù)碼顯示管原理圖),使用時(shí)

12、,共陰極接地,7個(gè)陽極ag由相應(yīng)的bcd七段譯碼器來驅(qū)動(dòng)。數(shù)碼管接0.5寸共陰數(shù)碼管。圖5-2-1數(shù)碼顯示管原理圖圖5-2-2數(shù)碼顯示管的結(jié)構(gòu)5.3由555定時(shí)器控制的報(bào)警單元電路 搶答器報(bào)警電路由ne555接成音多諧振蕩器,其中r16r1710k,揚(yáng)聲器通過100uf的電容器接在ne555 ic的3腳與地(gnd)之間。c10.01,r16?沒有直接和電源相接,而是通過四只1n4148組成二極管或門電路,四只二極管的陽極分別接cd4511的1,2,6,7腳,任何搶答按鍵按下,報(bào)警電路都能振蕩發(fā)出訊響聲。 圖5-3-1 搶答器報(bào)警電路 6 硬件的制作與調(diào)試 依據(jù)設(shè)計(jì)好的電路圖,將各個(gè)元件由小到

13、大依次焊接到電路板上,將所有元件焊接好后用導(dǎo)線將各個(gè)元件連接起來,然后進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試時(shí),先由主持人按動(dòng)清零開關(guān),使數(shù)碼顯示器示數(shù)為零,然后由八個(gè)選手分別掌控八個(gè)開關(guān)按鈕,當(dāng)主持人發(fā)布口令時(shí),八個(gè)選手分別搶答,通過cd4511將第一個(gè)按下開關(guān)選手的序號鎖存起來,然后傳送給led數(shù)碼顯示管進(jìn)行顯示。 7 總結(jié) 過這次課程設(shè)計(jì),我學(xué)到了很多書本上沒有的實(shí)際的知識,熟悉了一些元器件、芯片在工程中的靈活運(yùn)用。在設(shè)計(jì)及制作過程中,遇到過一些困難。通過上網(wǎng)和去圖書館查資料解決之。并且在網(wǎng)上搜集到了一些元器件及電路的相關(guān)資料對以后的學(xué)習(xí)及工作是很有幫助的。最重要的是我學(xué)會(huì)了自學(xué)的方法,這將使我今后離開學(xué)校,踏

14、上社會(huì)是相當(dāng)有幫助的。其次是進(jìn)一步熟練地掌握和運(yùn)用了相關(guān)的專業(yè)軟件,提高了我們自身的專業(yè)素質(zhì)。這也是我們工科學(xué)生所必須掌握的基礎(chǔ)技能。同時(shí)也深深的體會(huì)到,我們書本上所學(xué)的知識和實(shí)際的東西相差甚遠(yuǎn),我們所不懂的知識還有很多,因此今后我們要更加注重實(shí)際方面的鍛煉和運(yùn)用。 在此要感謝我的指導(dǎo)老師,感謝老師給我這樣的機(jī)會(huì)鍛煉。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中我懂得了許多東西,也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力,樹立了對自己工作能力的信心,相信會(huì)對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力,使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個(gè)項(xiàng)目還不是很完善,但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)

15、設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富,使我終身受益。 參考文獻(xiàn) 1 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第五版)m.北京:高等教育出版社,2006 2 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)m.北京:高等教育出版社,2008 3 陳先龍.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)m.北京:國防工業(yè)出版社,20064 陳光明.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)與綜合實(shí)訓(xùn)m.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007 5 謝自美.電子線路設(shè)計(jì)?實(shí)驗(yàn)?測試(第三版)m.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2006 附錄1:總體電路原理圖附錄2:cd4511真值表inoutlebilidcbaabcdefg顯示xx0xxxx11111118x01xxxx0000000消隱01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消