八路搶答器實(shí)驗(yàn)報(bào)告1

1、電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告4511型八路數(shù)顯搶答器學(xué)生姓名：專 業(yè)：班 級：學(xué)號：指導(dǎo)教師：同組成員：時(shí) 間：第一章 緒論1.1關(guān)于4511型數(shù)顯搶答器八路智能搶答器主要由數(shù)字優(yōu)先編碼電路、鎖存/譯碼/驅(qū)動電路于一體的CD4511集成電路、數(shù)碼顯示電路和報(bào)警電路組成。優(yōu)先編碼電路、CD4511集成電路將參賽隊(duì)的輸入信號在數(shù)碼顯示管上輸出，用報(bào)警電路對時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格控制，這樣就構(gòu)成了八路智能搶答器電路。八路數(shù)字搶答器電路包括搶答，編碼，優(yōu)先，鎖存，數(shù)顯，復(fù)位及搶答鍵。搶答器數(shù)字優(yōu)先編碼電路由D1-D12組成，實(shí)現(xiàn)數(shù)字的編碼。CD4511是一塊含BCD-7段鎖存/譯 碼/驅(qū)動電路于一體的集成電路。搶答器報(bào)警電

2、路由NE555接成音多諧振蕩器構(gòu)成。搶答器數(shù)碼顯示電路由數(shù)碼管組成，輸入的BCD碼自動地由 CD4511內(nèi)部電路譯碼成十進(jìn)制數(shù)在數(shù)碼管上顯示。1.2 選題的目的和意義通過這次課程設(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，同時(shí)了解焊接的方法和技巧。1.3 課題研究的內(nèi)容八路智能搶答器是采用了CD4511集成芯片來實(shí)現(xiàn)功能要求的，在搶答過程中，每個(gè)選手都有一個(gè)搶答按鈕。在主持人按下復(fù)位鍵宣布搶答開始的時(shí)候，選手就開始進(jìn)行搶答，在指定時(shí)間內(nèi)選手進(jìn)行搶答，數(shù)碼顯示屏上會顯示最先搶答選手的編號。如果主持人沒有按下開始鍵而選手就搶答視為犯規(guī)，數(shù)碼顯示屏顯示犯規(guī)者的編號，揚(yáng)聲器持續(xù)發(fā)生。主持人可

3、按復(fù)位鍵，新一輪搶答開始。第2章 搶答器的系統(tǒng)概述2.1 系統(tǒng)的主要功能簡介4511型八路數(shù)顯搶答器的主要功能有如下三點(diǎn)：1. 可同時(shí)供8名選手參加比賽，其相應(yīng)的編碼分別是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應(yīng)。2. 給主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（編號顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。3. 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號。2.2 搶答器的工作過程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)警電路會發(fā)出訊響聲，并且數(shù)碼顯示電路上會顯示成功搶

4、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?？偠灾?，本課題利用簡單邏輯數(shù)字電路設(shè)計(jì)了智能搶答器，該搶答器具有基本的強(qiáng)大功能，提高了系統(tǒng)的可靠性、簡化了電路結(jié)構(gòu)、節(jié)約了成本，但是此搶答器功能還不夠強(qiáng)大，還有很多功能無法實(shí)現(xiàn)，需要我們繼續(xù)學(xué)習(xí)和研究。第3章 搶答器的單元電路設(shè)計(jì)八路智能搶答器主要由數(shù)字編碼電路、譯碼優(yōu)先鎖存驅(qū)動電路、數(shù)碼顯示電路和報(bào)警電路組成。現(xiàn)簡單介紹八路智能搶答器設(shè)計(jì)中的各單元電路的設(shè)計(jì)的情況。3.1搶答器設(shè)計(jì)中的數(shù)字編碼電路

5、參考電路如圖3-1所示，S1S8組成18路搶答器，D1D12組成數(shù)字編碼器。該電路完成的功能是：通過編碼二極管編成BCD碼，將高電平加到CD4511所對應(yīng)的輸入端。從CD4511的引腳可以看出，引腳6，2，1，7分別為BCD碼的 D、C、B、A位（D這高位，A為低位，即D、C、B、A分別代表BCD碼8、4、2、1位）。工作過程：當(dāng)電路上電，主持人按下復(fù)位鍵，選手就可以開始搶答。當(dāng)選手1按下S1搶答鍵，高電平通過編碼二極管D1加到CD4511集成芯片的7腳（A位），7腳為高電平，1、2、6腳保持低電平，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“0001”；當(dāng)選手2按下S2搶答鍵，高電平通過編碼二極管D2加

6、到CD4511集成芯片的1腳（B位），1腳為高電平，2、6、7腳保持低電平，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“0010”；當(dāng)選手3按下S3搶答鍵，高電平通過編碼二極管D3、D4加到CD4511集成芯片的1、7腳（B、A位），1、7腳為高電平，2、6腳保持低電平，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“0011”；當(dāng)選手4按下S4搶答鍵，高電平通過編碼二極管D5加到CD4511集成芯片的2腳（C位），2腳為高電平，1、6、7腳保持低電平，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“0100”；當(dāng)選手5按下S5搶答鍵，高電平通過編碼二極管D6、D7加到CD4511集成芯片的2、7腳（C、A位），2、7腳為高電平，1、6

7、腳保持低電平，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“0101”； 當(dāng)選手6按下S6搶答鍵，高電平通過編碼二極管D8、D9加到CD4511集成芯片的1、2腳（B、C位），1、2腳為高電平，6、7腳保持低電平，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“0110”； 當(dāng)選手7按下S7搶答鍵，高電平通過編碼二極管D10、D11、D12加到CD4511集成芯片的1、2、7腳（B、C、A位），1、2、7腳為高電平，6腳保持低電平，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“0111”； 當(dāng)選手8按下S8搶答鍵，高電平加到CD4511集成芯片的6腳（D位），6腳為高電平，1、2、7腳保持低電平，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“1000

8、”。 輸入的BCD碼就是鍵的號碼，并自動地由 CD4511內(nèi)部電路譯碼成十進(jìn)制數(shù)在數(shù)碼管上顯示。圖4-1 數(shù)字編碼系列電路圖3-1 數(shù)字編碼系統(tǒng)電路輸 入輸 出S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 D C B A1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 00 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 00 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 00 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 11 0 0 0 表

9、3-1數(shù)字編碼電路功能真值表3.2搶答器設(shè)計(jì)中的譯碼/優(yōu)先/鎖存電路CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動共陰極 LED（數(shù)碼管）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)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動LED顯示器。CD4511 是一片 CMOS BCD鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動器，引腳排列如圖3-2-1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)， B1端應(yīng)加高

10、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)9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，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。（1）、CD4511的引腳圖圖3-2-1 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

11、8、16分別表示的是VDD、VSS。其功能介紹如下：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”。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)LE=

12、0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。A、B、C、D：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。（2）、譯碼驅(qū)動功能編碼器實(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)動器CD4511作為譯碼電路。CD4511真值表如圖3-2-4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。圖3-2-4 CD4511真值表（3）、鎖存優(yōu)先功能由于搶答器

13、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。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3-2-5 CD4511真值表）可完成這一功能。當(dāng)搶答鍵都未按下時(shí)，因?yàn)镃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0-9這 10個(gè)數(shù)字的分析（見圖4-2-5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

14、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)備階段，主持人會按復(fù)位鍵，數(shù)顯為“0”態(tài)，正是這種情況下，搶答開始，當(dāng)S1-S8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

15、至CD4511第5腳（即LE端），即LE由0-1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。

16、圖3-2-5鎖存優(yōu)先功能電路圖3.3搶答器設(shè)計(jì)中的數(shù)碼顯示電路共陰式LED數(shù)碼管的原理圖（圖3-3-1數(shù)碼顯示管原理圖），使用時(shí)，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。數(shù)碼管接0.5寸共陰數(shù)碼管。圖3-3-1數(shù)碼顯示管原理圖圖3-3-2數(shù)碼顯示管的結(jié)構(gòu)圖顯示字符gfedcba0011111110000110210110113100111141100110511011016111 1101 7000011181111111圖3-3-3共陰極數(shù)碼管顯示字段碼3.4搶答器設(shè)計(jì)中的報(bào)警電路參考電路如圖3-4-1所示，搶答器報(bào)警電路由NE555接成音多諧振蕩器，其中R16=R17=10

17、K，揚(yáng)聲器通過100UF的電容器接在NE555 IC的3腳與地（GND）之間。C1=0.01，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3-4-1搶答器報(bào)警電路由NE555接成音多諧振蕩器構(gòu)成的報(bào)警電路如圖3-4-1所示。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率fo143（RI2R2）C，其輸出信號經(jīng)三極管推動揚(yáng)聲器。PR為控制信號，當(dāng)PR為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。555構(gòu)成的多諧振蕩器的工作原理如圖3-4-2所示：接通電源Vcc后，Vcc經(jīng)

18、電阻R1和R2對電容C充電，其電壓uc由0按指數(shù)律上。當(dāng)uc2/3 Vcc時(shí)，電壓比較器C1和C2的輸出分別為uc1=0,uc2=1,基本RS觸發(fā)器被置0，Q等于0，Q非等于1，輸出uO躍到低電平UOL。于此同時(shí)。放電管V導(dǎo)通，電容C經(jīng)電阻R2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，uc隨之下降。當(dāng)uc下降到uc1/3Vcc時(shí)，則電壓比較器C1和C2的輸出uc1=1和uc2=0，基本RS觸發(fā)器被置為1，Q等于1，Q非等于0，輸出uO由低電平UOL躍到高電平UOH。同時(shí)因Q非等于0，放電管V截止，電源Vcc又經(jīng)過R1和R2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uc在2

19、/3Vcc和1/3Vcc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。圖3-4-2 555定時(shí)器工作原理圖將NE555多諧振蕩器與成音多諧振蕩器連接起來，前一個(gè)振蕩器的輸出接到后一個(gè)振蕩器的復(fù)位端，后一個(gè)振蕩器的輸出接到揚(yáng)聲器上。這樣，只有當(dāng)前一個(gè)振蕩器輸出高電平時(shí)，才驅(qū)動后一個(gè)振蕩器振蕩，揚(yáng)聲器發(fā)聲；而前一個(gè)振蕩器輸出低電平時(shí)，導(dǎo)致后面振蕩器復(fù)位并停止振蕩，此時(shí)揚(yáng)聲器無音頻輸出。第4章 搶答器的電路設(shè)計(jì)圖及工作原理4.1搶答器工作原理電路圖通過對電路的一些功能需求分析，我們運(yùn)用了Protel 99 SE軟件對電路圖進(jìn)行了設(shè)計(jì)，將搶答器工作原理電路圖設(shè)計(jì)出來，如圖4-1-1所示。4-1

20、-1搶答器工作原理電路圖4.2搶答器的工作原理搶答器訊響電路由NE555接成音多諧振蕩器，其中R16=R17=10K，揚(yáng)聲器通過100UF的電容器接在NE555 IC的3腳與地（GND）之間。C1=0。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，訊響電路都能振蕩發(fā)出訊響聲。S1-S8組成1-8路搶答鍵，D1-D12組成數(shù)字編碼器，任一搶答案鍵按下，都須通過編碼二極管編成BCD碼，將高電平加到CD4511所對應(yīng)的輸入端，從CD4511的引腳可以看出，引腳6，2，1，7分別為BCD碼的D，C，

21、B，A位（D這高位，A為低位，即D，C，B，A分別代表BCD碼8，4，2，1位）。設(shè)S8鍵按下，高電平加到CD4511的6腳，而2，1，7腳保持低電平，此時(shí)CD4511輸入BCD碼這“1000”。又如設(shè)S5鍵按下，此時(shí)高電平通過兩只二極管D6，D7加到CD4511的2腳與7腳，而6，1腳保持低電平。此時(shí)CD4511輸入的BCD碼是“0101”依此類推，按下第幾號搶管鍵，輸入的BCD碼就是鍵的號碼并自動地由CD4511內(nèi)部電路譯碼成十進(jìn)制數(shù)在數(shù)碼管上顯示。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,同時(shí)數(shù)碼顯示并拒絕后面搶答信號的干擾

22、。CD4511內(nèi)部電路與Q1，R7，R8，D13，D14組成的控制電路可完成這一功能，當(dāng)搶答鍵都未按下時(shí)，因?yàn)镃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0-9這10個(gè)數(shù)字的分析（見CD4511真值表）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)備階段,主持人會按復(fù)位鍵數(shù)顯為”0”態(tài).正是這種情況下,搶答開始.當(dāng)

23、S1-S8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LE端(第5腳)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碼之顯示狀態(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由0-1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)

24、行下一題的搶答,主持人順先按下復(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)”0”顯狀態(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”0”“1”狀態(tài),于是電路判定優(yōu)先鎖存.后邊接蹲面來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.第5章 心得體會在這次設(shè)計(jì)中遇到了很多實(shí)際性的問題，在實(shí)際設(shè)計(jì)中才發(fā)現(xiàn)，書本上理論性的東西與在實(shí)際運(yùn)用中的還是有一定的出入的，所以有些問題不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯(cuò)誤思維。電路設(shè)計(jì)是一個(gè)很靈活的東西，它反映了你解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能力。它才是一個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂所在。因此在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中大部分時(shí)間是用在單元電路的理解和設(shè)計(jì)上面。很多單元電路是可以借鑒書本上的，但怎樣銜接各個(gè)單元電路才是關(guān)鍵的問題