八路搶答器(CD4511)設(shè)計報告

1、東北電力大學(xué)輸變電技術(shù)學(xué)院目 錄 1、 課題設(shè)計任務(wù)及目標(biāo). 1 2、 搶答器電路原理分析. 23、 搶答器的電路設(shè)計. 54、 課題設(shè)計體會. 713 課題設(shè)計任務(wù)及目標(biāo)一、課題學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握基本邏輯門電路的功能，了解常用組合邏輯點的功能，能對較復(fù)雜的組合邏輯電路進行分析，會用門電路進行門電路設(shè)計，實現(xiàn)相應(yīng)的邏輯功能，用組合邏輯集成電路實現(xiàn)較復(fù)雜的邏輯功能。二、課題任務(wù)：1. 搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S1S8表示。2. 設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時

2、蜂鳴器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。4. 參賽選手進行搶答時，若搶答有效，顯示器上則顯示選手的編號，并保持到主持人將搶答器系統(tǒng)復(fù)位時為止。三、總體方案設(shè)計與論證1.接通電源后，主持人按動“復(fù)位”鍵，搶答器處于靜止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器和指示燈亮，搶答器處于等候狀態(tài)，此時就可以進行搶答。2.搶答器完成，優(yōu)先判斷搶答的組號，并將編號進行鎖存，然后通過譯碼器將編號顯示在七段數(shù)碼管上，并且蜂鳴器提示。3.當(dāng)一輪搶答結(jié)束后，禁止第二次搶答。4.如果再次搶答必須由主持人操作“復(fù)位”鍵，待搶答器復(fù)位后即可進行搶答。搶答器的電路設(shè)計通過對電路的功能分析，考

3、慮成本與節(jié)約時間上，本次實驗電路不采用PCB，而采用人工開進行焊接，做出了實物電路板進行實驗調(diào)試。一、搶答器原理圖abcdegfLTBILEDACB 搶答器電路原理分析一、搶答器原理 圖一、搶答器原理圖二、電路設(shè)計方案和原理說明搶答器電路設(shè)計 (1)搶答電路的功能有兩個：一是能分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示譯碼電路用；二是要使其它選手按鍵操作無效。(2)選用CD4511、二極管等元件組成搶答電路。(3)搶答電路工作原理：電路完成了基本的搶答功能，即開始搶答后，當(dāng)選手按動搶答鍵時，能顯示選手的編號，同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。其工作原理為：接通電源后，當(dāng)主持人

4、按下復(fù)位鍵，宣布"開始"搶答器工作。選手即可開始搶答，當(dāng)選手按下?lián)尨疰I后，搶答器完成：編碼、優(yōu)先鎖存、譯碼、數(shù)碼顯示。當(dāng)一輪搶答之后，只有主持人按下復(fù)位鍵，才能進行下一輪搶答，否則搶答無效。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。數(shù)碼顯示電路上會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，選手才能進行順利搶答。3、CD4511芯片的說明 CD4511是一個用于驅(qū)動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD

5、碼七段碼譯碼器，特點：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 2 所示。其中A（7腳） B（1腳） C（2腳） D（六腳）為 BCD 碼輸入，A（7腳）為最低位。LT為燈測試端，加高電平時，顯示器正常顯示，加低電平時，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時， B1端應(yīng)加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進制數(shù)9(1001)時，顯示字形也自行消

6、隱。LE是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數(shù)據(jù)。A(13腳) B（12腳）C（11腳） D（10腳） E（9腳） F（15腳） G（14腳）是 7 段輸出，可驅(qū)動共陰LED數(shù)碼管。若要多位計數(shù)，只需將計數(shù)器級聯(lián)，每級輸出接一只 CD4511 和 LED 數(shù)碼管即可。所謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時可使用330的限流電阻。4、CD4511的工作原理 (1)、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，這就有一個先后判定的鎖存優(yōu)先電路，確保第一個搶答信號鎖存住。同時數(shù)碼顯示并拒絕后面搶

7、答信號的干擾。CD4511內(nèi)部電路與Q1，R8，R9，R10，D18，D19組成的控制電路（見CD4511真值表）可完成這一功能。當(dāng)搶答鍵都未按下時，因為CD4511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(13腳)B（12腳） C（11腳） D（10腳） E（9腳） F（15腳） G（14腳）均為高電平，G為低電平。通過對0-9這 10個數(shù)字的分析（見鎖存優(yōu)先功能電路圖）可以看到，只當(dāng)數(shù)字為0時，才出現(xiàn)d為高電平，而D為低度電平，這時Q1導(dǎo)通，D18、D19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)

8、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，CD4511的輸出端D(10腳)為低電平或輸出端G（14腳）為高電平，這兩種狀態(tài)必有一個存在或都存在，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（13腳） B（12腳） C（11腳） D（10腳） E（9腳） F（15腳） G（14腳）七個輸出鎖存保持在LE為0時輸入的BCD碼的顯示狀態(tài)。例如S1按下，數(shù)碼管應(yīng)顯示1，此時僅E（9腳） F（15腳）為高電平，而D(10腳)為低電平，此時三極管Q

9、1的基極亦為低電平，集電極為高電平，經(jīng)D19加至CD4511第5腳（即LE端），即LE由0狀態(tài)變?yōu)?狀態(tài)，則在LE為“0”時輸入給CD4511的第一個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鍵第一個按下，這時應(yīng)立即顯“5”。(電路如圖) 譯碼器驅(qū)動及顯示電路如下圖所示，CD4511是輸出高電平有效的顯示譯碼，因而LED顯示應(yīng)選用如共陰極的數(shù)碼顯示，且由于LED的電流較小，因此在數(shù)碼顯示器前必須加限流電阻。 圖二 鎖存、譯碼

10、部分電路圖4、CD4511 的 引 腳 圖 圖三 引腳圖 (1)引腳功能如下：       BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時，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，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”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。   LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。、為A(7腳)、B(1腳)、C（2腳）、D（6腳

11、）、8421BCD碼輸入端。A(13腳)、B(12腳)、C（11腳）、D（10腳）、E(9腳)、F(15腳)、G(14腳)：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。5、CD4511的真值表輸    入輸     出LEBILIDCBAabcdefg顯示XX0XXXX11111118X01XXXX000000001100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111

12、110000701110001111111801110011110011901110100000000消隱01110110000000消隱0111100000000001111010000000011111000000000111111000000111XXXX鎖  存鎖存 二材料清單序號材料名稱器件型號數(shù)量1集成電路CD451112二極管IN4148153電解電容10F146*6*4.5按鈕開關(guān)95電阻10K66電阻100K17電阻2.2K18電阻30079三極管9013110接線柱111PCB1125v蜂鳴器113一位共陰數(shù)碼管0.56寸11416腳IC座1 課題設(shè)計體會這次課題設(shè)計的電路我感覺還算比較簡單的，以前在模電課程設(shè)計中接觸過一些電子電路，但在起初還是感到有點無從下手，在整個電路的設(shè)計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計上，在多種方案的選擇中，我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因，最后還是在通多次對電路的改進，上機仿真以及接線調(diào)試，終于使整個電路可穩(wěn)定工作。設(shè)計過程中，我深刻的體會到在設(shè)計過程中，需要反復(fù)實踐，其過程很