CD4511八路搶答器論文

1、浙江大學(xué)3 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(zhuān)業(yè)班級(jí)11級(jí)通信工程2班學(xué)號(hào)2011510院（系）信息工程學(xué)院指導(dǎo)教師鄧國(guó)輝完成時(shí)間2013年11月26日1課程設(shè)計(jì)的目的12課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求1設(shè)計(jì)方案與論證1設(shè)計(jì)原理與功能說(shuō)明24.1主要元器件選用及原理24.2八路搶答器的原理方框圖45單元電路設(shè)計(jì)55.1CD4511單元控制電路55.2數(shù)碼顯示單元電路75.3由555定時(shí)器控制的報(bào)警單元電路76硬件的制作與調(diào)試87總結(jié)9參考文獻(xiàn)10附錄1:總體電路原理圖11附錄2:CD4511真值表1213附錄3:元器件清單1課程設(shè)計(jì)的目的通過(guò)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

2、工作原理，也初步掌握八路智能搶答器的調(diào)整及測(cè)試方法，提高實(shí)踐動(dòng)手能力和思考問(wèn)題的能力。同時(shí)通過(guò)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(shí)，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(cè)試方法。本課程設(shè)計(jì)通過(guò)參考大量文獻(xiàn)對(duì)八路智能搶答器的工作原理進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹，通過(guò)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. 可容納八組參賽的數(shù)字式搶答器；2. 電路具有第一搶答信號(hào)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

3、無(wú)效；4. 具有一定的定時(shí)功能。3設(shè)計(jì)方案與論證1. 開(kāi)始上電之后，主持人按復(fù)位鍵，搶答開(kāi)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(hào)。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(wú)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(wú)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(shuō)明4.1主要元器件選用及原理1.CD4511CD4511是一個(gè)用丁驅(qū)動(dòng)共陰極LED(數(shù)碼管)顯示器的BCD碼一七段碼譯碼器,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。

4、可直接驅(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(cè)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(guò)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(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

5、段消隱，所以顯示6、9這兩個(gè)數(shù)時(shí)，字形不太美觀。161415910111213VDDgfedcbaCD4511LTBLEDCBAVss圖4-1-1CD4511的引腳圖各引腳的名稱(chēng)：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分別表小的是Vss、Vdd。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)碼管均處丁熄滅（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

6、=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(jí)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(wú)關(guān)。這一功能主要用丁測(cè)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=0時(shí)，貝UA、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4-1-2555定時(shí)器工作原理圖555構(gòu)成的多諧振蕩器的工作原理：接通電源V后，Vcc經(jīng)電阻R16和R17

7、對(duì)電容C充電，其電壓Uc由0按指數(shù)律上。當(dāng)UcZvcC時(shí)，電壓比較器3C1和C2的輸出分別為Uci=0,Uc2=1，基本RS觸發(fā)器被置0,Q等丁0,Q非等丁1,輸出U0躍到低電平Uol。丁此同時(shí)。放電管V導(dǎo)通，電容C經(jīng)電阻日2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uc】VcC時(shí)，則電3壓比較器Ci和C2的輸出Uci=1和Uc2=0,基本RS觸發(fā)器被置為1,Q等丁1,Q非等丁0,輸出U。由低電¥Uol躍到高電¥Yoh。同時(shí)因Q非等丁0,放電管V截止，電源Vcc乂經(jīng)過(guò)R和R2對(duì)電容C充電。電路乂回到第一暫穩(wěn)態(tài)。因此，電容C上的電壓Uc在2V

8、cc和1VcC之間來(lái)回充電和放33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)5.1CD4511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(jí)，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(duì)開(kāi)關(guān)信號(hào)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(lái)，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(jí)或非門(mén)擔(dān)任，為了簡(jiǎn)化線路，先用二輸入端與非門(mén)對(duì)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(mén)譯碼。（2）、鎖存優(yōu)先

9、功能由于搶答器都是多路即須滿(mǎn)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(hào)鎖存住。同時(shí)數(shù)碼顯示并拒絕后面搶答信號(hào)的十?dāng)_。CD4511內(nèi)部電路與Q1,R7,R8,D13,D14組成的控制電路（見(jiàn)圖附錄2）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(guò)對(duì)09這10個(gè)數(shù)字的分析（見(jiàn)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(yáng)極均為低電平，使C

10、D4511的第5腳（即LE端）為低電平“0”，這種狀態(tài)下，CD4511沒(méi)有鎖存而允許BCD碼輸入。在搶答準(zhǔn)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(kāi)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(hào)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

11、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)先而鎖存，所以數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)S1送來(lái)的信號(hào)是1,S1之后的任一按鍵信號(hào)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,活除鎖存器內(nèi)的數(shù)值，數(shù)顯先是熄滅一下，再?gòu)?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(guò)D14使CD4511的第4腳為高電平，此時(shí)LE呈01狀態(tài)，丁是電路判定優(yōu)先鎖存，后邊輸入的其它按鍵信號(hào)被封住，可見(jiàn)電路“優(yōu)先鎖存”后，任何搶答鍵均失去作用。R9360R1036

12、0R11360R410kR510k7T26AQABQBCQCDQDQELTQFBIQGLE/STB4511U213121T109"1514D13diodeDIODER12360R13360R14360R8R72.2kQ1NPNR15360L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)，共陰極接地，7個(gè)陽(yáng)極ag由相應(yīng)的BCD七段譯碼器來(lái)驅(qū)動(dòng)。數(shù)碼管接0.5寸共陰數(shù)碼管。R9360R10360R11360R12360R13360R14360R15360R7仁2.2k.1Q1NPNR85k圖5-2-1數(shù)碼顯示管原理圖

13、fgGNDab111IIaJi1g1b:ellchdhcdGNDe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R16=R17=10K,揚(yáng)聲器通過(guò)100UF的電容器接在NE555IC的3腳與地（GND）之間001=0.01,R16沒(méi)有直接和電源相接，而是通過(guò)四只1N4148組成二極管或門(mén)電路，四只二極管的陽(yáng)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。R1610kR1710kC11000pU1QDCTRTH555C210000PCVSPEAKER圖5-3-1搶答器報(bào)警電路6硬件的制作與調(diào)

14、試依據(jù)設(shè)計(jì)好的電路圖，將各個(gè)元件由小到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(lái)，然后進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試時(shí)，先由主持人按動(dòng)活零開(kāi)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(kāi)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(guò)CD4511將第一個(gè)按下開(kāi)關(guān)選手的序號(hào)鎖存起來(lái)，然后傳送給LED數(shù)碼顯示管進(jìn)行顯示。7總結(jié)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多書(shū)本上沒(méi)有的實(shí)際的知識(shí)，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(guò)程中，遇到過(guò)一些困難。通過(guò)上網(wǎng)和去圖書(shū)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(duì)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)

15、的方法，這將使我今后離開(kāi)學(xué)校，踏上社會(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(zhuān)業(yè)軟件，提高了我們自身的專(zhuān)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(shū)本上所學(xué)的知識(shí)和實(shí)際的東西相差其遠(yuǎn)，我們所不懂的知識(shí)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(guò)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(shù)立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)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(guò)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)

16、計(jì)過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)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,20062 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,20083 陳先龍.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)M.北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2006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謝自美.電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)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D15D16D17D18D1R1R1610kD2R17R210kD310kC2Diode10000pD4C15551000pDIODEC4D6R310kD

17、7dOdtD8D9U2713D101226103D114145R6R4451110k10kDIODER11360R10360R9360DIODEDIODEDIODE915AAAADIODEDODEDIODEDOU1D5DIODED12治DIODE10kRCQVDCCVDNTRGTH36-IC3100UFLS11/SPEAKERABQAQBCQCDQDQELTQFBIQGLE/STB11D13DIODED14R7R12R13R14R15R87DIODE附錄2:CD4511真值表INOUTLEBILIDCBAabcdefg顯示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱011000011111100011000101100001011001011011012011001111110013011010001100114011010110110115011011000111116011011111100007011100011