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数字电路课程设计报告八路数显抢答器学生姓名: 专 业: 电子信息工程技术 班 级: 学 号: 指导教师: 倪文兴 同组成员: 时 间:2013年6月7日至6月14日目录第1章 绪论错误!未定义书签。1.1关于4511型数码抢答器11.2选题的目的和意义11.3课题研究的内容1第2章 抢答器的系统概述22.1系统的主要功能简介22.2抢答器的工作过程2第3章 抢答器的单元电路设计33.1抢答器设计中的数字编码电路33.2抢答器设计中的译码/优先/锁存电路53.3抢答器设计中的数码显示电路83.4抢答器设计中的报警电路9第4章 抢答器的电路设计图及工作原理114.1抢答器工作原理电路图124.2抢答器工作原理13第5章 心得体会14附录(元件清单)15第一章 绪论1.1关于4511型数显抢答器八路数字抢答器电路包括抢答,编码,优先,锁存,数显,复位及抢答键。抢答器数字优先编码电路由D1-D12组成,实现数字的编码。CD4511是一块含BCD-7段锁存/译 码/驱动电路于一体的集成电路。抢答器报警电路由NE555接成音多谐振荡器构成。抢答器数码显示电路由数码管组成,输入的BCD码自动地由 CD4511内部电路译码成十进制数在数码管上显示。 1.2 选题的目的和意义通过这次课程设计,让我了解到了八路智能抢答器的结构组成和工作原理,进一步掌握元器件质量及特性的判断和焊接方法和技巧。1.3 课题研究的内容八路智能抢答器是采用了CD4511集成芯片来实现功能要求的,在抢答过程中,每个选手都有一个抢答按钮。在主持人按下复位键宣布抢答开始的时候,选手就开始进行抢答,在指定时间内选手进行抢答,数码显示屏上会显示最先抢答选手的编号,同时扬声器发声提醒。如果主持人没有按下复位键而选手就抢答视为犯规,扬声器持续报警。如果主持人按下复位键没宣布开始而选手就抢答,显示屏显示犯规者的编号,主持人可按复位键,新一轮抢答开始。第2章 抢答器的系统概述2.1 系统的主要功能简介4511型八路数显抢答器的主要功能有如下三点:1. 可同时供8名选手参加比赛,其相应的编号分别是1、2、3、4、5、6、7、8,各用一个抢答按钮,按钮的编号与选手的编号相对应。2. 给主持人设置一个控制开关,用来控制系统的清零(编号显示数码管灭灯)和抢答的开始。3. 抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后,若有选手按动抢答按钮,编号立即锁存,并在LED数码管上显示出选手的编号。2.2 抢答器的工作过程1、开始上电之后,主持人按复位键,抢答开始。如有选手按下抢答键,报警电路会发出讯响声,并且数码显示电路上会显示成功抢答的选手的编号。2、当有选手抢答成功之后,系统就进行了优先锁存,其他抢答选手抢答无效。3、如果主持人未按下复位键,而有人按了抢答按键,此次抢答无效,只有当主持人按下了复位键,选手才能进行顺利抢答。总而言之,本课题利用简单逻辑数字电路设计了智能抢答器,该抢答器具有基本的强大功能,提高了系统的可靠性、简化了电路结构、节约了成本,但是此抢答器功能还不够强大,还有很多功能无法实现,需要我们继续学习和研究。第3章 抢答器的单元电路设计八路智能抢答器主要由数字编码电路、译码优先锁存驱动电路、数码显示电路和报警电路组成。现简单介绍八路智能抢答器设计中的各单元电路的设计的情况。3.1抢答器设计中的数字编码电路参考电路如图3-1所示,S1S8组成18路抢答器,D1D12组成数字编码器。该电路完成的功能是:通过编码二极管编成BCD码,将高电平加到CD4511所对应的输入端。从CD4511的引脚可以看出,引脚6,2,1,7分别为BCD码的 D、C、B、A位(D为高位,A为低位,即D、C、B、A分别代表BCD码8、4、2、1位)。工作过程:当电路上电,主持人按下复位键,CD4511输入BCD码为“0000”,选手就可以开始抢答。当选手1按下S1抢答键,高电平通过编码二极管D1加到CD4511集成芯片的7脚(A位),7脚为高电平,1、2、6脚保持低电平,此时CD4511输入BCD码为“0001”;当选手2按下S2抢答键,高电平通过编码二极管D2加到CD4511集成芯片的1脚(B位),1脚为高电平,2、6、7脚保持低电平,此时CD4511输入BCD码为“0010”;以此类推,当选手8按下S8抢答键,高电平加到CD4511集成芯片的6脚(D位),6脚为高电平,1、2、7脚保持低电平,此时CD4511输入BCD码为“1000”。 输入的BCD码就是键的号码,并自动地由 CD4511内部电路译码成十进制数在数码管上显示。输 入输 出S1S2S3S4S5S6S7S8DCBA100000000001010000000010001000000011000100000100000010000101000001000110000000100111000000011000表3-1数字编码电路功能真值表输出逻辑函数:3.2抢答器设计中的译码/优先/锁存电路CD4511是一个用于驱动共阴极 LED(数码管)显示器的 BCD 码七段码译码器,特点:具有消隐和锁存控制、BCD七段译码及驱动功能的CMOS电路,能提供较大的拉电流,可直接驱动LED显示器。(1)、CD4511的引脚图 其功能介绍如下:1)A、B、C、D:为8421BCD码输入端,高电平有效。2)a、b、c、d、e、f、g:为译码输出端,输出为高电平1有效,可驱动共阴LED数码管。3)(3脚):测试输入端。该端拥有最高级别权限,与其余所有输入端状态无关,只要=0 时,译码输出全为1,不管输入DCBA状态如何,七段均发亮,显示“8”。这一功能主要用于测试目的,因此正常使用中应接高电平。4)(4脚):消隐输入控制端。当=1,=0 时,不管其它输入端状态如何,七段数码管均处于熄灭(消隐)状态,不显示任何数字。5)LE(5脚):锁定控制端。当=1,=1时,若该端LE=1,则加在A、B、C、D端的外部编码信息不再进入译码,所以CD4511的输出状态保持不变;当LE=0时,则A、B、C、D端的BCD码一经改变,译码器就立即输出新的译码值。6)还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。另外 CD4511有拒绝伪码的特点,当输入数据越过十进制数9(1001)时,显示字形也自行消隐。同时,CD4511显示数“6”时,a段消隐;显示数“9”时,d段消隐,所以显示6、9这两个数时,字形不太美观。(2)、译码驱动功能二极管编码器实现了对开关信号的编码,并以BCD码的形式输出,为了将输出的BCD码能够显示对应十进制数,需要用译码显示电路,选择常用的七段译码显示驱动器CD4511作为译码电路。CD4511真值表如表3-2所示。输 入 输 出LE/BI/LTDCBAabcdefg显示 XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐 01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐 01111110000000消隐 111XXXX锁存第一个输入的信号 锁存 表3-2 CD4511真值表(3)、锁存优先功能由于抢答器都是多路,须满足多位抢答者抢答要求,这就要求有一个先后判定的锁存优先电路,锁存住第一个抢答信号,显示相应数码并拒绝后面抢答信号的输入干扰。CD4511内部电路与Q1,R7,R8,D13,D14组成的控制电路(见图3-5 CD4511真值表)可完成这一功能。当抢答键都未按下时,因为CD4511的BCD码输入端都有接地电阻(10K),所以BCD码的输入端为“0000”,则CD4511的输出端a、b、c、d、e、f均为高电平,g为低电平。通过对0-8这 9个数字的分析(见上表)可以看到,1)只当数字为0时,才出现d为高电平,而g为低度电平,因此选择g作为锁存信号,经D13加到CD4511的LE端,这时Q1导通,D13、D14的阳极均为低电平,使LE为低电平“0”,这种状态下,CD4511没有锁存而允许BCD码输入。在抢答准备阶段,主持人会按复位键,数显为“0”态;2)正是这种情况下,抢答开始,当S1-S8任一键按下时,CD4511的输出端根据按下抢答按键的不同ag输出不同的高低电平,通过g经D13反馈LE端可以实现对2、3、4、5、6、8的锁存,但是1和7由于此时g为低电平,无法锁存,因此在选取b或c作为第二锁存信号;3)在利用b或c作为第二锁存信号后,显示0是也将锁存,真是不允许的,经过对上表的分析,选取显示1、7为低电平,而显示0为高电平的d或e、f作为第二锁存信号的控制信号,b接Q1的集电极,d接Q1的基极。当显示1、7时,b为高电平,d为低电平,Q1截止,d经D14送LE锁存;当显示0时b、d均为高电平,Q1饱和导通,D14的阳极为低电平,无法锁存。3.3抢答器设计中的数码显示电路共阴式LED数码管的原理图(图3-6LED数码显示电路),使用时,共阴极接地,7个阳极ag由相应的BCD七段译码器来驱动。数码管接0.5寸共阴数码管。
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