1、浙江大學浙江大學 數字電子技術課程設計題 目 八路搶答器 學生姓名 專業班級 11 級通信工程 2 班 學 號 2011510 院 （系） 信息工程學院 指導教師 鄧國輝 完成時間 2013 年 11 月 26 日 目 錄1 課程設計的目的.32 課程設計的任務與要求.33 設計方案與論證.34 設計原理與功能說明.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 單元電路設計.75.1 CD4511 單元控制電路.75.2 數碼顯示單元電路.95.3 由 555 定時器控制的報警單元電路.96 硬件的制作與調試.107 總結.11參考文獻.12附錄 1：總體電路原理圖.

2、13附錄 2：CD4511 真值表.14附錄 3：元器件清單.1511 課程設計的目的通過這次課程設計，讓我了解到了八路智能搶答器的結構組成和工作原理，也初步掌握八路智能搶答器的調整及測試方法，提高實踐動手能力和思考問題的能力。同時通過本次課程設計，也讓我鞏固了以前學習的理論知識，建立邏輯數字電路的理論和實踐的結合，了解了八路智能搶答器各單元電路之間的關系及相互影響。初步掌握了八路智能搶答器的調整及測試方法。本課程設計通過參考大量文獻對八路智能搶答器的工作原理進行了系統的介紹，通過詳細的調查和權威技術資料及相關情報的收集，為我們更深刻的了解電子技術提供了很好的平臺，使得更好的讓理論與實踐相結合

3、。2 課程設計的任務與要求1. 可容納八組參賽的數字式搶答器；2. 電路具有第一搶答信號的鑒別與保持功能； 3. 系統進行優先鎖存，其他搶答選手搶答無效；4. 具有一定的定時功能。3 設計方案與論證 1開始上電之后，主持人按復位鍵，搶答開始。如有選手按下搶答鍵，報警電路會發出訊響聲，并且數碼顯示電路上會顯示成功搶答的選手的編號。2當有選手搶答成功之后，系統就進行了優先鎖存，其他搶答選手搶答無效。3如果主持人未按下復位鍵，而有人按了搶答按鍵，此次搶答無效，2只有當主持人按下了復位鍵，選手才能進行順利搶答。4 設計原理與功能說明4.1 主要元器件選用及原理1. CD4511CD4511 是一個用于

4、驅動共陰極 LED（數碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點：具有 BCD 轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的 CMOS 電路能提供較大的上拉電流。可直接驅動 LED 顯示器。CD4511 是一片 CMOS、BCD、鎖存、7 段譯碼、驅動器，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，顯示器正常顯示，加低電平時，顯示器一直顯示數碼“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， BI 端應加高電平。另外 CD4511 有拒絕偽碼的特點，當輸入數據越

5、過十進制數 9(1001)時，顯示字形也自行消隱。LE 是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數據。ag 是 7 段輸出，可驅動共陰 LED 數碼管。另外，CD4511 顯示數“6”時，a 段消隱；顯示數“9”時，d 段消隱，所以顯示 6、9 這兩個數時，字形不太美觀。16LTBILEDCBAVss1415910111213CD4511VDDgfedbca圖 4-1-1 CD4511 的引腳圖3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

6、邊的引腳表示輸入，下邊的引腳表示輸出；還有兩個引腳 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 BI=0 時，不管其它輸入端狀態如何，七段數碼管均處于熄滅（消隱）狀態，不顯示數字。LT：3 腳是測試輸入端。當 BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為 1，不管輸入 DCBA 狀態如何，七段均發亮，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限，只要它為 0，既有上述現象，而與其余所有輸入端狀態無關。這一功能主要用于測試目的，因此正常使用中應接高電平。LE：5 腳是鎖定控制端。當 BI、LT 為 1 時，若該端為高電平，則

7、加在 A、B、C、D 端的外部編碼信息不能進入譯碼，所以譯碼器的輸出狀態保持不變；當 LE=0 時，則 A、B、C、D 端的 BCD 碼一經改變，譯碼器就立即輸出新的譯碼值。2 555 定時器R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U1555R1610kR1710kC11000pC210000pC3100uFLS1SPEAKER圖 4-1-2 555 定時器工作原理圖4555 構成的多諧振蕩器的工作原理：接通電源 V 后，經電阻和CCV16R對電容 C 充電，其電壓由 0 按指數律上。當時，電壓比17RCUCCCVU32較器和的輸出分別為=0，=1，基本 RS 觸發器被置 0，Q 等1

8、C2C1CU2CU于 0，Q 非等于 1，輸出躍到低電平。于此同時。放電管 V 導通，0UOLU電容 C 經電阻和放電管 V 放電，電路進入暫穩態。2R隨著電容 C 的放電，隨之下降。當下降到時，則電CUCUCU31CCV壓比較器和的輸出=1 和=0，基本 RS 觸發器被置為 1，Q 等1C2C1CU2CU于 1，Q 非等于 0，輸出由低電平躍到高電平。同時因 Q 非等0UOLUOHY于 0，放電管 V 截止，電源又經過和對電容 C 充電。電路又回到CCV1R2R第一暫穩態。因此，電容 C 上的電壓在和之間來回充電CU32CCV31CCV和放電，從而使電路產生振蕩，輸出矩形脈沖。4.2 八路搶

9、答器的原理方框圖搶答按鍵編碼電路優先鎖存電路顯示電路譯碼電路復位鍵控制電路報警電路55 單元電路設計5.1 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，用以驅動 LED 數碼管。（1）譯碼驅動功能編碼器實現了對開關信號的編碼，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動器 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任，為了簡化線路，先用二輸入端與非門對輸入數據 B、C 進行組合，得出四項，然后將輸入的數據 A、D 一起用

10、或非門譯碼。（2） 、鎖存優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先電路，確保第一個搶答信號鎖存住。同時數碼顯示并拒絕后面搶答信號的干擾。CD4511 內部電路與 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、b、c、d、e、f 均為高電平，g 為低電平。通過對 09 這 10 個數字的分析（見圖 5-1-1 鎖存優先功能電路圖）可以看到，只當數字為 0 時，才出現

11、 d 為高電平，而 g 為低度電平，這時 Q1 導通，D13、D14 的陽極均為低電平，使 CD4511 的第 5 腳（即 LE 端）為低電平“0” ，這種狀態下，CD4511 沒有鎖存而允許 BCD 碼輸入。在搶答準備階段，主持人會按復位鍵，數顯為“0”態，正是這種情況下，搶答開始，當6S1S8 任一鍵按下時，CD4511 的輸出端 d 為低電平或輸出端 g 為高電平，這兩種狀態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、b、c、d、e、f、g 七個輸出鎖存保持在 LE 為 0 時輸入的

12、BCD 碼的顯示狀態。例如 S1 按下，數碼管應顯示 1，此時僅 e、f 為高電平，而 d 為低電平，此時三極管 Q1 的基極亦為低電平，集電極為高電平，經 D13 加至CD4511 第 5 腳（即 LE 端） ，即 LE 由 01 狀態，則在 LE 為“0”時輸入給CD4511 的第一個 BCD 碼數據被判定優先而鎖存，所以數碼管顯示對應 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，主持人需要按下復位鍵 S9，清除鎖存器內的數值，數顯先是熄滅一下，再復顯“0”狀態，此后若 S5 鍵第一個按下，這時應立即顯“5” ，與此同時CD4511 的輸出端 14 腳 g

13、 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 LE 呈 01 狀態，于是電路判定優先鎖存，后邊輸入的其它按鍵信號被封住，可見電路“優先鎖存”后，任何搶答鍵均失去作用。D13DIODED14DIODER410kR510kA7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U24511R85kR9360R10360R11360R12360R13360R14360R15360Q1NPNR72.2k7圖 5-1-1 鎖存優先功能電路圖5.2 數碼顯示單元電路共陰式 LED

14、 數碼管的原理圖（圖 5-2-1 數碼顯示管原理圖） ，使用時，共陰極接地，7 個陽極 ag 由相應的 BCD 七段譯碼器來驅動。數碼管接0.5 寸共陰數碼管。R85kR9360R10360R11360R12360R13360R14360R15360Q1NPNR72.2k圖 5-2-1 數碼顯示管原理圖abcefgdhcedhabgfGNDGND圖 5-2-2 數碼顯示管的結構5.3 由 555 定時器控制的報警 單元電路8搶答器報警電路由 NE555 接成音多諧振蕩器，其中 R16=R17=10K，揚聲器通過 100UF 的電容器接在 NE555 IC 的 3 腳與地（GND）之間。C1=0

15、.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，報警電路都能振蕩發出訊響聲。R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U1555R1610kR1710kC11000pC210000pC3100uFLS1SPEAKER圖 5-3-1 搶答器報警電路6 硬件的制作與調試依據設計好的電路圖，將各個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線將各個元件連接起來，然后進行調試。調試時，先由主持人按動清零開關，使數碼顯示器示數為零，然后由八個選手分別掌控八個開關按鈕，當主持

16、人發布口令時，八個選手分別搶答，通過CD4511 將第一個按下開關選手的序號鎖存起來，然后傳送給 LED 數碼顯示管進行顯示。97 總結過這次課程設計,我學到了很多書本上沒有的實際的知識,熟悉了一些元器件、芯片在工程中的靈活運用。在設計及制作過程中，遇到過一些困難。通過上網和去圖書館查資料解決之。并且在網上搜集到了一些元器件及電路的相關資料對以后的學習及工作是很有幫助的。最重要的是我學會了自學的方法，這將使我今后離開學校，踏上社會是相當有幫助的。其次是進一步熟練地掌握和運用了相關的專業軟件，提高了我們自身的專業素質。這也是我們工科學生所必須掌握的基礎技能。同時也深深的體會到，我們書本上所學的知

17、識和實際的東西相差甚遠，我們所不懂的知識還有很多，因此今后我們要更加注重實際方面的鍛煉和運用。在此要感謝我的指導老師，感謝老師給我這樣的機會鍛煉。在整個畢業設計過程中我懂得了許多東西，也培養了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個項目還不是很完善，但是在設計過程中所學到的東西是這次畢業設計的最大收獲和財富，使我終身受益。10參考文獻1 閻石.數字電子技術基礎（第五版）M.北京：高等教育出版社,20062 彭介華.電子技術課程設計指導M.北京：高等教育出版社

18、,20083 陳先龍.電子技術基礎實驗M.北京：國防工業出版社,20064 陳光明.電子技術課程設計與綜合實訓M.北京：北京航空航天大學出版社,2007 5 謝自美.電子線路設計實驗測試（第三版）M.武漢：華中科技大學出版社,200611附錄 1：總體電路原理圖D1DIODED2DIODED3DIODED4DIODED5DIODED6DIODED7DIODED8DIODED9DIODED10DIODED11DIODED12DIODED13DIODED14DIODED15DIODED16DIODED17DIODED18DIODER110kR210kR310kR410kR510kR610kR4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U1555A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9