1、浙江大學3 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1課程設計的目的12課程設計的任務與要求1設計方案與論證1設計原理與功能說明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單元電路設計55.1CD4511單元控制電路55.2數碼顯示單元電路75.3由555定時器控制的報警單元電路76硬件的制作與調試87總結9參考文獻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

2、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

3、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，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是一個用丁驅動共陰極LED(數碼管)顯示器的BCD碼一七段碼譯碼器,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。

4、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

5、段消隱，所以顯示6、9這兩個數時，字形不太美觀。161415910111213VDDgfedcbaCD4511LTBLEDCBAVss圖4-1-1CD4511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BI=0時，不管其它輸入端狀態如何，七段數碼管均處丁熄滅（消隱）狀態，不顯示數字。LT:3腳是測試輸入端。當BI=1,LT

6、=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。這一功能主要用丁測試目的，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，貝UA、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定時器圖4-1-2555定時器工作原理圖555構成的多諧振蕩器的工作原理：接通電源V后，Vcc經電阻R16和R17

7、對電容C充電，其電壓Uc由0按指數律上。當UcZvcC時，電壓比較器3C1和C2的輸出分別為Uci=0,Uc2=1，基本RS觸發器被置0,Q等丁0,Q非等丁1,輸出U0躍到低電平Uol。丁此同時。放電管V導通，電容C經電阻日2和放電管V放電，電路進入暫穩態。隨著電容C的放電，Uc隨之下降。當Uc下降到uc】VcC時，則電3壓比較器Ci和C2的輸出Uci=1和Uc2=0,基本RS觸發器被置為1,Q等丁1,Q非等丁0,輸出U。由低電¥Uol躍到高電¥Yoh。同時因Q非等丁0,放電管V截止，電源Vcc乂經過R和R2對電容C充電。電路乂回到第一暫穩態。因此，電容C上的電壓Uc在2V

8、cc和1VcC之間來回充電和放33電，從而使電路產生振蕩，輸出矩形脈沖。4.2八路搶答器的原理方框圖5單元電路設計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，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一起用或非門譯碼。（2）、鎖存優先

9、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十擾。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C

10、D4511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S1S8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

11、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,活除鎖存器內的數值，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，丁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。R9360R1036

12、0R11360R410kR510k7T26AQABQBCQCDQDQELTQFBIQGLE/STB4511U213121T109"1514D13diodeDIODER12360R13360R14360R8R72.2kQ1NPNR15360L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。R9360R10360R11360R12360R13360R14360R15360R7仁2.2k.1Q1NPNR85k圖5-2-1數碼顯示管原理圖

13、fgGNDab111IIaJi1g1b:ellchdhcdGNDe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NE555IC的3腳與地（GND）之間001=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，報警電路都能振蕩發出訊響聲。R1610kR1710kC11000pU1QDCTRTH555C210000PCVSPEAKER圖5-3-1搶答器報警電路6硬件的制作與調

14、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，先由主持人按動活零開關，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。7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

15、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識和實際的東西相差其遠，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

16、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。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,20083 陳先龍.電子技術基礎實驗M.北京：國防工業出版社,2006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,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