八路抢答器(CD4511)设计报告.pdf

东北电力大学输变电技术学院东北电力大学输变电技术学院1目 录 1、课题设计任务及目标课题设计任务及目标.1 2、抢答器电路原理分析抢答器电路原理分析.23、抢答器的电路设计抢答器的电路设计.54、课题设计体会课题设计体会.7东北电力大学输变电技术学院东北电力大学输变电技术学院2 课题设计任务及目标课题设计任务及目标一、课题学习目标：掌握基本逻辑门电路的功能，了解常用组合逻辑点的功能，能对较复杂的组合逻辑电路进行分析，会用门电路进行门电路设计，实现相应的逻辑功能，用组合逻辑集成电路实现较复杂的逻辑功能。二、课题任务：1.抢答器同时供 8 名选手或 8 个代表队比赛，分别用8 个按钮 S1S8 表示。2.设置一个系统清除和抢答控制开关 S，该开关由主持人控制。3.抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在 LED 数码管上显示，同时蜂鸣器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。4.参赛选手进行抢答时，若抢答有效，显示器上则显示选手的编号，并保持到主持人将抢答器系统复位时为止。东北电力大学输变电技术学院东北电力大学输变电技术学院3三、三、总总体体方方案案设设计计与与论论证证1.接通电源后，主持人 按动“复位”键，抢答器处于静止状态，编号显示器和指示灯亮，抢答器处于等候状态，此时就 可以进行抢答。2.抢答器完成，优先判断抢答的组号，并将编号进行锁存，然后通过译码器将编号显示在七段数码管上，并且蜂鸣 器提示。3.当一轮抢答结束后，禁止第二次抢答。4.如果再次抢答必须由主持人操作“复位”键，待抢答器复位后即可进行抢答。东北电力大学输变电技术学院东北电力大学输变电技术学院4抢答器的电路设计抢答器的电路设计通过对电路的功能分析，考虑成本与节约时间上，本次实验电路不采用 PCB，而采用人工开进行焊接，做出了实物电路板进行实验调试。一、抢答器原理图一、抢答器原理图 abcdegfLTBILEDACB东北电力大学输变电技术学院东北电力大学输变电技术学院5抢答器电路原理分析抢答器电路原理分析一、抢答器原理一、抢答器原理 图一、抢答器原理图二、电路设计方案和原理说明二、电路设计方案和原理说明抢答器电路设计抢答器电路设计 (1)抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示译码电路用；二是要使其它选手按键操作无效。(2)选用 CD4511、二极管等元件组成抢答电路。(3)抢答电路工作原理：电路完成了基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。其工作原理为：接通电源东北电力大学输变电技术学院东北电力大学输变电技术学院6后，当主持人按下复位键，宣布开始抢答器工作。选手即可开始抢答，当选手按下抢答键后，抢答器完成：编码、优先锁存、译码、数码显示。当一轮抢答之后，只有主持人按下复位键，才能进行下一轮抢答，否则抢答无效。2 2、抢答器的工作过程、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。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。3 3、CD4511CD4511 芯片的说明芯片的说明 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 BCD 转换、消隐和锁存控制、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。CD4511 是一片 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图 2 所示。其中 A（7 脚）B（1 脚）C（2 脚）D（六脚）为 BCD 码输入，A（7 脚）为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否东北电力大学输变电技术学院东北电力大学输变电技术学院7有故障。BI 为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，B1 端应加高电平。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。LE 是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。A(13 脚)B（12 脚）C（11 脚）D（10 脚）E（9 脚）F（15 脚）G（14 脚）是 7 段输出，可驱动共阴 LED 数码管。若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只 CD4511 和 LED 数码管即可。所谓共阴 LED 数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压 5V 时可使用 330 的限流电阻。4 4、CD4511CD4511 的工作原理的工作原理 (1)(1)、锁存优先功能、锁存优先功能由于抢答器都是多路即须满足多位抢答者抢答要求，这就有一个先后判定的锁存优先电路，确保第一个抢答信号锁存住。同时数码显示并拒绝后面抢答信号的干扰。CD4511 内部电路与Q1，R8，R9，R10，D18，D19 组成的控制电路（见 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(13 脚)B（12 脚）C（11 脚）D（10 脚）E（9 脚）F（15 脚）G（14 脚）均为高电平，G为低电平。通过对 0-9 这 10 个数字的分析（见锁存优先功能电路图）可以看到，只当数字为 0 时，才出现 d 为高电平，而D 为低度电平，这时 Q1 导通，D18、D19 的阳极均为低电平，使 CD4511 的第 5 脚（即 LE 端）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，主持人东北电力大学输变电技术学院东北电力大学输变电技术学院8会按复位键，数显为“0”态，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 D(10 脚)为低电平或输出端 G（14 脚）为高电平，这两种状态必有一个存在或都存在，迫使 CD4511 的第 5 脚（即 LE 端）由 0 到 1，反映抢答键信号的 BCD 码允许输入，并使 CD4511 的 A（13 脚）B（12 脚）C（11 脚）D（10 脚）E（9 脚）F（15 脚）G（14 脚）七个输出锁存保持在 LE 为 0 时输入的 BCD 码的显示状态。例如S1 按下，数码管应显示 1，此时仅 E（9 脚）F（15 脚）为高电平，而 D(10 脚)为低电平，此时三极管 Q1 的基极亦为低电平，集电极为高电平，经 D19 加至 CD4511 第 5 脚（即 LE 端），即LE 由 0 状态变为 1 状态，则在 LE 为“0”时输入给 CD4511 的第一个 BCD 码数据被判定优先而锁存，所以数码管显示对应 S1送来的信号是 1，S1 之后的任一按键信号都不显示。为了进行下一题的抢答，主持人需要按下复位键 S9，清除锁存器内的数值，数显先是熄灭一下，再复显“0”状态，此后若 S5 键第一个按下，这时应立即显“5”。(电路如图)译码器驱动及显示电路如下图所示，CD4511 是输出高电平有效的显示译码，因而 LED 显示应选用如共阴极的数码显示，且由于 LED 的电流较小，因此在数码显示器前必须加限流电阻。东北电力大学输变电技术学院东北电力大学输变电技术学院9 图二图二 锁存、译码部分电路图锁存、译码部分电路图4 4、CD4511CD4511 的的 引引 脚脚 图图 图三图三 引脚图引脚图 东北电力大学输变电技术学院东北电力大学输变电技术学院10(1)(1)引脚功能如下：引脚功能如下：BI：4 脚是消隐输入控制端，当 BI=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，不显示数字。LT：3 脚是测试输入端，当 BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE：锁定控制端，当 LE=0 时，允许译码输出。LE=1 时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在 LE=0 时的数值。、为A(7 脚)、B(1 脚)、C（2 脚）、D（6 脚）、8421BCD 码输入端。A(13 脚)、B(12 脚)、C（11 脚）、D（10 脚）、E(9 脚)、F(15 脚)、G(14 脚)：为译码输出端，输出为高电平 1 有效。东北电力大学输变电技术学院东北电力大学输变电技术学院115、CD4511 的真值表的真值表输 入输 出LEBI LI D C B Aabcdefg显示XX0X X X X11111118X01X X X X00000000110 0 0 0111111000110 0 0 1011000010110 0 1 0110110120110 0 1 1111100130110 1 0 0011001140110 1 0 1101101150110 1 1 0001111160110 1 1 1111000070111 0 0 0111111180111 0 0 1111001190111 0 1 00000000消隐0111 0 1 10000000消隐0111 1 0 000000000111 1 0 100000000111 1 1 000000000111 1 1 1000000111X X X X锁 存锁存 二材料清单二材料清单东北电力大学输变电技术学院东北电力大学输变电技术学院12序号序号材料名称材料名称器件型号器件型号数量数量1集成电路集成电路CD451112二极管二极管IN4148153电解电容电解电容10F146*6*4.5 按钮开关按钮开关95电阻电阻10K66电阻电阻100K17电阻电阻2.2K18电阻电阻30079三极管三极管9013110接线柱接线柱111PCB1125v 蜂鸣器蜂鸣器113一位共阴数码管一位共阴数码管0.56 寸寸11416 脚脚 IC 座座1 东北电力大学输变电技术学院东北电力大学输变电技术学院13课题设计体会课题设计体会这次课题设计的电路我感觉还算比较简单的，以前在模电课程设计中接触过一些电子电路，但在起初还是感到有点无从下手，在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，在多种方案的选择中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后还是在通多次对电路的改进，上机仿真以及接线调试，终于使整个电路可稳定工作。设计过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前做好充分的准备，查找详细的资料，为成功打下坚实的基础。在制作过程，不能有丝毫的急躁，电路的焊接要一步一步来，焊点多，走线复杂，没关系，只要我们灵活处理，一边操作一边构思。报报告告完完毕毕！