数电课程设计

井冈山大学。

电子工艺技术。

课程设计报告。

题目：八路数显抢答器

学年：第三学年学期：第一学期

专业：生物医学工程班级：医工11本（一）班

学号： 110615046 姓名：郑录健

指导教师：黄强李源。

时间： 2013.9——2013.12

数字电子技术课程设计报告。

一、设计目的。

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，也初步掌握八路智能抢答器的调整及测试方法，提高实践动手能力和思考问题的能力。同时通过本次课程设计，也让我巩固了以前学习的理论知识，建立逻辑数字电路的理论和实践的结合，了解了八路智能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响。初步掌握了八路智能抢答器的调整及测试方法。

本次课程设计通过参考大量文献对八路智能抢答器的工作原理进行了系统的介绍，通过详细的调查和权威技术资料及相关情报的收集，为我们更深刻的了解电子技术提供了很好的平台，使得更好的让理论与实践相结合。

二、设计要求。

1）设计内容。

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。如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的编号，扬声器持续发生。

主持人可按复位键，新一轮抢答开始。

通过研究后发现，采用数字电路技术设计的抢答器与目前常用的抢答器相比优点还是有很多的。首先，设计电路连接简单，因为采用了cd4511集成芯片进行设计的，大多数功能单元都能通过数字电路完成，第二，工作性能可靠，抗干扰能力优于目前抢答器。所以本研究是一个实用的工程设计，具有创新性和实用性。

2）设计要求。

1 画出电路原理图（或**电路图）；

2 元器件及参数选择；

3 电路**与调试；

4 pcb文件生成与打印输出。

3）制作要求自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。

4）编写设计报告写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

三、原理框图。

1．八路抢答器的构成。

如图所示电路包括主体电路和扩展电路两部分。其中主体电路完成基本的抢答功能，即主持人按下控制开关后，当选手按动抢答键时，数码管显示选手编号，同时封锁输入电路，其他选手抢答无效。扩展电路完成定时抢答的功能以及报警功能。

图2.2所示电路的工作过程是：接通电源后，主持人将控制开关置于“清除”处，此时抢答器处于禁止状态，选手不能进行抢答，定时显示器显示设定的时间（30s），当主持人将控制开关置于 “开始”时，扬声器发出声响，抢答器处于工作状态，同时定时器开始倒计时。

当选手在定时时间内按动抢答键时，电路要完成以下功能：

1）优先编码电路判断抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后通过译码显示电路在数码管上显示抢答者的编号；

2）扬声器发出短暂声响；

3）控制电路对其余输入编码进行封锁，禁止其他选手进行抢答；

4）控制电路要使定时器停止工作，数码管上显示剩余的抢答时间，当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关进行系统清零，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统将报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。

2. 抢答器设计中的数字编码电路。

参考电路如图3-1所示，s1—s8组成1—8路抢答器，d1—d12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。

表3-1 数字编码电路功能真值表。

输出逻辑函数：

3. 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。

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a~g输出不同的高低电平，通过g经d13反馈le端可以实现对的锁存，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。

4. 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a~g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。

四、抢答器电路原理。

4.1 本抢答器电路可同时进行八路优先抢答。按键按下后，蜂鸣器发声，同时（数码管）显示优先抢答者的号数，抢答成功后，再按按键，显示不会改变，除非按复位键。

复位后，显示清零，可继续抢答。s1～s8 为抢答键；s9 为复位键；cd4511 是一块含bcd—7 段锁存/译码/驱动电路于一体的集成电路，其中为bcd 码输入端，9～15 脚为显示输出端，3 脚（lt）为测试验出端，当"lt"为0 时，输出全为1，4 脚（bi）为消隐端，bi 为0 时输出全为0，5 脚(le)为锁存允许端，当le 由"0"变为"1"时，输出端保持le 为0时的显示状态。16 脚为电源正，8 脚为电源负。

电路的供电电压是4.5v。

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