八路抢答器(CD4511)设计报告

东北电力大学输变电技术学院1目录一、课题设计任务及目标..........................................1二、抢答器电路原理分析..........................................2三、抢答器的电路设计..............................................5四、课题设计体会..............................................7东北电力大学输变电技术学院2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S1～S8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3三、总体方案设计与论证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4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abcdegfLTBILEDACB东北电力大学输变电技术学院5抢答器电路原理分析一、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⒈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：接通电源后，当东北电力大学输变电技术学院6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、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、CD4511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CMOSBCD—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端应东北电力大学输变电技术学院7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330Ω的限流电阻。4、CD4511的工作原理(1)、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)东北电力大学输变电技术学院8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9图二锁存、译码部分电路图4、CD4511的引脚图图三引脚图东北电力大学输变电技术学院10(1)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115、CD4511的真值表输入输出LEBILIDCBAabcdefg显示XX0XXXX11111118X01XXXX000000001100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐01110110000000消隐0111100000000001111010000000011111000000000111111000000111XXXX锁存锁存东北电力大学输变电技术学院12二材料清单序号材料名称器件型号数量1集成电路CD451112二极管IN4148153电解电容10μF146*6*4.5按钮开关95电阻10KΩ66电阻100KΩ17电阻2.2KΩ18电阻300Ω79三极管9013110接线柱111PCB1125v蜂鸣器113一位共阴数码管0.56寸11416脚IC座1东北电力大学输变电技术学院13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。报告完毕！