数字电路课程设计

数字电路课程设计八路数显抢答器专业班级：09电子（3+2）班学号：200925170104设计人：王建华指导老师：徐春香刘喜峰赵静设计时间：2009年12月10日星期四八路数显抢答器内容摘要八路数显抢答器是运用CD4511的BCD-7段锁存/译码、驱动电路于一体的集成电路。而555这个集成块则是给数字电路（此电路）提供一个脉冲信号,使此电路也就是此八路数显抢答器能够很好的运行。运用八个按钮来实现看谁是最快去选择的，谁最快就表明谁有优先权，然后做出相应的回答。在现实生活中运用的实例很多，例如：在竞猜活动中，在判断或是回答问题中等等……所以此次试验重在练习每个人的动手能力和设计能力.索引关键词：CD4511八路数显抢答器第一章1.1概述电路包括抢答，编码，优先，锁存，数显和复位。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1，2，6，7脚为BCD码输入端，9-15脚为显示输出端，3脚（LT）为测试输出端。当LT为0时，输出端为1，4脚（BT）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。555及外围电路组成抢答器迅响电路。数码管为0.5寸共阴数码管。第二章电路设计与分析2.1CD4511的引脚及作用CD4511是BCD锁存/7段译码器/驱动器，常用的显示译码器件，MAX7219和他功能差不多。CD4511引脚功能：BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态是怎么样的，七段数码管都会处于消隐也就是不显示的状态。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。LT：3脚是测试信号的输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮全部显示。它主要用来检测数7段码管是否有物理损坏。A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。CD4511的里面有上拉电阻，可直接或者接一个电阻与七段数码管接口。2.2555定时器的工作原理。555定时器是一种数字与模拟混合型的中规模集成电路，应用广泛。外加电阻、电容等元件可以构成多谐振荡器，单稳电路，施密特触发器等。555定时器原理图及引线排列如图9、1所示。其功能见表9、1。定时器内部由比较器、分压电路、RS触发器及放电三极管等组成。分压电路由三个5K的电阻构成，分别给A1和A2提供参考电平2/3VCC和1/3VCC。A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚输入大于2/3VCC时，触发器复位，3脚输出为低电平，放电管T导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3VCC时，触发器置位，3脚输出高电平，放电管截止。4脚是复位端，当4脚接入低电平时，则V0=0；正常工作时4接为高电平。5脚为控制端，平时输入2/3Vcc作为比较器的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制。如果不在5脚外加电压通常接0.01μF电容到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定。图9、1555定时器内部框图图9、2555定时器引脚排列表9、1555定时器的功能表2．典型应用（1）构成单稳态触发器电路如图9、2所示，接通电源→电容C充电（至2/3Vcc）→RS触发器置0→V0=0，T导通，C放电，此时电路处于稳定状态。当2加入VI1/3Vcc时，RS触发器置1，输出V0=1，使T截止。电容C开始充电，按指数规律上升，当电容C充电到2/3Vcc时，A1翻转，使输出V0=0。此时T又重新导通，C很快放电，暂稳态结束，恢复稳态，为下一个触发脉冲的到来作好准备。其中输出V0脉冲的持续时间tw=1.1RC,一般取R=1kΩ--10MΩ，C1000PF,只要满足VI的重复周期大于tp0,电路即可工作，实现较精确的定时。图9、3单稳态触发器图9、4多谐振荡器(2)多谐振荡器电路如图9、4所示，电路无稳态，仅存在两个暂稳态，亦不需外加触发信号，即可产生振荡（振荡过程自行分析）。电容C在1/3Vcc--2/3Vcc之间充电和放电，输出信号的振荡参数为：周期T=0.7C(R1+2R2)频率f=1/T=1.44/(R1+2R2)C,占空比D=(R1+R2)/(R1+2R2)。555电路要求R1与R2均应大于或等于1kΩ，使R1+R2应小于或等于3.3MΩ。(3)密特触发器电路如图9、4所示。Vs为正弦波，经D半波整流到555定时器的2脚和6脚，当Vi上升到2/3Vcc时，V0从1→0;Vi下降到1/3Vcc时，V0又从0→1。电路的电压传输特性如图9、5所示。回差电压：ΔV=1/3Vcc.图9、5施密特触发器图9、6电压传输特性2.3抢答器电路在实际中应用的基本功能：（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S0~S7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，扬声器发出声响提示，并在DPY_7-SEG七段数码管上显示选手号码。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。第三章电路安装与调试3.1安装按照原理图对电路进行安装焊接。3.2调试㈠最重要的一点是在你完成所有器件的导线焊接后首先要对照原理图仔细认真检查一遍，看看有没遗漏的导线没焊好OR焊错，好多人多会出现这种情况，要么引脚接错，要么有引脚没接，所以这应当是我们调试前的重中之重，甚至，我们可以相互检查，有可能你抄的原理图就是错误的！这种情况下也会很麻烦，我就体会过。㈡你如果接上电源后，显示不正常或者不显示，那你可以用万用表一步一步检查，主要是从集成块的引脚开始，对照正常的时候电势，发现哪一脚不正常，那就看看与这一脚相连的电路是否有问题，调试过程中，还可以假设其实正常的，经常按一按按钮，再测测看对应脚的电势是否正常，从而可以判断出其中的一部分电路时正常的，再往下一步一步找。⑴数码管上只显示九，任凭你怎么按，都没反应，这是你应该检查一下74LS147的10脚是不是接在地上（本应该接高电平，因为第九路输入是不需用的）。⑵数码管显示比别人的要暗，而且数字显示不稳定，只要你用手在焊点上大面积摸一下，数字就会乱变，这是你应检查一下是不是有引脚是悬空的。⑶数码管所显示的输入数字有几个不正常，但是其他的都正常，最麻烦的是你复位后的0显示不正常，这样很容易迷惑你，这时你只要看他是否能锁定与解锁，只要正常，那么你就要查一下你的数码显示电路的连线是不是有接反的情况。⑷数字显示不能锁定，只能在按钮不松开情况下显示，这时你要检查反相器、或门、8输入与非门、复位开关电路是否工作正常，工作正常的话，你可以检查一下为何或门的输入脚总为高电位而不随你的复位开关信号变化而变化，看看是不是某一脚因为不小心而是其与高电位连接OR短路。⑸数字显示只为0，抢答信号基本上都能实现锁定与解锁但是只显示0，这时查一查是不是有集成块不工作（引脚未接电源OR未接地）。我遇到更糟的是有些按钮按下后，数码管不显示，复位后又能显示0，这是检查一下是否有集成块的引脚短接。⑹输入信号都能输入锁定与解锁，但是显示不稳定，一会儿就会跳显9，这是检查一下74LS147的10脚是否接触不良（如虚焊等）。⑺数码管只显示0，复位后任显一数字，而且只显示这一数字，只要抢答信号输入后即恢复为0，或者只能显示个别数字，这时尽量从集成块开始查找分析，看其输入与输出是否符合正常的规则，以判断是否是集成块出了问题。（如我遇过，据147的引脚的电平得出输入的十进制数与编译出的二进制数不对应，这是我就判断147坏了）不同的人当然会遇到不同的情况，有接线问题、有焊接问题、有集成块坏的情况，所以我也不可能完全列举出来各种情况，只能借此机会抛砖引玉，最关键的还是要靠大家自己领悟掌握住调试的方法！附件：元件清单元器件名称型号数量主要参数符号集成块CD451114511集成块NE5551555电容1103C1电容1104C2电容1100UC3电容147UC4电阻810KR1-R6R16、R17电阻7300欧R9-R15电阻12.2KR7电阻1100KR8二极管1N414818D1-D18三极管90131Q1按键9S1-S9参考文献[1]．清华大学电子学教研组编，童诗白主编：《模拟电子技术基础》（第二版）【M】，北京，高等教育出版社，1988年。[2]．华中工学院电子学教研室编，康华光主编：《电子基础》数字部分（第四版）【M】，北京，高等教育出版社，1988年。[3]．阎石主编：《数字电子电路》【M】，北京，高等教育出版社，1997年。[4]．谢自美主编：《电子线路设计.实验.测试》（第三版）【M】，武昌，华中科技大学出版社，2005年。[5]．湖南工学院电气与信息工程系，电工电子室陈华容贾雅琼主编：《数字电子技术》实验讲义【M】，衡阳，湖南工学院出版社，2005年。[6].熊幸明主编：《电子电工技能训练》【M】，北京，电子工业出版社，2005年。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:10-Dec-2009SheetofFile:C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\MyDesign.ddbDrawnBy:71234568910111213161415CD4511CD4511TRIG2Q3R4CVolt5THR6DIS7VCC8GND1555S1S2S3S4S5S6S7S8S91N4148D11N4148D21N4148D31N4148D41N4148D51N4148D61N4148D71N4148D81N4148D91N4148D101N4148D111N4148D121N4148D131N4148D141N4148D151N4148D161N4148D171N4148D18R110KR210KR310KR410KR510KR610KR72.2KR8100KR9300R10300Q19013gfabcdoe9014LEDR11300R12300R13300R14300R15300R1610KR1710KC1103C2103C3100UC4100UVCCBUZ1原理图