CD4511八路抢答器实验报告--

2数字电路课程设计设计题目：八路抢答器专业班级：应用电子技术111班学号：110202113110202116学生姓名：欧后乾韦庆指导教师：赖家胜目录摘要..............................................错误!未定义书签。第1章绪论......................................错误!未定义书签。1.1课题研究的相关背景........................................11.2选题的目的和意义...........................................11.3课题研究的内容.............................................21.4抢答器目前存在的主要问题.................................3第2章抢答器的系统概述.........................................42.1抢答器的系统功能简介......................................42.2抢答器的工作原理简介......................................42.3抢答器系统的需求分析......................................52.4抢答器的工作流程...........................................52.5抢答器的工作过程...........................................6第3章抢答器的单元电路设计....................................73.1抢答器设计中的数字编码电路...............................723.2抢答器设计中的译码/优先/锁存电路........................93.3抢答器设计中的数码显示电路..............................133.4抢答器设计中的报警电路...................................15第4章抢答器的电路设计图.....................................184.1抢答器工作原理电路图.....................................184.2抢答器实物电路图..........................................20第5章总结......................................................21摘要随着科技的日新月异，促使人们开始学科学、学技术、学知识。抢答器是一个机关学校开展智力竞赛活动必不可少的设备，广泛应用于学校、教育部门、企事业工会组织、俱乐部等单位组织举办各种知识、技术竞赛及文娱活动时作抢答使用。八路数字抢答器电路包括抢答，编码，优先，锁存，数显，复位及报警电路。抢答器数字优先编码电路由D1-D12组成，实现数字的编码。CD4511是一块含BCD-7段锁存/译码/驱动电路于一体的集成电路。抢答器报警电路由NE555接成音多谐振荡器构成。抢答器数码显示电路由数码管组成，输入的BCD码自动地由CD4511内部电路译码成十进制数在数码管上显示。经过布线、焊接、调试等工作的八路数字智能抢答器成形，更具有实用性。关键字：CD4511数码显示电路报警电路数字编码电路第1章绪论１.１课题研究的相关背景在这个竞争激烈的社会中，知识竞赛，评选优胜，选拔人才之类的活动愈加频繁。在竞赛中，都是多个选手一起参加，如果采用举手回答问题的这个方式来进行竞赛已经不适应社会的需要。并且在主持人提出的问题时候，如果让选手用举手等方法来进行抢答，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。而在当今社会里，比赛要追求准确、公正、直观地判断出第一抢答者，这时候智能抢答器就派上用场了。智能抢答器是一种应用十分广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它都能客观、迅速地判别出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只是由几个三极管、可控硅、发光管等器件组成的，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数智能抢答器都由单片机或数字集成电路构成的，并且新增了许多功能，如选手号码显示，抢按前或抢按后的计时，选手得分显示等功能。随着科技的发展，现在的抢答器向着数字化、智能化的方向发展，这就必然提高了智能抢答器的制造成本。鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答器肯定很有市场。因此，我选择简易逻辑数字抢答器这一课题。八路智能抢答器主要由数字优先编码电路、锁存/译码/驱动电路于一体的CD4511集成电路、数码显示电路和报警电路组成。优先编码电路、CD4511集成电路将参赛队的输入信号在数码显示管上输出，用报警电路对时间进行严格控制，这样就构成了八路智能抢答器电路。1.2选题的目的和意义通过这次毕业设计,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。同时通过本次毕业设计，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。本毕业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2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。1.3课题研究的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。本论文章节的结构和内容如下:第一章：绪论。简要介绍了八路智能抢答器的发展现状；简要概述了本毕业设计的研究内容。第二章：抢答器系统概述。说明了八路智能抢答器的工作过程和主要功能。第三章：抢答器的单元电路设计。详细概述了本毕业设计中，八路智能抢答器各单元电路的设计。第四章：抢答器的电路设计图。展示了八路智能抢答器的电路图、工作原理电路图、PCB板电路图，更形象的表现出电路设计的思路。第五章：总结与展望。总结课题设计，指出设计中的一些问题，提出改善的意见，并展望抢答器的未来设计。1.4抢答器目前存在的主要问题随着科技技术的不断发展，促使人们开始学科学、学技术、学知识。抢答器是一个机关学校开展智力竞赛活动必不可少的设备，广泛应用于学校、教育部门、企事业工会组织、俱乐部等单位组织举办各种知识、技术竞赛及文娱活动时作抢答使用。但抢答器的使用频率校低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低，质量较差。作为一个单位若专购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展。目前多数智能抢答器存在一下几点不足：首先，现场线路连接复杂。因为每个选手位于抢答现场的不同位置，每个选手与控制台之间要有长长的连接线。选手越多，连接线就越多、越乱，这些连接线不仅影响了2现场的美观，而且降低了抢答器的可靠性，增加了安装的难度，甚至影响了现场人员的走动。其次，电路复杂。因为简单逻辑电路只完成号码处理、计时、数据运算等功能，其它功能如选手号码的识别、译码、计分显示等仍只能通过数字集成电路完成。采用简单逻辑电路扫描技术识别选手抢按号码时，电路的延迟时间较大。最后，容易出现选手抢按成功现象。第2章抢答器的系统概述2.1系统的主要功能简介八路智能抢答器的主要功能有如下三点：1.可同时供8名选手参加比赛，其相应的编码分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应。2.给主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。3.抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。2.2抢答器的工作原理简介如图2-1所示为抢答器的结构框图。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。而报警电路则是起到提示作用。其工作原理为：接通电源后，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图2-1抢答器结构框图2.3抢答器系统的需求分析1、在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效。2、可以显示是哪位选手有效抢答，正确按键后有讯响声。3、按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。4、只有主持人按下复位键，下一轮抢答才能开始进行。2.4抢答器的工作流程抢答器的基本工作原理:在上电之后，系统开始运行，在抢答过程中，会有多个信号同时或不同时送入主电路中，抢答器内部电路和CD4511集成芯片会开始工作，并识别、记录第一个号码。在整个抢答器工作过程中，编码电路、优先\锁存\译码电路、显示电路、报警电路都会运行。抢答器的工作流程分为正常抢答流程、主持人复位等几部分，如图2-2所示。2图2-2抢答器的工作流程2.5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。如有选手按下抢答键，报警电路会发出讯响声，并且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。总而言之，本课题利用简单逻辑数字电路设计了智能抢答器，该抢答器具有基本的强大功能，提高了系统的可靠性、简化了电路结构、节约了成本，但是此抢答器功能还不够强大，还有很多功能无法实现，需要我们继续学习和研究。第3章抢答器的单元电路设计八路智能抢答器主要由数字编码电路、译码\优先\锁存驱动电路、数码显示电路和报警电路组成。现简单介绍八路智能抢答器设计中的各单元电路的设计的情况。3.1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2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这高位，A为低位，即D、C、B、A分别代表BCD码8、4、2、1位）。工作过程：当电路上电，主持人按下复位键，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，1、2、6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，2、6、7脚保持低电平，此时CD4511输入BCD码为“0010”；当选手3按下S3抢答键，高电平通过编码二极管D3、D4加到CD4511集成芯片的1、7脚（B、A位），1、7脚为高电平，2、6脚保持低电平，此时CD4511输入BCD码为“00