CD4511八路抢答器设计论文

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1、CD4511八路抢答器设计论文 浙江大学数字电子技术课程设计 题 目八路抢答器 学生姓名 专业班级11级通信工程 2班 学 号 2011510 院 (系) 信息工程学院 指导教师 邓国辉 完成时间 2013年 11月26日 目录1 课程设计的目的32 课程设计的任务与要求33 设计方案与论证34 设计原理与功能说明44.1 主要元器件选用及原理44.2 八路抢答器的原理方框图65 单元电路设计75.1 CD4511单元控制电路75.2数码显示单元电路95.3由555定时器控制的报警单元电路96 硬件的制作与调试107 总结11参考文献12附录1:总体电路原理图13附录2:CD4511真值表14

2、附录3:元器件清单151 课程设计的目的 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。2 课程设计的任务与要求 1. 可容纳八

3、组参赛的数字式抢答器; 2. 电路具有第一抢答信号的鉴别与保持功能; 3. 系统进行优先锁存,其他抢答选手抢答无效; 4. 具有一定的定时功能。3 设计方案与论证 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。4 设计原理与功能说明4.1 主要元器件选用及原理 1. CD4511 CD4511是一个用于驱动共阴极 LED(数码管

4、)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电路能提供较大的上拉电流。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4-1-1所示。其中A、B、C、D为 BCD 码输入,a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, BI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91001时,显示字形也自行消隐。LE是锁存控

5、制端,高电平时锁存,低电平时传输数据。ag是 7 段输出,可驱动共阴LED数码管。另外,CD4511显示数“6”时,a段消隐;显示数“9”时,d段消隐,所以显示6、9这两个数时,字形不太美观。图4-1-1 CD4511的引脚图 各引脚的名称:其中7、1、2、6分别表示BCD码的A、B、C、D位;5、4、3分别表示LE、BI、LT;13、12、11、10、9、15、14分别表示 a、b、c、d、e、f、g;上边的引脚表示输入,下边的引脚表示输出;还有两个引脚8、16分别表示的是VSS 、VDD。 其功能介绍如下: BI:4脚是消隐输入控制端。当BI0 时,不管其它输入端状态如何,七段数码管均处于

6、熄灭(消隐)状态,不显示数字。 LT:3脚是测试输入端。当BI1,LT0 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”。如果该端为低电平,则译码器输出全为高电平,该端拥有最高级别权限,只要它为0,既有上述现象,而与其余所有输入端状态无关。这一功能主要用于测试目的,因此正常使用中应接高电平。 LE:5脚是锁定控制端。当BI、LT为1时,若该端为高电平,则加在A、B、C、D端的外部编码信息不能进入译码,所以译码器的输出状态保持不变;当LE0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。2. 555定时器 图4-1-2 555定时器工作原理图 555构

7、成的多谐振荡器的工作原理:接通电源V后,经电阻和对电容C充电,其电压由0按指数律上。当时,电压比较器和的输出分别为0,1,基本RS触发器被置0,Q等于0,Q非等于1,输出跃到低电平。于此同时。放电管V导通,电容C经电阻和放电管V放电,电路进入暂稳态。 随着电容C的放电,随之下降。当下降到时,则电压比较器和的输出1和0,基本RS触发器被置为1,Q等于1,Q非等于0,输出由低电平跃到高电平。同时因Q非等于0,放电管V截止,电源又经过和对电容C充电。电路又回到第一暂稳态。因此,电容C上的电压在和之间来回充电和放电,从而使电路产生振荡,输出矩形脉冲。4.2 八路抢答器的原理方框图 5 单元电路设计5.

8、1 CD4511单元控制电路 CD4511具有锁存、译码、消隐等功能,通常以反相器作输出级,用以驱动LED数码管。(1)译码驱动功能 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码能够显示出来,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真值表如图附录2所示。 CD4511译码用两级或非门担任,为了简化线路,先用二输入端与非门对输入数据B、C进行组合,得出四项,然后将输入的数据A、D一起用或非门译码。(2)、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

9、。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,R7,R8,D13,D14组成的控制电路(见图附录2)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09这 10个数字的分析(见图5-1-1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g为低度电平,这时Q1导通,D13、D14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

10、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S1S8任一键按下时,CD4511的输出端d为低电平或输出端g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、b、c、d、e、f、g 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、f为高电平,而d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D13加至CD4511第5脚(即LE端),即LE由01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

11、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”,与此同时CD4511的输出端14脚g为高电平,10脚d为低电平,12脚b为低电平,Q1截止,并通过D14使CD4511的第4脚为高电平,此时LE呈01状态,于是电路判定优先锁存,后边输入的其它按键信号被封住,可见电路“优先锁存”后,任何抢答键均失去作用。 图5-1-1锁存优先功能电路图 5.2数码显示单元电路 共阴式LED数码管的原理图(图5-2-1数码显示管原理图),使用时

12、,共阴极接地,7个阳极ag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。图5-2-1数码显示管原理图图5-2-2数码显示管的结构5.3由555定时器控制的报警单元电路 抢答器报警电路由NE555接成音多谐振荡器,其中R16R1710K,扬声器通过100UF的电容器接在NE555 IC的3脚与地(GND)之间。C10.01,R16?没有直接和电源相接,而是通过四只1N4148组成二极管或门电路,四只二极管的阳极分别接CD4511的1,2,6,7脚,任何抢答按键按下,报警电路都能振荡发出讯响声。 图5-3-1 抢答器报警电路 6 硬件的制作与调试 依据设计好的电路图,将各个元件由小到

13、大依次焊接到电路板上,将所有元件焊接好后用导线将各个元件连接起来,然后进行调试。调试时,先由主持人按动清零开关,使数码显示器示数为零,然后由八个选手分别掌控八个开关按钮,当主持人发布口令时,八个选手分别抢答,通过CD4511将第一个按下开关选手的序号锁存起来,然后传送给LED数码显示管进行显示。 7 总结 过这次课程设计,我学到了很多书本上没有的实际的知识,熟悉了一些元器件、芯片在工程中的灵活运用。在设计及制作过程中,遇到过一些困难。通过上网和去图书馆查资料解决之。并且在网上搜集到了一些元器件及电路的相关资料对以后的学习及工作是很有帮助的。最重要的是我学会了自学的方法,这将使我今后离开学校,踏

14、上社会是相当有帮助的。其次是进一步熟练地掌握和运用了相关的专业软件,提高了我们自身的专业素质。这也是我们工科学生所必须掌握的基础技能。同时也深深的体会到,我们书本上所学的知识和实际的东西相差甚远,我们所不懂的知识还有很多,因此今后我们要更加注重实际方面的锻炼和运用。 在此要感谢我的指导老师,感谢老师给我这样的机会锻炼。在整个毕业设计过程中我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心,相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力,使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。虽然这个项目还不是很完善,但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业

15、设计的最大收获和财富,使我终身受益。 参考文献 1 阎石.数字电子技术基础(第五版)M.北京:高等教育出版社,2006 2 彭介华.电子技术课程设计指导M.北京:高等教育出版社,2008 3 陈先龙.电子技术基础实验M.北京:国防工业出版社,20064 陈光明.电子技术课程设计与综合实训M.北京:北京航空航天大学出版社,2007 5 谢自美.电子线路设计?实验?测试(第三版)M.武汉:华中科技大学出版社,2006 附录1:总体电路原理图附录2:CD4511真值表INOUTLEBILIDCBAabcdefg显示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐011000011111

16、10001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐01110110000000消隐01111000000000消隐01111010000000消隐01111100000000消隐01111110000000消隐111XXXX锁存附录3:元器件清单序号名称型号规格数量1电容103、104各12电解电容47uF、100uF各13电阻10k94电阻36075电阻2.2k16开关97LED数码管共阴极18三极管901319定时器NE555110扬声器111二极管41481812集成芯片CD4511113直流电源5V114电路板15*121