CD4511八路抢答器论文

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..................................................................................................12课程设计的任务与要求.................................................................................13设计方案与论证...................................................................................................14设计原理与功能说明........................................................................................24.1主要元器件选用及原理............................................................................24.2八路抢答器的原理方框图......................................................................45单元电路设计.........................................................................................................55.1CD4511单元控制电路...............................................................................55.2数码显示单元电路........................................................................................75.3由555定时器控制的报警单元电路.................................................76硬件的制作与调试.............................................................................................87总结...............................................................................................................................9参考文献.........................................................................................................................10附录1：总体电路原理图....................................................................................11附录2：CD4511真值表.....................................................................................12附录3：元器件清单..............................................................................................1311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。24设计原理与功能说明4.1主要元器件选用及原理1.CD4511CD4511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～g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。16LTBILEDCBAVss1415910111213CD4511VDDgfedbca图4-1-1CD4511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、3b、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”。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。2．555定时器R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U1555R1610kR1710kC11000pC210000pC3100uFLS1SPEAKER图4-1-2555定时器工作原理图555构成的多谐振荡器的工作原理：接通电源V后，CCV经电阻16R和17R4对电容C充电，其电压CU由0按指数律上。当CCCVU32时，电压比较器1C和2C的输出分别为1CU=0，2CU=1，基本RS触发器被置0，Q等于0，Q非等于1，输出0U跃到低电平OLU。于此同时。放电管V导通，电容C经电阻2R和放电管V放电，电路进入暂稳态。随着电容C的放电，CU随之下降。当CU下降到CU31CCV时，则电压比较器1C和2C的输出1CU=1和2CU=0，基本RS触发器被置为1，Q等于1，Q非等于0，输出0U由低电平OLU跃到高电平OHY。同时因Q非等于0，放电管V截止，电源CCV又经过1R和2R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CU在32CCV和31CCV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抢答按键编码电路优先锁存电路显示电路译码电路复位键控制电路报警电路55单元电路设计5.1CD4511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。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0~9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为低电平或输出端g为高电平，这两种状态必有一个6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0~1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”，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0~1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。D13DIODED14DIODER410kR510kR610kA7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U24511R85kR9360R10360R11360R12360R13360R14360R15360Q1NPNR72.2k图5-1-1锁存优先功能电路图75.2数码显示单元电路共