八路抢答器套件讲义V1[1]

1、实训项目八路抢答器套件原理及制作说明八路抢答器主要由抢答、复位、编码，锁存、译码、显示及振荡蜂鸣电路组成。它 的任务是：1八个参赛者每人控制一个抢答按钮S1S8),按下按钮，蜂鸣声发出抢答信号，同时数码管显示优先抢答者的号数并锁存，其他选手再抢答，显示也不会改变。2.抢答主持人控制一个复位按钮S),用来控制系统清零和抢答的开始。复位后，显示清 零，继续下一轮的抢答。引脚排列与功能：任务一认识电路1、电路工作原理下图所示为八路抢答器电路原理图。该电路由抢答按钮S1S8复位按钮S9、编码电路D1D12、一块含BCD-讯响电路R1 R6色环7段锁存/译码/驱动电路于一体的集成电路 CD451KU1）

2、、显示数码管DS1）、NE555 J1）及外围电路组成的抢答器讯响电路组成。某位选手按下抢答按钮，通过二极管编码电路把该位选手的号码编为对应的8421BCD码知识链接一）送入CD4511的8421BCD码输入端1、2、6、7脚），经过CD4511 译码、驱动7段数码管显示该选手的号码并锁存该号码 知识链接二）。另方面选手按下 抢答按钮，通过D15、D16、D17、D18给555集成电路的7脚提供了高电平，555集成电 路产生振荡，输出矩形脉冲驱动蜂鸣器发出抢答信号 知识链接三）。2、实物图锁存、 译码、抢答、复位元器件的识别与制作代号电解电容器100uF/25V极性:质量:R16R1R7R8R

3、9 R1C1瓷片电容器103标称容量的识读质量:标称容量的识读：C2瓷片电容器104质量:极性:C4 电解电容器47uF/25V 质量：D1 D18二极管4148正、反向电阻：质量S1 S9按键开关质量Q1三极管9013类型：引脚排列：质量及放大倍数：DS1数码管7段共阴极引脚排列：字形显示：SP蜂鸣器质量：U1集成电路CD4511引脚排列：引脚功能：插座16脚J1集成电路NE555引脚排列：引脚功能：插座8脚VCC直流电源5V2、电路元器件的检测<1）电阻、电容、二极管、开关、三极管及蜂鸣器的检测方法。色环电阻器：主要识读其标称阻值，并用万用表检测其实际阻值；瓷片电容器：主要识读其标称

4、容量值，并用万用表检测其质量；电解电容器：识读其标称容量值，识别其正负极性，并用万用表检测其质量的好坏 二极管：识别其正负极性，并用万用表测量正、反向电阻，判断其质量的好坏；按健开关：用万用表电阻档X1档检测各触点的导通，判断其质量好坏；三极管：判断其类型与三个引脚的排列，并用万用表测量其放大倍数；蜂鸣器：识别其正负极性和质量的好坏；<2）数码管的检测：在数字电路中广泛采用的数码管是七段 LED数码管，引脚排列如图1所示。单个数码管共有10个引脚，包含8个笔段引脚和2个公共端<3、8引脚）。109876cam图1七段LED数码显示管1 3M 4I 5时散科隹引闊捋削弟愿图当七段LE

5、D数码管不同笔段的发光二极管组合发光时，就能显示出不同的数字，如图2所示。如要显示数字0时，只要g段和dp段不亮，而a b、c、d、e、f六段发光即可CB4511 何CD4S1L图2七段数码管的显示字型<3)CD4511集成电路引脚识别及引脚功能介绍显示译码器CD4511的主要作用是将输入的BCD码转换为共阴极数码管所需的相应 七段码，其引脚排列和逻辑符号如图3所示。1 'ii：i fa b c d c网冋 凤冋冋m冋nL2J12J旦凹国回L2J国B C LT Ji LE D A(b)图3CD4511显示译码器引脚排列和逻辑符号CD4511各引脚的功能如下：A、B、C、D:显示数

6、据输入端 ag：数码管段码输出端。:测试端。当 端接低电平时，不管输入端BCD码为何数值，输出端ag全为 高电平，数码管显示字型 “ 8。:消隐端。低电平有效，当端接低电平时，不论输入端BCD码为何数值，输出端ag全为低电平，数码管不显示，用来暂时熄灭数码管。LE :锁存端。当LE端接高电平时，MC14511输出端ag)保持不变，便于瞬间观 测快速变化的数值；而在接低电平时，对正常的七段译码功能无影响4) NE555集成电路引脚识别及引脚功能介绍(4NE555集成电路引脚排列如下图：GND 地 EL 五触发圧 OUT输出匡 石复位ET555可放电DIS阈值TE 目控制CONE555集成电路的引

7、脚排列图各引脚的功能如下：1脚GND):接地端2脚 触发)：低触发端，1/3VCC比较输入端3脚 vOUT输出)：输出端，驱动负载4脚复位)： 复位输入端，当其接低电平 0,强制Q输出为05脚 控制CO):控制电压输入端6脚 阈值TH ):高触发端，2/3VCC比较输入端7脚DIS):放电端8脚Vcc):电源端任务三电路制作与调试1. 电路安装制作步骤<1）按工艺要求对元器件的引脚进行成形加工。 <2）对应电路板的元器件位置依次进行元器件的插装。二极管、电解电容及蜂鸣器 注意正负极性。CD4511、NE555集成电路注意引脚方向。三极管注意引脚排列。（3>电阻器、二极管采用卧

8、式安装，电解电容、瓷片电容及三极管采用立式安装，蜂鸣器紧 贴电路板安装，CD4511、NE555集成电路采用底座安装。<4）按焊接工艺要求对元器件进行焊接。（5>电路板上所有的J*的元件是焊接跳线用的接口，请自行用电阻腿等导体焊接，否则电路 不能正常工作，2. 焊接注意事项先将所有元件按要求焊接在印制板上，注意焊接顺序及焊接的时间，防止损坏元件，只 要焊接无误一般都能正常工作。特别是集成电路 CD4511、NE555的焊接，不能将方向焊 反，同时因为该产品的外壳为塑料材料制成，在焊接变压器电源端引线时必须掌握技巧 ，先将插头铜片用刀刮开净，然后用松香等助焊剂将刮好的铜片上锡，操作过

9、程时间要 短，否则极易使塑料熔化，待上好锡的铜片冷却后，再进行变压器引线的焊接。3、电路调试接通电源，按任意抢答按钮，该电路可能出现的故障情况： <1）数码管能正确显示该选手的号码，但蜂鸣器没有发出抢答信号。首先检查D15、D16、D17、D18是否接反，是否击穿。然后再检查 NE555VJ1）的功能是否正常。最 后检查NE555VJ1）的外围电路中的电容、电阻是否工作正常。<2）蜂鸣器发出抢答信号，但数码管不能正确显示该选手的号码。首先检查 CD4511 的功能是否正常，然后检查数码管的工作是否正常。<3）蜂鸣器没有发出抢答信号，数码管也不能正确显示该选手的号码。首先检查电

10、源是否接好，然后检查按键受否正常，最后检查 D1D12是否有接反或开路现象。<4）电路不能锁定。检查D13、D14、Q1的工作情况任务四电路测试与分析测试1、先按下裁判复位按键K9，用万用表分别测量CD4511V13W、12脚、11脚、10脚、9脚、14脚）的电压，并观察数码管有无显示号码。条件测量电压值 高电平用1表示，低电平用0表示）数码管的显示号码13脚<a)12脚(b>11脚(c>10脚(d>9脚(e>15脚(f>14脚<g)按下复位按键S9测试2、按下抢答按钮K1，用万用表测量CD4511输入端6脚、2脚、1脚、7脚）和输 出端13脚、

11、12脚、11脚、10脚、9脚、14脚）的电压，并观察数码管额显示号码。然后 按复位按钮复位，再按下抢答按钮 K2，用万用表分别测量CD4511输入端6脚、2脚、1 脚、7脚）和输出端13脚、12脚、11脚、10脚、9脚、14脚）的电压，并观察数码管额 显示号码。依次类推，完成下列表格。条件输入端电压值 高电平用1表示，低 电平用0表示）输出端电压值 高电平用 1表示，低电平用 0表示）数码 管的 显示 号码6脚D）2脚(C>1脚(B>7脚(A>13脚<a)12脚(b>11脚(c>10脚(d>9脚(e>15脚(f>14脚<g)S1S2S

12、3S4S5S6S7S8测试3、任意按下抢答按键，用示波器观察 NE555集成电路2脚或6脚）、3脚的电位, 并画出波形。测试项目2脚或者6脚3脚观察并画出波形分析1、为什么按下抢答按钮，蜂鸣器会发出抢答信号?分析电路如下：a. 没有按下抢答按钮时,NE555的6脚电压既=OV,触发端都为0V,可知NE555输出为高电平 知识链接三）。b. 按下任意抢答按钮，D15D18四个二极管至少有一个导通，电源通过回，列向电容Ci充电,当电容电压回处于丨=1之间时，集成定时器仍保持前状态,输出高电平。c. 电容Ci继续充电，当 回时，集成定时器翻转，输出变为低电平。d. 输出变为低电平时，放电管V导通,电

13、容Ci上的电荷通过，V释放,当电容放电使I降到回 以下时，集成定时器又输出高电平，放电管V随即截止，电容Ci由放电转而开 始充电。e. 这样往复循环，输出即为矩形脉冲。所以蜂鸣器发出抢答信号。实训项目评价班级丨丨姓名丨学号项目考核要求配分评分标准兀器件识别和检测按要求对所有兀器件进行识别和检测101、兀器件识2、兀器件检焊接质量1、焊点均匀、光滑、一致，无毛刺、无虚焊现象2、焊点上引脚不能过长301、有搭锡、2、出现毛刺电路 调试1、接通电源，按复位按键，数码管无显示。2、按抢答按钮，蜂鸣器发出抢答信号，数码管显示抢答号码。301、不安要求2、蜂鸣器发3、数码管显4、既无抢答电路测试1、正确使

14、用万用表测量 CD4511集成电路各引脚电压值2、 正确使用示波器观察555集成电路3脚和6脚电压波形201、不会正确2、不会正确安全文明操作1、工作台上工具摆放整齐2、严格遵守安全操作规程101、工作台上2、违反安全合计100教师签名知识链接一编码及编码电路一、 编码的概念在数字电路中，经常要把输入的各种信号 如10进制数、文字、符号等）转换成若 干位2进制码，这种转换过程称为编码，能够完成编码功能的组合逻辑电路称为编码器 。之所以要转换成2进制码，是因为2进制码便于对其进行存储、运算等各种数字信号处 理，而且电路容易实现。编码器按编码形式可分为 2进制编码器和BCD码编码器。、编码电路1、

15、2进制编码器的门电路实现能够将各种输入信息编成2进制代码的电路称为 2进制编码器。图1所示为三位2进制编码器示意图，它共有 8个输入信号Io丨7,可以表示10进制数07,也可以表示18号抢答选手等。编码输出的是丫2、Yi、Y0三位2进制代码，因此，又称为8线-3线编码器图1三位2进制编码器示意图确码燔出IJ2AMC 14072当按键没有按下时1。17全为0 ），所有或门输入端为低电平，因此，输出端丫2Y0为000。假设按下按键 S5V输入变量丨5=1），将使U1A的2脚输入高电平，丫2输 出变为1，另外也使U2A的第4脚输入高电平，丫0输出变为1,而丫1保持0不变，因 此，输出端丫2丫0为10

16、1。同理，可以分析其它按键的编码情况，得真值表如表1；因此，该编码器可将10进制数07编码为相应的2进制代码。表1 3位2进制编码器简化真值表输入输出丫2丫1丫0I 000011001I 2010I 3011I 4100I 5101I 6110I 71112、二-十进制编码器能将O9十个十进制数编成二进制代码的电路，叫做二 -十进制编码器。8421BCD码编码器是二-十进制编码器中常用的一种。要对十个信号进行编码，至少需要4位二进制代码24=1610），所以二-十进制编码器的输出信号为4位CD4511 的 7 脚3、八路抢答器中的编码电路电路图如下当没人抢答，按键没有按下时，所有二极管均截止,

17、A）、1脚B）、2脚（C、6脚（D都是低电平，因此，DCBA=0000假设按下按键CD4511$第6号抢答），二极管 D8 D9正向导通，Vcc通过按键S6和二极管D8使为高电2;因的1脚B）为高电平，另外 VCc通过按键S6和二极管D9使CD4511的2脚C）平，因此，DCBA=0110同理，可以分析其它按键的编码情况，得真值表如表此，该编码器可将10进制数18编码为相应的8421BCD代码。41434143DLO 41434149D5 4143 w 41431DLL111J4143LIKOL表2输入抢答号码输出DCBAS110001S220010S330011S440100S550101S

18、660110S770111S881000知识链接二译码及译码电路译码器译码是编码的逆过程，是对编码内容的“翻译”。例如，把编码器产生的2进制码译码翻译为原来的控制信号 通常为10进制数）就是一个典型应用。能够完成译码功能的组合逻辑电路称 为译码器。常用的译码器有2进制译码器和数码显示译码器等。1、2进制译码器2进制译码器的功能是将输入的2进制码翻译成相应的控制信号，常用的2进制译码器有2线-4线译码器、3线-8线译码器、4线-10线译码器、4线-16线译码器等多种。图8.23所示为译码器的逻辑符号。一般左边为译码器输入端，右边为输出端。因为有3个输入端A、B、C,输入的是2进制码，8个译码输出

19、端 Yo丫7，输出对应2进制码的控制信号。因此 ，它是一个3线8线2进制译码器。例如，当输入2进制码CBA=011时，经过译码器翻译后，将输出相应的控制信号，即输出端丫3输出为1，其他输出端保持为 0不变。译码器图8.23译码器逻辑符号2、七段数码显示译码器在数字仪器仪表、数字钟等数字系统中，常需要将译码后的结果或数据以十进制数字的形式 显示出来，供人们读取或监视数字系统的工作情况，显示译码器是能完成这一功能的电路。它先 将输入的二进制代码译成十进制数的信号，再利用译码输出驱动显示器显示数字。1）数码管的结构和原理在数字电路中广泛采用的数码管是七段LED数码管，引脚排列如图8.28a ）所示。

20、单个数码管共有10个引脚，包含 8个笔段引脚和2个公共端3、8引脚）。 comU;W）敎码音弓I脚列岳盘图a b c a w f 底 g、莎、砂立 5莎、附、笏 5莎 com09 井 P1 扱 LED ftPiWba图8.28七段LED数码显示管七段LED数码管的 8个显示字段 其中包括一个小数点）各对应一个发光二极管，它们在其内部成"日”字型排列，各字段分别用字母a、b、c、d、e、f、g表示，小数点用dp表示。根据发光二极管在数码管内部的连接形式不同，数码管可分为共阴极和共阳极两种类型，内部等效结构如图8.28b ）和c）所示。对于共阴极数码管而言，内部各段发光二极管的负极连接在

21、一起组成公共端，而各段发光二极管的正极通过各自的引脚引出。根据内部结构可知，共阴极数码管公共端应接低电平，而要显示的字段必须接高电平。当七段LED数码管不同笔段的发光二极管组合发光时，就能显示出不同的数字，如图8.29所示。如要显示数字0时，只要g段和dp段不亮，而 a、b、c、d、e、f六段发光即可。2）集成显示译码器 CD4511简介 驱动共阴极数码管）显示译码器CD4511的主要作用是将输入的BCD码转换为共阴极数码管所需的相应七段码，其引脚排列和逻辑符号如图8.30所示。7AB厂1 hVDAUVnr1m LE5*CB4511何冷0 f g a b c d e H ihl冋 冋 冋rm

22、冋 FiCD4511LJUjg凹UJ回巴国B C LT BI LE D A(b)图8.30 显示译码器 CD4511引脚排列和逻辑符号CD4511各引脚的功能如下：A、B、C、D:显示数据输入端。输入8421BCD码，其中A为低位vDO），D为高位D3）。ag：数码管段码输出端。:测试端。当端接低电平时，不管输入端BCD码为何数值，输出端ag全为高电平，数码管显示字型 “ 8”:消隐端。低电平有效，当端接低电平时，不论输入端BCD码为何数值，输出端ag全为低电平，数码管不显示，用来暂时熄灭数码管。LE:锁存端。当LE端接高电平时，CD4511输出端ag）保持不变，便于瞬间观 测快速变化的数值；

23、而在接低电平时，对正常的七段译码功能无影响，所以在实际应用 中通常将该引脚接低电平使其无效。CD4511真值表如表 8.6。表8.6集成显示译码器CD4511真值表输入输出显示LE凶旦D C B Aa b c d e f g数字XX0XXXX11111118X0 1XXXX0000000灭111XXXX不变维持011000011111100011000101100001011001011011012011001111110013011010001100114011010110110115011011000111116011011111100007011100011111118011100111

24、1001190111010灭0111011灭0111100全部为0灭0111101灭0111110灭0 111111灭(3利用显示译码器CD4511和共阴数码管可以组成1位的数码显示器电路如图8.31所示图8.31显示译码器MC14511应用电路图3、八路抢答器中CD4511的锁存功能锁存电路如下D6L<1)当14脚G）输出为高电平时，二极管 D13正向导通，使5脚电平为高电平 即LE=1），此时CD4511输出端ag）保持不变，即锁存状态。G脚高电平对应的数字有， 所以当2、3、4、5、6、8号选手抢答后，电路处于锁存状态，其它选手再按键，数 码管也不会改边显示号码。2）当12脚B）输

25、出高电平且10脚D）输出为低电平时，即只有 B段亮而D段不 亮，此时二极管D14正向导通，使5脚电平为高电平 即LE=1），此时CD4511输出端 ag）保持不变，即锁存状态。B管亮而D管不亮对应的数字有，所以当1、7号选手抢答后，电路处于锁存状态，其它选手再按键，数码管也不会改边显示号码。结合1）和2）所述，当18号任一选手抢答后时，电路进入锁存状态，其后 的按键抢答无效，完成抢答功能。3）当12脚B ）和10脚D）都输出高电平时，即B管和D管都亮，此时三极管Q1 导通，使5脚电平为低电平 即LE=0），此时CD4511不处于锁存状态。B管和D管都亮 对应的数字有 ，所以当数码管显示为0时可

26、以继续抢答。知识链接三555集成定时器555定时器内部有3个5K电阻组成的分压电路，而且电阻精度高，因此而得名。它价格低廉、性能优良，只要在其外部接少量的阻容元件，即可构成多种脉冲电路，因而在电子控制、电子检测、仪器仪表、家用电器、电子玩具等许多领域得到广泛的应用。555集成定时器简介1.分类按内部元件分类，555集成定时器可分为 TTL型又称为双极型，工作电压 4.55.5V，一般以555是输出电流大，可达200mA以上，可直接驱动大电流执行器件，如继电器等。CMOS型主要特点是功耗低，输入阻抗高，输出电流较小，一般小于4mA。按片内定时器的个数分类，可分为单定时器555）和双定时器556）

27、。双定时器556在一块集成块内部集成了两个独立的 555定时电路。，555集成定时器引脚排列如图11.32所示。（a单定时器（b双定时器图11.32 555集成集成定时器的引脚排列图2.电路组成555集成定时器的逻辑符号如图11.33a）所示，其引脚功能说明如下:Q:定时器输出端，驱动负载。:定时器复位输入端，当其接低电平0，强制Q输出为0。TH :高触发端，2/3VCC比较输入端。:低触发端，1/3VCC比较输入端。CVolt :控制电压输入端。DIS :放电端。555集成定时器的内部功能框图如图11.33b）所示，它主要由电压比较器和基本RS触发器组成，现从以下4点进行说明。GND（a&g

28、t;逻辑符号（b>内部功能框图图11.33555集成定时器的逻辑符号和内部功能框图<1）分压器：由3个5K的电阻串联而成，为比较器提供参考电压。比较器Ai的牛”端电压为2/3Vcc, A2的”端电压为1/3V© 如果从电压控制端 CVolt另加控制电压，会改变A?比较器的基准电压，一般情况下，不需另加控制电压。因此，CVolt端对地一般并接有0.01u F电容，以旁路高频干扰信号。<2）电压比较器：由运放 A1、A?组成。因A1的牟”端为2/3Vcc，因此，A1是 2/3Vcc电压比较器。A2的”端为1/3Vcc，因此，A2是1/3Vcc电压比较器。小提示：因运放的

29、放大倍数很高，且处于开环状态，因此，它实际是工作于比较状态，而不是线性放大状态，其输出端不是高电平就是低电平。<3）基本RS触发器：由G1和G2组成。它具有基本 RS触发器的保持、置0、置1的工作状态。A1的输出端作为I端，A2的输出端作为勺端。<4）三极管开关和输出级：三极管V 般称为放电管，工作于开关状态，受RS触发器 的控制。当 =1 , V饱和导通，7脚DIS接地；当 =0, V截止，7脚与地断开。小提示：由以上分析可知，555集成定时器实际上是数字电路和模拟电路的混合电路，可以看成是模拟型的 RS触发器。3.工作原理正常工作时，控制电压输入端 CVolt接旁路电容，定时器

30、复位输入端接高电平 Vcc，输入信号从TH高触发端和低触发端输入，输出端 Q分别有以下几种情况：-=1,根据基本RS触发器的逻辑功能有 Q=0,= 1，三极管V导通。<2）TH<2/3V cc， = 1；>1/3V cc,= 1,触发器保持不变。<3）TH<2/3V cc, = 1；<1/3Vcc,二=0,触发器 Q=1 ,= 0,三极管 V截止。由以上分析可知，555集成定时器实际上是一个由TH和 控制的基本RS触发器，TH在高于2/3Vcc时有效 <相当于 一 =0），而在低于1/3Vcc有效 <相当于 二=0）,其功能见表11.2所示。表1

31、1.2 555集成定时器功能表输入输出说明TH （回&J （凹QV0XX0导通复位1>2/3V cc (0>>1/3Vcc0导通置01<2/3V cc>1/3Vcc不变不变保持1<2/3V cc<1/3Vcc (0>1截止置1综上所述，555集成定时器的输出是由 TH和端的输入电压分别与2/3Vcc和1/3Vcc比较决定：当TH和均大时，输出为0, V导通；当TH和均小时，输出为1 , V截止；当TH和介于 大”和 小”之间时，输出保持不变，V状态也不变。二、555集成定时器的应用555集成定时器应用非常广泛，典型应用如下：1. 构成施密特触发器555集成定时器构成施密特触发器的电路原理图如图11.3