数电十路抢答器课程设计报告

数电课程设计：10路抢答器鄢志伟 电子B班一、课程设计任务与要求抢答器同时供10名选手或10个代表队比赛，分别用10个按钮JI~J10表示。设置一个系统清除和抢答控制开关J11,该开关由主持人控制。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，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。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。二、 课程设计目的本次课程设计主要是配合《模拟电子技术》和《数字电子技术》理论课程而设置的一门实践性课程，起到巩固所学知识，加强综合能力，培养电路设计能力，提高实验技术，启发创新思想的效果。三、 课程设计初始条件1．复习编码器、十进制加/减计数器的工作原理。2．分析与设计时序控制电路。3.画出定时抢答器的整机逻辑电路图4•要求用集成电路：74LS00与非门、CD4511译码器和其它器件等，实现了10路定时抢答功能。四、 方案说明：对于多路抢答器的设计方案有很多，方案1：由优先编码器编码器加上控制、锁存、译码电路等构成。尽管从理论上优先编码器对各路信号的优先级别有所不同，但实际上抢答时间的同时性不可能精确到ns的数量级。方案2：考虑抢答器的公平性，要求每一录得抢答几率应该相等，而不应该有优先的现象（理论上优先编码器确实有优先的现象，尽管这种现象的发生几率非常小）。那么可以采用8D锁存器，8D锁存器对输出的控制是用电平信号锁存方式。如果将输出状态的组合连接到输出控制线，使锁存器一旦响应了第一个变化的端口，则输出控制线关闭了对其他输入信号的反映，这样就可以使8D锁存器仅对第一个输入做出响应。要是抢答器复位，

可以在输出控制端口的组合电路中加入按键复位信号。综合上述两种方案，最后决定用CD4511中的译码和复位功能，控制输入端有一个输入就发出报警和数码显示。这种方案更加简单和容易实现。五、课程设计原理（1）设计原理图见图1所示。该电路主要完成两个功能：一个是抢答端的数码显示，另一个则是在抢答结束时发出报警声。该电路设计只能显示第一个按下按键的位数，即实现了分辨选手按键的先后的功能，并利用组合逻辑电路与CD4511译码器中的LE使能端控制数码锁存，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；sTfnr■v+l+j，、.4■.亠：」dM—sTfnr■v+l+j，、.4■.亠：」dM—图1工作过程：开关自上而下，分别是J1,J2,J3,J4,J5,J6,J7,J8,J9,J10,J11，J11是清零端，当J11闭合（清零）时，单刀双置开关两端接地，而且各个按键没有输入,CD4511译码器的输入端均为低电平，使得数码管显示为0；当J11断开时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下J2），单刀双置开关接通了VCC和J2和10K电阻构成通路，CD4511译码器的B端输入高电平，其他输入端均为低电平，译码器输出端的a、d、e、g为高电平，其他为低电平，经译码显示为“2”。如图2所示，此外,g端高电平将二极管D12导通，同时使译码器的LE使能端为高电平实现数码锁存显示功能，同时使NPN的三极管导通，从而导通蜂鸣器，发出报警声。电路如有再次抢答需将J11开关重新置“清零”然后才可能进行。空=ABcDLTBrLEDsl71HV.IEERCC3412ITljRTRTL1二2DM空=ABcDLTBrLEDsl71HV.IEERCC3412ITljRTRTL1二2DMZ1俎lb24IfU4DS3AMBERCC电路中的设计精华：如图3所示，我们要控制数码在初始状态0时不会发出报警，而在抢答结束时立即发出报警，并实现锁存。在这里将个位译码器的f端和十位译码器的a端接入与非门，个位译码器的g端接二极管，并将两者线与接入译码器的LE使能端。SIC

SIC(2)设计的电路的PCB图，如图4所示:图4六、主要元器件介绍与非门74LS0074LS00与非门，表4.1.1为其真值表，表4.1.2为其功能表，图4.1.1为其管脚图。74LS00管脚图表4.1.2 74LS00与非门真值表OutpofALIYLIHLHHHLHHL|ririmr1Ls>l)r-T<T|pLilLdLdj6| 70图4.1.1 74LS00管脚引线图2、CD4511译码器：CD4511是一个用于驱动共阴极LED(数码管)显示器的BCD码一七段码译码器，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电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。CD4511是一片CMOSBCD—锁存/7段译码/驱动器，引脚排列如图2所示。其中abcd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，B1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，字形不太美观图3是CD4511和CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只CD4511和LED数码管即可。所谓共阴LED数码管是指7段LED的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300Q的限流电阻。CD4511引脚图AlAsn5!LaA3AlCJC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”。它主要用来检测数码管是否损坏。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。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。1).CD4511的引脚UDAOADBOBDCOCDDODOE匠OFSTOGuf^]3-2CD4511的引脚圈CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。其引脚图如3-2所示。各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；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。左边的引脚表示输入,右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。2.）CD4511的工作原理.CD4511的工作真值表如表3-2输 入 .输 出LELIDCBAabcdefg显示XX0XXXX1111111gX01XXXX00■.o'-D000011000011111100011000101100001011001011'fl'11012.0110a111.11,100130110寸L-h-[a.'hThij-j 「rdI01140110□萨■L'-L-1-j(i1'T011501101100；011111601101111110000701110001111111801110011110011g011101000000000111011000000梢隐01111000000000隐01111010000000隐011111000■000e0肖隐011111100-.o'-000111XXXX锁 蒂锁存表3-2CD4511的真值表•锁存功能译码器的锁存电路由传输门和反相器组成，传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。当LE为“0”电平导通，TG2截止；当LE为“1”电平时，TG1截止，TG2导通，此时有锁存作用。如图3-3译码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，得出肥葩葩盂四项，然后将输入的数据A、D—起用或非门译码。消隐BI为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使B端输出为低电平，字形消隐。消隐控制电路如图3-4所示。消隐输出J的电平为j二 ®=(c+b)D+BI如不考虑消隐BI项，便得J=(B+C)D据上式，当输入BCD代码从1010---1111时，J端都为“1”电平，从而使显示器中的字形消隐。8421BCD码对应的显示见下图:0?b18A1：r选用共阴极数码管，对于CD4511，它与数码管的基本连接方式如下图:七、 设计心得经过一个星期的课程设计，整个过程挺不容易的。在此期间我遇到了许多问题、困难，也解决了许多，更是学到了不少。1、 通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程开始之前觉得挺简单的，做起来之后才知道不容易。2、 通过这次课程设计再一次让我对Mustism、Protel等软件有了进一步的了解、熟悉,包括画原理图、仿真、制作PCB等。3、 让我对一些元器件有了简单了解，如74LS00与非门和CD4511译码器芯片。4、 课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，使我通过实践对课本上的知识很好的理解和运用，就像政治课上说到“认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准”