數(shù)顯智力搶答器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告作品名稱：九路數(shù)顯智力搶答器學(xué)校名稱：景德鎮(zhèn)高等專(zhuān)科學(xué)校專(zhuān)業(yè)名稱：電子信息工程技術(shù)指導(dǎo)老師：孫小霞制 作 人：朱志強(qiáng)完成日期: 2010年12月24日摘 要 在許多比賽活動(dòng)中，為了準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，通常設(shè)置一臺(tái)搶答器。通過(guò)搶答器的數(shù)顯，燈光和音響等手段指示出第一搶答者。同時(shí)還可以設(shè)置定時(shí)、記分犯規(guī)及獎(jiǎng)懲等多種功能。本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)搶答的方式，有人搶答后，系統(tǒng)自動(dòng)封鎖其他人的搶答按鈕，使其不能再搶答，從而實(shí)現(xiàn)搶答功能。數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開(kāi)關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路，以上兩部分組成主

2、體電路。通過(guò)定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路，本實(shí)驗(yàn)由小功率可調(diào)式穩(wěn)壓電源提供電壓。小功率可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源一、 電路結(jié)構(gòu)二、 電路工作原理1.、電路采用變壓器降壓、二極管整流、電容濾波、lm317穩(wěn)壓輸出、利用色發(fā)光二極管指示電源工作狀態(tài)。220v市電經(jīng)220v、12v變壓器t1降壓，二極管橋式整流、經(jīng)電容c2濾波后送入lm317的第腳（輸入端）c2濾除高頻紋波。第腳輸出穩(wěn)定的直流電壓，第腳為調(diào)整端，和腳之間的電壓為1.25v的基準(zhǔn)電壓。為了保證穩(wěn)壓器的輸出性r3要小于240歐姆，為了輸出電壓可調(diào)，調(diào)整端與地接入r2，改變其阻值就可以改變輸出電壓。

3、c3 c4是為了進(jìn)一步改善輸出電壓的紋波。d2 d3是保護(hù)二極管，若輸入端發(fā)生短路，c4的放電電流會(huì)反向流經(jīng)lm317，d2接入可旁路反向沖擊電流，使lm317得到保護(hù)。r1為led1的限流電阻。2、橋式整流利用二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⒔涣麟娮儞Q為單向脈動(dòng)直流的電路，稱為整流電流。設(shè)電源變壓器二次繞阻的電壓：u2=2u2sinwt+vo-vt1vt4vt2vt3v2v1r圖3 橋式二極管整流電路橋式整流電路一、半波整流電路圖5-1、是一種最簡(jiǎn)單的整流電路。它由電源變壓器b 、整流二極管d 和負(fù)載電阻rfz ，組成。變壓器把市電電壓（多為220伏）變換為所需要的交電壓e2，d 再把交流電變換為脈動(dòng)

4、直流電。下面從圖5-2的波形圖上看著二極管是怎樣整流的。變壓器砍級(jí)電壓e2，是一個(gè)方向和大小都隨時(shí)間變化的正弦波電壓，它的波形如圖5-2（a）所示。在0 時(shí)間內(nèi)，e2為正半周即變壓器上端為正下端為負(fù)。此時(shí)二極管承受正向電壓面導(dǎo)通，e2通過(guò)它加在負(fù)載電阻rfz上，在2 時(shí)間內(nèi)，e2為負(fù)半周，變壓器次級(jí)下端為正，上端為負(fù)。這時(shí)d承受反向電壓，不導(dǎo)通，rfz，上無(wú)電壓。在2時(shí)間內(nèi)，重復(fù)0 時(shí)間的過(guò)程，而在34時(shí)間內(nèi)，又重復(fù)2時(shí)間的過(guò)程這樣反復(fù)下去，交流電的負(fù)半周就被削掉了，只有正半周通過(guò)rfz，在rfz上獲得了一個(gè)單一右向（上正下負(fù)）的電壓，如圖5-2（b）所示，達(dá)到了整流的目的，但是，負(fù)載電壓us

5、c。以及負(fù)載電流的大小還隨時(shí)間而變化，因此，通常稱它為脈動(dòng)直流。這種除去半周、圖下半周的整流方法，叫半波整流。不難看出，半波整說(shuō)是以犧牲一半交流為代價(jià)而換取整流效果的，電流利用率很低（計(jì)算表明，整流得出的半波電壓在整個(gè)周期內(nèi)的平均值，即負(fù)載上的直流電壓usc =0.45e2 ）因此常用在高電壓、小電流的場(chǎng)合，而在一般無(wú)線電裝置中很少采用。二、全波整流電路如果把整流電路的結(jié)構(gòu)作一些調(diào)整，可以得到一種能充分利用電能的全波整流電路。圖5-3 是全波整流電路的電原理圖。全波整流電路，可以看作是由兩個(gè)半波整流電路組合成的。變壓器次級(jí)線圈中間需要引出一個(gè)抽頭，把次組線圈分成兩個(gè)對(duì)稱的繞組，從而引出大小相等

6、但極性相反的兩個(gè)電壓e2a、e2a，構(gòu)成e2a、d1、rfz與e2b、d2、rfz ，兩個(gè)通電回路。全波整流電路的工作原理，可用圖5-4 所示的波形圖說(shuō)明。在0 間內(nèi)，e2a對(duì)d1為正向電壓，d1導(dǎo)通，在rfz 上得到上正下負(fù)的電壓；e2b對(duì)d2為反向電壓，d2不導(dǎo)通（見(jiàn)圖5-4（b）。在-2時(shí)間內(nèi)，e2b 對(duì)d2為正向電壓，d2導(dǎo)通，在rfz上得到的仍然是上正下負(fù)的電壓；e2ad1為反向電壓，d1不導(dǎo)通（見(jiàn)圖5-4（c）。如此反復(fù)，由于兩個(gè)整流元件d1、d2 輪流導(dǎo)電，結(jié)果負(fù)載電阻rfz 上在正、負(fù)兩個(gè)半周作用期間，都有同一方向的電流通過(guò)，如圖5-4（b）所示的那樣，因此稱為全波整流，全波整

7、流不僅利用了正半周，而且還巧妙地利用了負(fù)半周，從而大大地提高了整流效率（usc0.9e2，比半波整流時(shí)大一倍）。圖5-3所示的全波整濾電路，需要變壓器有一個(gè)使兩端對(duì)稱的次級(jí)中心抽頭，這給制作上帶來(lái)很多的麻煩。另外，這種電路中，每只整流二極管承受的最大反向電壓，是變壓器次級(jí)電壓最大值的兩倍，因此需用能承受較高電壓的二極管。三、 橋式整流電路橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種電路，只要增加兩只二極管口連接成橋式結(jié)構(gòu)，便具有全波整流電路的優(yōu)點(diǎn)，而同時(shí)在一定程度上克服了它的缺點(diǎn)。橋式整流電路的工作原理如下：e2為正半周時(shí)，對(duì)d1、d3和方向電壓，dl，d3導(dǎo)通；對(duì)d2、d4加反向電壓，d2、d

8、4截止。電路中構(gòu)成e2、dl、rfz 、d3通電回路，在rfz ，上形成上正下負(fù)的半波整洗電壓，e2為負(fù)半周時(shí)，對(duì)d2、d4加正向電壓，d2、d4導(dǎo)通；對(duì)d1、d3加反向電壓，d1、d3截止。電路中構(gòu)成e2、d2、rfz、d4通電回路，同樣在rfz 上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。如此重復(fù)下去，結(jié)果在rfz ，上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖5-6中還不難看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級(jí)電壓的最大值，比全波整洗電路小一半！它是由電源變壓器、四只整流二極管d14 和負(fù)載電阻rl組成。四只整流二極管接成電橋形式，故稱橋式整流。橋式整流電路的工作

9、原理如圖z0706所示。在u2的正半周，d1、d3導(dǎo)通，d2、d4截止，電流由tr次級(jí)上端經(jīng)d1 rl d3回到tr 次級(jí)下端，在負(fù)載rl上得到一半波整流電壓。在u2的負(fù)半周，d1、d3截止，d2、d4導(dǎo)通，電流由tr次級(jí)的下端經(jīng)d2 rl d4 回到tr次級(jí)上端，在負(fù)載rl 上得到另一半波整流電壓。這樣就在負(fù)載rl上得到一個(gè)與全波整流相同的電壓波形，其電流的計(jì)算與全波整流相同. 目前，小功率橋式整流電路的四只整流二極管，被接成橋路后封裝成一個(gè)整流器件，稱硅橋或橋堆，使用方便，整流電路也常簡(jiǎn)化為圖z0705（c）的形式。橋式整流電路克服了全波整流電路要求變壓器次級(jí)有中心抽頭和二極管承受反壓大的

10、缺點(diǎn)，但多用了兩只二極管。在半導(dǎo)體器件發(fā)展快，成本較低的今天，此缺點(diǎn)并不突出，因而橋式整流電路在實(shí)際中應(yīng)用較為廣泛。電容濾波原理詳解1空載時(shí)的情況當(dāng)電路采用電容濾波，輸出端空載，如圖4(a)所示，設(shè)初始時(shí)電容電壓uc為零。接入電源后，當(dāng)u2在正半周時(shí)，通過(guò)d1、d3向電容器c充電；當(dāng)在u2的負(fù)半周時(shí)，通過(guò)d2、d4向電容器c充電，充電時(shí)間常數(shù)為式中 包括變壓器副邊繞組的直流電阻和二極管的正向?qū)娮?。由?一般很小，電容器很快就充到交流電壓u2的最大值 ，如波形圖2（b） 的時(shí)刻。此后，u2開(kāi)始下降，由于電路輸出端沒(méi)接負(fù)載，電容器沒(méi)有放電回路，所以電容電壓值uc不變，此時(shí)，ucu2，二極管兩端

11、承受反向電壓，處于截止?fàn)顟B(tài)，電路的輸出電壓500)this.width=500500)this.width=500，電路輸出維持一個(gè)恒定值。實(shí)際上電路總要帶一定的負(fù)載，有負(fù)載的情況如下。500)this.width=5002帶載時(shí)的情況圖5給出了電容濾波電路在帶電阻負(fù)載后的工作情況。接通交流電源后，二極管導(dǎo)通，整流電源同時(shí)向電容充電和向負(fù)載提供電流,輸出電壓的波形是正弦形。在 時(shí)刻，即達(dá)到u2 90峰值時(shí)，u2開(kāi)始以正弦規(guī)律下降，此時(shí)二極管是否關(guān)斷，取決于二極管承受的是正向電壓還是反向電壓。先設(shè)達(dá)到90后，二極管關(guān)斷，那么只有濾波電容以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載放電，從而維持一定的負(fù)載電流。但是90后指數(shù)

12、規(guī)律下降的速率快，而正弦波下降的速率小，所以超過(guò)90以后有一段時(shí)間二極管仍然承受正向電壓，二極管導(dǎo)通。隨著u2的下降，正弦波的下降速率越來(lái)越快，uc 的下降速率越來(lái)越慢。所以在超過(guò)90后的某一點(diǎn)，例如圖5(b)中的t2時(shí)刻，二極管開(kāi)始承受反向電壓，二極管關(guān)斷。此后只有電容器c向負(fù)載以指數(shù)規(guī)律放電的形式提供電流，直至下一個(gè)半周的正弦波來(lái)到，u2再次超過(guò)uc，如圖5(b)中的t3時(shí)刻，二極管重又導(dǎo)電。以上過(guò)程電容器的放電時(shí)間常數(shù)為500)this.width=500500)this.width=500 電容濾波一般負(fù)載電流較小，可以滿足td較大的條件，所以輸出電壓波形的放電段比較平緩，紋波較小，輸

13、出脈動(dòng)系數(shù)s小，輸出平均電壓uo(av)大，具有較好的濾波特性。500)this.width=500500)this.width=500 （a）電路圖 （b）波形圖 圖5帶載時(shí)橋式整流濾波電路 以上濾波電路都有一個(gè)共性,那就是需要很大的電容容量才能滿足要求,這樣一來(lái)大容量電容在加電瞬間很有很大的短路電流,這個(gè)電流對(duì)整流二極管,變壓器沖擊很大,所以現(xiàn)在一般的做法是在整流前加一的 功率型ntc熱敏電阻來(lái)維持平衡,因ntc熱敏電阻在常溫下電阻很大,加電后隨著溫度升高，電阻阻值迅速減小,這個(gè)電路叫軟起動(dòng)電路。這種電路缺點(diǎn)是：斷電后，在熱時(shí)間常數(shù)內(nèi)， ntc熱敏電阻沒(méi)有恢復(fù)到零功率電阻值，所以不宜頻繁的

14、開(kāi)啟。 為什么整流后加上濾波電容在不帶負(fù)載時(shí)電壓為何升高？這是因?yàn)榧由蠟V波測(cè)得的電壓是含有脈動(dòng)成分的峰值電壓，加上負(fù)載后就是平均值，計(jì)算：峰值電壓=1.414理論輸出電壓lm317從左向右為1 2 3腳，1為調(diào)整端，2為輸出端，3為輸入端。lm317作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。數(shù)顯智力搶答器工作原理8路數(shù)顯搶答器電路如圖所示。其核心部件為4/7段bcd鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)數(shù)字集成電路c d4511。該集成電路的7、1、2、6腳為bcd碼的編碼輸人端，3腳lt為試燈腳，4腳bi為消隱腳，5腳le為鎖存控制端，9-15巧腳用來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示字符。其中3腳lt,

15、4腳bi接高電平有效，5腳le接低電平選通、高電平鎖存。當(dāng)給abcd輸人端輸人不同的bcd編碼時(shí)，cd4511經(jīng)過(guò)內(nèi)部電路譯碼并通過(guò)輸出端顯示對(duì)應(yīng)的字符。本例電路即是利用該原理來(lái)實(shí)現(xiàn)搶答顯示的，電源接通時(shí)即給電路一個(gè)復(fù)位信號(hào)使得數(shù)碼顯示管led顯示為“0”。當(dāng)搶答者按下任一搶答鍵后便形成相應(yīng)的bcd編碼，高電平同時(shí)到ic的第5腳使集成電路鎖存，同時(shí)通過(guò)vd6一vd9和r1向vti的基極供電，cd4511真值表如下：其功能介紹如下： bi：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)bi=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。lt：3腳是測(cè)試輸入端，當(dāng)bi=1，lt=0 時(shí)，

16、譯碼輸出全為1，不管輸入 dcba 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來(lái)檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。 le：鎖定控制端，當(dāng)le=0時(shí)，允許譯碼輸出。 le=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在le=0時(shí)的數(shù)值。a1、a2、a3、a4、為8421bcd碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。cd4511 是一片 cmos bcd鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，引腳排列如圖 2 所示。其中a b c d 為 bcd 碼輸入，a為最低位。lt為燈測(cè)試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。bi為

17、消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， b1端應(yīng)加高電平。另外 cd4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過(guò)十進(jìn)制數(shù)9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。le是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。ag是 7 段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰led數(shù)碼管。cd4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 led （數(shù)碼管）顯示器的 bcd 碼七段碼譯碼器，特點(diǎn)：具有bcd轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的cmos電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)led顯示器。cd4511 是一片 cmos bcd鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，引腳排列如圖 2 所示。其中a b c d 為 bcd 碼輸入，a為最低位。

18、lt為燈測(cè)試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。bi為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， b1端應(yīng)加高電平。另外 cd4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過(guò)十進(jìn)制數(shù)9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。le是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。ag是 7 段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰led數(shù)碼管。另外，cd4511顯示數(shù)“6”時(shí)，a段消隱；顯示數(shù)“9”時(shí)，d段消隱，所以顯示6、9這兩個(gè)數(shù)時(shí)，字形不太美觀 圖3是 cd4511和cd4518配合而成一位計(jì)數(shù)顯示電路，若要多位計(jì)數(shù)，只需將計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)，每級(jí)輸出接

19、一只 cd4511 和 led 數(shù)碼管即可。所謂共陰 led 數(shù)碼管是指 7 段 led 的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來(lái)選取，電源電壓5v時(shí)可使用300的限流電阻。用cd4511實(shí)現(xiàn)led與單片機(jī)的并行接口方法如下圖：cd4511 引 腳 圖其功能介紹如下： bi：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)bi=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。 lt：3腳是測(cè)試輸入端，當(dāng)bi=1，lt=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 dcba 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來(lái)檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。 le：鎖定控制端，當(dāng)le=0時(shí)，允許譯碼輸

20、出。 le=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在le=0時(shí)的數(shù)值。 a1、a2、a3、a4、為8421bcd碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。 cd4511的內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作1. cd4511的引腳 cd4511具有鎖存、譯碼、消隱功能，通常以反相器作輸出級(jí)，通常用以驅(qū)動(dòng)led。其引腳圖如3-2所示。 各引腳的名稱：其中7、1、2、6分別表示a、b、c、d；5、4、3分別表示le、bi、lt；13、12、11、10、9、15、14分別表示 a、b、c、d、e、f、g。左邊的引腳表示輸入，右邊表示輸出，還有兩個(gè)引腳8、16分別表示的是vdd、vss。 2. cd45