八路數(shù)顯智力搶答器畢業(yè)論文—正文部分

1、江西渝州科技職業(yè)學(xué)院應(yīng)用電子專業(yè)?？飘厴I(yè)論文目 錄第1章 引言11.1設(shè)計目的11.2設(shè)計的任務(wù)及要求11.3設(shè)計方案2第2章 設(shè)計原理32.1八路數(shù)顯智力搶答器總體框圖32.2電路的構(gòu)成及功能32.2.1八路數(shù)顯智力搶答器電路原理圖32.2.2電源電路42.2.3八路數(shù)顯智力搶答器核心電路52.2.4報警電路112.3制作與調(diào)試14第3章 設(shè)計總結(jié)及制作心得16參考文獻(xiàn)17第1章 引言隨著當(dāng)今社會的發(fā)展，智力競賽之類的活動愈加頻繁，越來越被多數(shù)人喜愛和娛樂，像許多電視多擋智力競賽節(jié)目都擁有大批的忠實觀眾?，F(xiàn)在的許多工廠、學(xué)校等單位也常常舉辦類似的智力競賽活動，智力競賽是一種生動活潑的教育形式

2、和方法,通過搶答和必答兩種方式能引起參賽者和觀眾的極大興趣,并且能在極短的時間內(nèi),使人們增加一些科學(xué)知識和生活常識。然而智力競賽搶答器是必要設(shè)備。在有些地方舉行的各種智力競賽游戲中我們經(jīng)?？吹接袚尨鸬沫h(huán)節(jié)，舉辦方大多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法或舉手方式判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會因為主持人的主觀誤判造成比賽的不公平。因此為解決這一問題特選擇此畢業(yè)設(shè)計用數(shù)模電制作一個低成本實用但又能滿足學(xué)校等單位需要的八路數(shù)顯智力搶答器。 智力競賽搶答器的電路有各種各樣的,有的很簡單,也有比較復(fù)雜的,比如用發(fā)光二極管或用雙向晶閘管控制的燈泡指示搶答組別的電路可以做的很簡單,如果用數(shù)字顯示搶答組別,電路

3、會相對復(fù)雜一些。現(xiàn)在的搶答器形式又有了新的變化,比如用單片機控制的,還有八路數(shù)顯,有的還有時間的控制和成績計分顯示等。本人此次設(shè)計就是用數(shù)字顯示搶答器組別的數(shù)顯智力搶答器。1.1設(shè)計目的結(jié)合所學(xué)的數(shù)字電子技術(shù)，模擬電子技術(shù)進(jìn)行電路課程設(shè)計。通過設(shè)計八路數(shù)顯智力搶答器，進(jìn)一步掌握數(shù)電模電等理論基礎(chǔ)知識的運用技巧特別是對一些芯片功能的了解。同時在設(shè)計過程中增強實際的動手能力，思維能力為以后有關(guān)電路設(shè)計積累經(jīng)驗教訓(xùn)。1.2設(shè)計的任務(wù)及要求（1）任務(wù)：設(shè)計一個供8名選手參加的八路數(shù)顯智力搶答器。（2）要求：a、電路應(yīng)具有八路搶答功能，可以同時供8名選手參加比賽分別用8個按鈕S1S8表示。b、設(shè)計一個復(fù)

4、位清零電路，復(fù)位按鈕由主持人控制。c、搶答器應(yīng)具有編碼譯碼、驅(qū)動、顯示、復(fù)位和報警功能。即當(dāng)開始搶答按動按鈕，電路鎖存相應(yīng)選手的編碼，同時LED數(shù)碼管把選手號碼顯示出來報警聲響。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人按復(fù)位鍵清零為止。1.3設(shè)計方案方案一: 應(yīng)用計算機,單片機組成搶答器。由于計算機,單片機具有智能化,組成的搶答器具有智能化、性能好、以及可編程控制等優(yōu)點。但是成本過高,用于我們的畢業(yè)設(shè)計顯得有點“力不從心”,不宜采用。方案二: 自行設(shè)計搶答器。自行設(shè)計制作的搶答器針對性強,并且還可以兼顧實用性,可靠性以及經(jīng)濟成本的合理性。適當(dāng)?shù)臅r候還可以發(fā)揮個人的設(shè)計思路,在設(shè)

5、計中改進(jìn),在改進(jìn)中設(shè)計。針對我們畢業(yè)設(shè)計課題,采用自行設(shè)計的方法還可以檢查我們所學(xué)知識的掌握能力,鍛煉我們的動手能力。綜上分析,我們采用專用集成電路形式自行設(shè)計方案來完成這次的畢業(yè)課題設(shè)計任務(wù)。第2章 設(shè)計原理2.1八路數(shù)顯智力搶答器總體框圖如圖2.1所示為該搶答器總體框圖，其工作原理為：接通電源后，主持人將該搶答器工作開關(guān)打開，電路進(jìn)入工作狀態(tài)，此時數(shù)碼管顯示為“0”，當(dāng)主持人宣布開始選手在進(jìn)行搶答時，搶答器完成編碼、優(yōu)先判斷、鎖存、驅(qū)動、編碼顯示、蜂鳴器提示。當(dāng)一輪搶答之后，如果要再次搶答必須由主持人按下復(fù)位鍵進(jìn)行復(fù)位清零之后才可進(jìn)行下一輪搶答。圖2.12.2電路的構(gòu)成及功能2.2.1八路

6、數(shù)顯智力搶答器電路原理圖如圖2.2所示為八路數(shù)顯智力搶答器的電路原理圖，此電路主要由搶答器核心電路，電源電路，報警電路組成。圖2.22.2.2電源電路如圖2.3所示為電源電路電路圖圖2.3此電源電路采用變壓器降壓、二極管整流、電容濾波、LM317穩(wěn)壓輸出，利用綠色發(fā)光二極管指示電源工作狀態(tài)，電路原理圖如圖2.3所示。220V市電經(jīng)220V/12V變壓器降壓，二極管橋式整流，電容C2和C1濾波后送入LM317的第3腳（輸入端），C2選用470uf的電解電容；濾除高頻紋波。第2腳輸出穩(wěn)定的直流電壓。第1腳為調(diào)整端，調(diào)整端與輸出端之間的電壓為1.25V的基準(zhǔn)電壓。為了保證穩(wěn)壓器的輸出性能，R2為20

7、0的電阻。為了使輸出電壓可調(diào)，調(diào)整端與地之間接可變電阻器R1,改變R1的阻值便可以改變輸出電壓。此電路要求輸出電壓為8V，選用R1的選用5K的電阻即可。C3、C4是為了進(jìn)一步改善輸出電壓的紋波。D2，D3是保護二極管，若輸入端發(fā)生短路，C4的放電電流會反向流經(jīng)LM317有可能導(dǎo)致其擊穿損壞。D2的接入可旁路反向沖擊電流，使LM317得到保護。同理若輸出端短路，C5上的放電電流被D3短路起保護作用。通過綠色發(fā)光二極管LED指示電源的工作狀態(tài)，R3為D4的限流電阻，取值為510，流過D4的電流約為10mA，發(fā)光二極管的正常工作電流為10mA。2.2.3八路數(shù)顯智力搶答器核心電路（1）電路結(jié)構(gòu)圖2.

8、4為該搶答器的核心部分電路圖，包括搶答、編碼、優(yōu)先、鎖存、數(shù)顯及復(fù)位等電路。所用的元器件除集成電路CD4511，還有14只IN4148二極管，一只9013(NPN)三極管，15只1/8W的碳膜電阻器，9只小型按鈕開關(guān)，SB1SB8為搶答鍵，SB9為復(fù)位鍵，LED數(shù)碼管為0.5英寸的共陰極管，電阻器R9R15為限流電阻。此電路測試可將68V的直流電壓單獨引入至該電路進(jìn)行測試。（2）芯片介紹a.CD4511引腳圖及功能:CD4511顯示譯碼器是一個用于驅(qū)動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點如下：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大

9、的拉電流?？芍苯域?qū)動LED顯示器。用CD4511實現(xiàn)LED與接口方法如圖2.5所示： 圖2.5    其功能介紹如下：     BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時，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腳是測試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時，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”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。     LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時

10、，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(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。b. 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，通常用以驅(qū)動LED。其引腳圖如2.6所示。 各引腳的名稱：其中7、1、2、6分別表示A、B、C、

11、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，還有兩個引腳8、16分別表示的是VDD、VSS。 c. CD4511的工作原理.CD4511的工作真值表如下表：輸        入輸        出LEBILIDCBAabcdefg顯示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱01100001111110001

12、100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000000消隱0111111000000消隱111XXXX鎖       存 鎖存CD4511的真值表.鎖存功能 譯碼器的鎖存電

13、路由傳輸門和反相器組成,傳輸門的導(dǎo)通或截止由控制端LE的電平狀態(tài)。 當(dāng)LE為“0”電平導(dǎo)通，TG2截止；當(dāng)LE為“1”電平時，TG1截止，TG2導(dǎo)通，此時有鎖存作用。如圖2.7所示：.譯碼 CD4511譯碼用兩級或非門擔(dān)任，為了簡化線路，先用二輸入端與非門對輸入數(shù) 據(jù)B、C進(jìn)行組合，得出、四項，然后將輸入的數(shù)據(jù)A、D一起用或非門譯碼。 .消隱 BI為消隱功能端，該端施加某一電平后，迫使B端輸出為低電平，字形消隱。消隱控制電路如圖2.8所示。 消隱輸出J的電平為 J= =（C+B）D+BI如不考慮消隱BI項，便得J=（B+C）D據(jù)上式，當(dāng)輸入BCD代碼從1010-1111時，J端都為“1”電平，

14、從而使顯示器中的字形消隱。8421 BCD 碼對應(yīng)的顯示見圖2.9所示:          圖2.9選用共陰極數(shù)碼管，對于 CD4511 ，它與數(shù)碼管的基本連接方式如圖2.10、圖2.11所示： 圖2.10圖2.11（3）電路的工作原理SB1SB8組成18路搶答鍵，D1D12組成數(shù)字編碼器，任一搶答鍵按下，都須通過編碼二極管編成BCD碼，將高電平加到CD4511所對應(yīng)的輸入端。從CD4511的引腳圖可看出，引腳6、2、1、7分別為BCD碼的D、C、B、A位（D為高電位，A為低電位，即D、C、B、A分別代表

15、BCD碼8、4、2、1位）。設(shè)SB8鍵按下，則高電平僅通過1只二極管加到CD4511的6腳，而2、1、7腳，保持低電平，此時CD4511輸出BCD碼為“1000”。又如有SB5鍵按下，此時高電平便通過2只二極管加到CD4511的2腳與7腳，而6、1腳保持低電平，此時CD4511輸入BCD碼是“0101”。依次此類推，按下第幾號搶答鍵，輸入的BCD碼就是鍵的號碼并自動地由CD4511內(nèi)部電路譯碼為十進(jìn)制數(shù)在數(shù)碼管上顯示。由于搶答器都是多路即滿足滿足多位參賽者搶答的要求,這就有一個先后判定的鎖存優(yōu)先的電路,確保第一個搶答信號鎖存位同時數(shù)碼顯示并拒絕后面搶答信號的干擾。CD4511內(nèi)部電路與VT、V

16、D13、VD14、R7、R8組成的控制電路可完成這一功能，當(dāng)搶答鍵都未按下時，因CD4511的BCD碼輸入端都有接地的電阻（10K），所以此時BCD碼輸入端為“0000”，則CD4511輸出端a、b、c、d、e、f均為高電平，g為低電平。通過對09這10個數(shù)的分析（見CD4511真值表）可以看到，只當(dāng)數(shù)字為“0”時，才出現(xiàn)d為高電平而g為低電平，這時VT導(dǎo)通,VD13、VD14的陰極均為低電平，使CD4511的第5腳，即LE端為低電平“0”，這種狀態(tài)下CD4511沒有鎖存而允許BCD碼輸入。在搶答準(zhǔn)備階段，主持人會按復(fù)位鍵，數(shù)顯為“0”態(tài)，正是這種情況下，搶答開始，當(dāng)SB1SB8任一鍵按下時，

17、CD4511輸出端d為低電平或輸出端g為高電平，這兩種狀態(tài)必有一個存在或都存在,迫使CD4511的LE端(第5腳),由“0”“1”反映搶答鍵信號的BCD碼允許輸入，并使CD4511的a、b、c、d、e、f、g七個輸出鎖存保持在IE為“0”時輸入的BCD碼之顯示狀態(tài)。例如SB鍵第一個按下，數(shù)碼管左顯示“1”，此時僅e、f為高電平,而d為低電平.此時三極管VT的基極亦為低電平，集電極為高電平,經(jīng)VD13加至CD4511的第一個BCD碼數(shù)據(jù)，被判定優(yōu)先而鎖存。所以數(shù)碼管顯示對應(yīng)SB1鍵送來的信號是1，SB1鍵之后的任一接鍵信號都不顯示。為了進(jìn)行下一題的任職答，主持人須先按下復(fù)位鍵SB9，清除鎖存器內(nèi)

18、的數(shù)值，數(shù)顯先是熄滅一下，再復(fù)“0”顯狀態(tài)。此后，若SB5鍵第一個按下，這時應(yīng)立即數(shù)顯“5”，與此同時CD4511的輸出端14腳g為高電平(10腳d為低電平,12腳h為低電平,VD13截止) ,并通過VD14使CD4511的第5腳為高電平，此時LE呈“0”“1”狀態(tài)，于是電路判定優(yōu)先鎖存，后邊接蹲而來的其它按鍵信號被封住，此電路一旦“優(yōu)先鎖存”后，任何搶答鍵均失去作用。2.2.4報警電路（1）NE555芯片引腳功能及應(yīng)用NE555為8腳時基集成電路， 各腳主要功能如圖2.12所示： 1地 GND 2觸發(fā) 圖2.113輸出 4復(fù)位 5控制電壓 6門限(閾值） 7放電 圖2.128電源電壓Vcc

19、NE555芯片引腳圖與電路內(nèi)部方框圖如圖2.13所示：圖2.13NE555芯片應(yīng)用十分廣泛，可裝如下幾種電路： .單穩(wěn)類電路 作用：定延時，消抖動，分（倍）頻，脈沖輸出，速率檢測等。 .雙穩(wěn)類電路 作用：比較器，鎖存器，反相器，方波輸出及整形等。 .無穩(wěn)類電路 作用：方波輸出 ，電源變換，音響報警，玩具，電控測量，定時等。下面是一個簡單的NE555電路應(yīng)用如圖2.14所示： 圖2.14圖2.15圖2.16（2）電路結(jié)構(gòu)搶答器的訊響電路由圖1.15多諧振蕩電路稍作改變成圖2.16的報警電路。此電路中RA=RB=10K，揚聲器（1/4W，8Q）通過100uF的電容器接在5551C的3腳與地（GND

20、）之間，C=0.1uF,而RA沒有直接接電源+Ucc,而是通過4只IN4148組成的二極管或門電路,4只二極管的陽極分別接CD4511的1、2、6、7引腳。任何搶答按鍵按下，訊響電路都能振蕩發(fā)出訊響聲。（3）電路的工作原理電路工作正常，當(dāng)選手按下?lián)尨疰I時，CD4511的1、2、6或7腳經(jīng)過4只IN4148二極管給NE555第四腳提供有效脈沖，NE555與其外圍電路共同構(gòu)成的振蕩電路起振，NE555第三腳輸出高低變化電平驅(qū)使蜂鳴器發(fā)出報警聲響。2.3制作與調(diào)試在此畢業(yè)設(shè)計制作過程中，用半個小時進(jìn)行排版，排版主要是讓電路結(jié)構(gòu)合理，元件整齊，也會減少跳線，這樣就會減少焊接時間。焊接是一項最重要的工序

21、,它不但要求將元件焊在電路板上，而且要求焊點無虛焊，焊接可靠，焊錫適當(dāng)、焊點表面無裂紋、無針孔夾渣、外表具有金屬光澤，表面平整成半弓形下凹，焊料與焊件交界處平滑過度，外形以焊點為中心，均勻、成裙形拉開。確保良好的導(dǎo)電性能?？刂坪附訒r間，能快就快，烙鐵頭應(yīng)修整窄一些使焊一個點時不會碰到相鄰的焊接點，焊接時間在保證潤濕的情況下，盡可能短，尤其是集成芯片，更能掌握好焊接時間，一般時間不能超過3秒。每做一個單元電路，都必須通電檢修，電路工作正常再做下一個部分，不要全部一起做，如果出現(xiàn)故障既浪費時間，所以在制作過程中要一步一步往下做，這樣成功率就很高，最主要認(rèn)識芯片牌子，現(xiàn)在有很多種芯片牌子不同，芯片參

22、數(shù)不同，它對CP脈沖很嚴(yán)格。焊接完畢后，在接通電源前，先用萬用表仔細(xì)檢查各管腳間是否有短路，虛焊、漏焊現(xiàn)象。檢查無誤后，先不要把各個集成塊插入芯片插座中，然后接通電源，用手觸摸橋碓,看看是否發(fā)熱,或者用萬用表測試其兩端的電壓是否在8V左右。如果發(fā)熱或者電壓為零則說明電路中有短路的現(xiàn)象，要立刻切斷電源，再做仔細(xì)的檢查，改正后再進(jìn)行同樣的測試，直到正常為止。再測試各個芯片的電壓是否正常，正常的話可以把各個集成塊芯片插入芯片插座中。 以上檢查無誤后,再進(jìn)行調(diào)試。首先按下復(fù)位鍵S9，用萬用表測試CD4511的第五引腳是否有低電平輸出，有的話說明電路連接正確；再測試第一腳是否是低電平，不是的話說明電路連

23、接有問題，要切斷電源檢查。如果沒有就再按下?lián)尨鸢粹oS1，用萬用表測試第七腳是不是有高電平，數(shù)碼管的顯示數(shù)字是否為“1”。不是的話再仔細(xì)地檢查電路中的連接。是的話就依次按下S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8觀察數(shù)碼管的顯示是否有變化，沒有變化說明CD4511內(nèi)部電路與VT、VD13、VD14、R7、R8組成的鎖存電路起到了閉鎖的作用。再看看蜂鳴器是否響。再按下S2，進(jìn)行與S1相同的操作。同理按下S3、S4、S5、S6、S7、S8進(jìn)行檢查。電路整體調(diào)試，這也是一個重要環(huán)節(jié)，我們可以通過制作順序一步一步往下調(diào)整，電源電路是用了LM317，由于其工作會發(fā)熱應(yīng)安裝在電路板邊沿，可調(diào)電阻器也要方便調(diào)節(jié)。待元件焊接好之后，再將變壓器的引線頭從電路板正面穿過板再在焊盤一面焊接在電路板上。電源電路制作好之后將變壓器的電源線插頭插入220V的交流電源插座上，電路板上的發(fā)光二極管發(fā)亮，表明電源接通。再用萬用表直流電壓檔接在電源輸出正、負(fù)端上，調(diào)節(jié)可變電阻器，用萬用表測電源輸出電壓使其為8V。在制作過程中，要注意安全，如果電路共地，那整個電路板帶電，為了安全起見最好不要共地，我們可以通其它電路控制，這樣就可以達(dá)到穩(wěn)定性好、安全性強等特點。第3章 設(shè)計總結(jié)及制作心得一、設(shè)計總結(jié)：此簡易數(shù)顯智力搶答器的設(shè)計通過實驗自己親手制作證實了其在實際中的運用的正確