河北工程大學(xué)電子技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計CD4511八路搶答器

科信學(xué)院電子技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計〔三級〕工程設(shè)計說明書〔2015/2016學(xué)年第二學(xué)期〕題目：CD4511八路搶答器專業(yè)班級：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：設(shè)計周數(shù)： 2周設(shè)計成績：2016年6月24日1設(shè)計目的本課程設(shè)計是《電子線路非線性局部》與《數(shù)字模擬電路》的實踐課程，其主要目的是使學(xué)生在熟悉集成電路、半導(dǎo)體器件、門電路原理和集成電路分析與設(shè)計根底上，訓(xùn)練綜合運用已掌握的知識，利用相關(guān)軟件〔如protel99se〕，初步熟悉和掌握集成電路芯片。2設(shè)計原理電路原理介紹八路數(shù)字搶答器電路包括搶答，編碼，優(yōu)先，鎖存，數(shù)顯，復(fù)位及搶答鍵。搶答器數(shù)字優(yōu)先編碼電路由D1-D12組成，實現(xiàn)數(shù)字的編碼。CD4511是一塊含BCD-7段鎖存/譯碼/驅(qū)動電路于一體的集成電路。搶答器報警電路由NE555接成音多諧振蕩器構(gòu)成。搶答器數(shù)碼顯示電路由數(shù)碼管組成，輸入的BCD碼自動地由CD4511內(nèi)部電路譯碼成十進(jìn)制數(shù)在數(shù)碼管上顯示。系統(tǒng)的主要功能簡介4511型八路數(shù)顯搶答器的主要功能有如下三點：1.有9個按鈕，其相應(yīng)的編號分別是1、2、3、4、5、6、7、8、9，1到8按鈕是搶答按鈕。2.9號按鈕用來控制系統(tǒng)的清零和搶答的開始。3.搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，假設(shè)按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示所按的編號。2.1單元電路設(shè)計2.1.1CD4511的工作原理CD4511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：具有消隱和鎖存控制、BCD—七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路，能提供較大的拉電流，可直接驅(qū)動LED顯示器。CD4511的引腳圖，如圖1，邏輯符號如圖2圖1圖2功能如下：a.ABCD為8421BCD碼輸入端，高電平下有效；b.a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效，可驅(qū)動共陰LED數(shù)碼管。c.〔3腳〕：測試輸入端。該端擁有最高級別權(quán)限，與其余所有輸入端狀態(tài)無關(guān)，只要=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”。這一功能主要用于測試目的，因此正常使用中應(yīng)接高電平。d.〔4腳〕：消隱輸入控制端。當(dāng)=1，=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)，不顯示任何數(shù)字。e.LE〔5腳〕：鎖定控制端。當(dāng)=1，=1時，假設(shè)該端LE=1，那么加在A、B、C、D端的外部編碼信息不再進(jìn)入譯碼，所以CD4511的輸出狀態(tài)保持不變；當(dāng)LE=0時，那么A、B、C、D端的BCD碼一經(jīng)改變，譯碼器就立即輸出新的譯碼值。ND4511真值表如下列圖3：圖3鎖存優(yōu)先功能CD4511內(nèi)部電路與Q1，R7，R8，D13，D14組成的控制電路〔見圖4，圖5〕可完成鎖存優(yōu)先電路的功能，當(dāng)?shù)谝粋€搶答信號到達(dá)時，鎖存住第一個搶答信號，顯示相應(yīng)數(shù)碼并拒絕后面搶答信號的輸入干擾。圖4 圖5通過對0-8這9個數(shù)字的分析〔圖5〕可以看到，A.只當(dāng)數(shù)字為0時，才出現(xiàn)d為高電平，而g為低度電平，因此選擇g作為鎖存信號，經(jīng)D13加到CD4511的LE端，這時Q1導(dǎo)通，D13、D14的陽極均為低電平，使LE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)；B.正是這種情況下，搶答開始，當(dāng)S1-S8任一鍵按下時，CD4511的輸出端根據(jù)按下?lián)尨鸢存I的不同a--g輸出不同的上下電平，通過g經(jīng)D13反應(yīng)LE端可以實現(xiàn)對2、3、4、5、6、8的鎖存，但是1和7由于此時g為低電平，無法鎖存，因此在選取b或c作為第二鎖存信號；C.在利用b或c作為第二鎖存信號后，顯示0是也將鎖存，真是不允許的，經(jīng)過對上表的分析，選取顯示1、7為低電平，而顯示0為高電平的d或e、f作為第二鎖存信號的控制信號，b接Q1的集電極，d接Q1的基極。當(dāng)顯示1、7時，b為高電平，d為低電平，Q1截止，d經(jīng)D14送LE鎖存；當(dāng)顯示0時b、d均為高電平，Q1飽和導(dǎo)通，D14的陽極為低電平，無法鎖存。2.1.2數(shù)碼顯示電路共陰式LED數(shù)碼管的原理圖〔圖6〕，使用時，共陰極接地，7個陽極a--g由相應(yīng)的BCD七段譯碼器來驅(qū)動。數(shù)碼管字段碼如圖7圖7 圖6當(dāng)傳入的字段碼是1是，對應(yīng)的管子亮2.1.3報警電路圖8報警電路原理圖如圖8，搶答器報警電路由NE555接成多諧振蕩器，揚聲器通過C3在NE555的3腳與地之間。R16=R17=10K，C1=103,R16通過四只1N4148組成二極管接CD4511的1，2，6，7腳，用來輸入BCD碼，任何搶答按鍵按下，報警電路都能振蕩發(fā)出聲音。NE555的振蕩器的工作原理圖如圖9A.接通電源Vcc后Uc=0V，這個時候，U6<VCC2/3，U2<VCC1/3，NE555內(nèi)根本RS觸發(fā)器被置1，輸出U0為高電平，電路處于第一暫穩(wěn)態(tài)，Vcc經(jīng)電阻R1和R2對電容C充電，其電壓Uc由0增大；圖9B.當(dāng)UC>=VCC2/3時，U6>VCC2/3，UTR>VCC1/3，NE555內(nèi)根本RS觸發(fā)器被置0，輸出U0變?yōu)榈碗娖?，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)，于此同時，管腳3處的放電管V導(dǎo)通，電容C經(jīng)電阻R2和V放電。圖9C.隨著電容C的放電UC隨之下降。當(dāng)UC<=VCC1/3時，那么U6<VCC2/3，U2<=VCC1/3，根本RS觸發(fā)器被置為1，輸出U0由低電平躍到高電平。同時放電管V截止，電源Vcc又經(jīng)過R1和R2對電容C充電。電路又回到第一暫穩(wěn)態(tài)。因此，電容C上的電壓UC在Vcc2/3和Vcc1/3之間來回充電和放電，從而使電路產(chǎn)生振蕩，輸出脈沖。2.2搶答器工作原理圖10圖102.2.1搶答器的工作原理圖如圖10，PCB板圖如圖11圖11圖112.2.2搶答器工作原理(1)搶答器訊響電路由NE555接成音多諧振蕩器，四只二極管的陽極分別接CD4511的1，2，6，7腳，任何搶答按鍵按下，訊響電路都能振蕩發(fā)出訊響聲。(2)S1-S8組成1-8路搶答鍵，D1-D12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的引腳可以看出，引腳6，2，1，7分別為BCD碼的D，C，B，A位〔D，C，B，A分別代表BCD碼8，4，2，1位〕。如設(shè)S5鍵按下，此時高電平通過兩只二極管D6，D7加到CD4511的2腳與7腳，而6，1腳保持低電平。此時CD4511輸入的BCD碼是“0101”依此類推，按下第幾號搶管鍵，輸入的BCD碼就是鍵的號碼并自動地由CD4511內(nèi)部電路譯碼成十進(jìn)制數(shù)在數(shù)碼管上顯示。(3)由于搶答器要滿足多位搶答者搶答要求，所有有一個鎖存優(yōu)先電路，確保第一個搶答信號鎖存住,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Q1，R7，R8，D13，D14組成的控制電路可完成這一功能，當(dāng)搶答鍵都未按下時，因為CD4511的BCD碼輸入端都有接地電阻〔10K〕，所以BCD碼的輸入端為“0000”。那么CD4511的輸出端a,b,c,d,e,f均為高電平，g為低電平。當(dāng)S1按下，數(shù)碼管應(yīng)顯示1，此時僅e，f為高電平，而d為低電平。此時三極管Q1的基極亦為低電平，集電極為高電平。經(jīng)D13加至CD4511第5腳，即LE由0-1狀態(tài)。那么在LE為”0”時輸入給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)S1送來的信號是1，S1之后的任一按鍵信號都不顯示其他按鍵以此類推。需要進(jìn)行下一題的搶答,那么按下復(fù)位鍵S9，去除鎖存器內(nèi)的數(shù)值，數(shù)顯先是熄滅一下，再復(fù)”0”顯狀態(tài)，此后假設(shè)S5鍵第一個按下，這時應(yīng)立即顯”5”。與此同時CD4511的輸出端14腳g為高電平(10腳d為高電平，12腳b為低電平，Q1截止)，并通過D14使CD4511的第4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。后邊進(jìn)來的其它按鍵信號被封住，任何搶答鍵均失去作用。3總結(jié)通過這次課程設(shè)計知道了理論與實際的差異，在理論上可以運行的東西到實際時要考慮的東西有很多，電路焊接要認(rèn)真，元器件排列盡量整齊，杜絕虛焊，電路焊接時要注意用電平安，電烙鐵通電時間長，發(fā)熱大，要注意放置位置，不要被燙到身體。通過這次課程設(shè)計，不僅對于電子線路技術(shù)及數(shù)字模擬電路有了新的認(rèn)識，對電子電路的專業(yè)知識得到了很大的提高，加深了理論與實際之間的聯(lián)系，同時學(xué)習(xí)到了書本上沒有的知識。并且通過這次設(shè)計，我也發(fā)現(xiàn)自己的很多缺乏之處。在設(shè)計過程中我發(fā)現(xiàn)自己考慮問題很不全面，自己的專業(yè)知識掌握的很不牢固，所掌握的電路應(yīng)用軟件還不夠多，我希望自己的這些缺乏之處能在今后的工作和學(xué)習(xí)中得到改善。而且，通過這次設(shè)計，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，學(xué)會了堅持和努力，這將為以后的學(xué)習(xí)做出了最好的典范！我將會在以后的學(xué)習(xí)和生活中不斷提升自己。4參考文獻(xiàn)楊