八路数显智力抢答器毕业论文—正文部分

1、江西渝州科技职业学院应用电子专业专科毕业论文目 录第1章 引言11.1设计目的11.2设计的任务及要求11.3设计方案2第2章 设计原理32.1八路数显智力抢答器总体框图32.2电路的构成及功能32.2.1八路数显智力抢答器电路原理图32.2.2电源电路42.2.3八路数显智力抢答器核心电路52.2.4报警电路112.3制作与调试14第3章 设计总结及制作心得16参考文献17第1章 引言随着当今社会的发展，智力竞赛之类的活动愈加频繁，越来越被多数人喜爱和娱乐，像许多电视多挡智力竞赛节目都拥有大批的忠实观众。现在的许多工厂、学校等单位也常常举办类似的智力竞赛活动，智力竞赛是一种生动活泼的教育形式

2、和方法,通过抢答和必答两种方式能引起参赛者和观众的极大兴趣,并且能在极短的时间内,使人们增加一些科学知识和生活常识。然而智力竞赛抢答器是必要设备。在有些地方举行的各种智力竞赛游戏中我们经常看到有抢答的环节，举办方大多数采用让选手通过举答题板的方法或举手方式判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误判造成比赛的不公平。因此为解决这一问题特选择此毕业设计用数模电制作一个低成本实用但又能满足学校等单位需要的八路数显智力抢答器。 智力竞赛抢答器的电路有各种各样的,有的很简单,也有比较复杂的,比如用发光二极管或用双向晶闸管控制的灯泡指示抢答组别的电路可以做的很简单,如果用数字显示抢答组别,电路

3、会相对复杂一些。现在的抢答器形式又有了新的变化,比如用单片机控制的,还有八路数显,有的还有时间的控制和成绩计分显示等。本人此次设计就是用数字显示抢答器组别的数显智力抢答器。1.1设计目的结合所学的数字电子技术，模拟电子技术进行电路课程设计。通过设计八路数显智力抢答器，进一步掌握数电模电等理论基础知识的运用技巧特别是对一些芯片功能的了解。同时在设计过程中增强实际的动手能力，思维能力为以后有关电路设计积累经验教训。1.2设计的任务及要求（1）任务：设计一个供8名选手参加的八路数显智力抢答器。（2）要求：a、电路应具有八路抢答功能，可以同时供8名选手参加比赛分别用8个按钮S1S8表示。b、设计一个复

4、位清零电路，复位按钮由主持人控制。c、抢答器应具有编码译码、驱动、显示、复位和报警功能。即当开始抢答按动按钮，电路锁存相应选手的编码，同时LED数码管把选手号码显示出来报警声响。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按复位键清零为止。1.3设计方案方案一: 应用计算机,单片机组成抢答器。由于计算机,单片机具有智能化,组成的抢答器具有智能化、性能好、以及可编程控制等优点。但是成本过高,用于我们的毕业设计显得有点“力不从心”,不宜采用。方案二: 自行设计抢答器。自行设计制作的抢答器针对性强,并且还可以兼顾实用性,可靠性以及经济成本的合理性。适当的时候还可以发挥个人的设计思路,在设

5、计中改进,在改进中设计。针对我们毕业设计课题,采用自行设计的方法还可以检查我们所学知识的掌握能力,锻炼我们的动手能力。综上分析,我们采用专用集成电路形式自行设计方案来完成这次的毕业课题设计任务。第2章 设计原理2.1八路数显智力抢答器总体框图如图2.1所示为该抢答器总体框图，其工作原理为：接通电源后，主持人将该抢答器工作开关打开，电路进入工作状态，此时数码管显示为“0”，当主持人宣布开始选手在进行抢答时，抢答器完成编码、优先判断、锁存、驱动、编码显示、蜂鸣器提示。当一轮抢答之后，如果要再次抢答必须由主持人按下复位键进行复位清零之后才可进行下一轮抢答。图2.12.2电路的构成及功能2.2.1八路

6、数显智力抢答器电路原理图如图2.2所示为八路数显智力抢答器的电路原理图，此电路主要由抢答器核心电路，电源电路，报警电路组成。图2.22.2.2电源电路如图2.3所示为电源电路电路图图2.3此电源电路采用变压器降压、二极管整流、电容滤波、LM317稳压输出，利用绿色发光二极管指示电源工作状态，电路原理图如图2.3所示。220V市电经220V/12V变压器降压，二极管桥式整流，电容C2和C1滤波后送入LM317的第3脚（输入端），C2选用470uf的电解电容；滤除高频纹波。第2脚输出稳定的直流电压。第1脚为调整端，调整端与输出端之间的电压为1.25V的基准电压。为了保证稳压器的输出性能，R2为20

7、0的电阻。为了使输出电压可调，调整端与地之间接可变电阻器R1,改变R1的阻值便可以改变输出电压。此电路要求输出电压为8V，选用R1的选用5K的电阻即可。C3、C4是为了进一步改善输出电压的纹波。D2，D3是保护二极管，若输入端发生短路，C4的放电电流会反向流经LM317有可能导致其击穿损坏。D2的接入可旁路反向冲击电流，使LM317得到保护。同理若输出端短路，C5上的放电电流被D3短路起保护作用。通过绿色发光二极管LED指示电源的工作状态，R3为D4的限流电阻，取值为510，流过D4的电流约为10mA，发光二极管的正常工作电流为10mA。2.2.3八路数显智力抢答器核心电路（1）电路结构图2.

8、4为该抢答器的核心部分电路图，包括抢答、编码、优先、锁存、数显及复位等电路。所用的元器件除集成电路CD4511，还有14只IN4148二极管，一只9013(NPN)三极管，15只1/8W的碳膜电阻器，9只小型按钮开关，SB1SB8为抢答键，SB9为复位键，LED数码管为0.5英寸的共阴极管，电阻器R9R15为限流电阻。此电路测试可将68V的直流电压单独引入至该电路进行测试。（2）芯片介绍a.CD4511引脚图及功能:CD4511显示译码器是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点如下：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

9、的拉电流。可直接驱动LED显示器。用CD4511实现LED与接口方法如图2.5所示： 图2.5    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

10、，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。    CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。b. CD4511的引脚 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2.6所示。 各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示A、B、C、

11、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。 c. CD4511的工作原理.CD4511的工作真值表如下表：输        入输        出LEBILIDCBAabcdefg显示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐01100001111110001

12、100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐01110110000000消隐01111000000000消隐01111010000000消隐01111100000000消隐0111111000000消隐111XXXX锁       存 锁存CD4511的真值表.锁存功能 译码器的锁存电

13、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2.7所示：.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、四项，然后将输入的数据A、D一起用或非门译码。 .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2.8所示。 消隐输出J的电平为 J= =（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，

14、从而使显示器中的字形消隐。8421 BCD 码对应的显示见图2.9所示:          图2.9选用共阴极数码管，对于 CD4511 ，它与数码管的基本连接方式如图2.10、图2.11所示： 图2.10图2.11（3）电路的工作原理SB1SB8组成18路抢答键，D1D12组成数字编码器，任一抢答键按下，都须通过编码二极管编成BCD码，将高电平加到CD4511所对应的输入端。从CD4511的引脚图可看出，引脚6、2、1、7分别为BCD码的D、C、B、A位（D为高电位，A为低电位，即D、C、B、A分别代表

15、BCD码8、4、2、1位）。设SB8键按下，则高电平仅通过1只二极管加到CD4511的6脚，而2、1、7脚，保持低电平，此时CD4511输出BCD码为“1000”。又如有SB5键按下，此时高电平便通过2只二极管加到CD4511的2脚与7脚，而6、1脚保持低电平，此时CD4511输入BCD码是“0101”。依次此类推，按下第几号抢答键，输入的BCD码就是键的号码并自动地由CD4511内部电路译码为十进制数在数码管上显示。由于抢答器都是多路即满足满足多位参赛者抢答的要求,这就有一个先后判定的锁存优先的电路,确保第一个抢答信号锁存位同时数码显示并拒绝后面抢答信号的干扰。CD4511内部电路与VT、V

16、D13、VD14、R7、R8组成的控制电路可完成这一功能，当抢答键都未按下时，因CD4511的BCD码输入端都有接地的电阻（10K），所以此时BCD码输入端为“0000”，则CD4511输出端a、b、c、d、e、f均为高电平，g为低电平。通过对09这10个数的分析（见CD4511真值表）可以看到，只当数字为“0”时，才出现d为高电平而g为低电平，这时VT导通,VD13、VD14的阴极均为低电平，使CD4511的第5脚，即LE端为低电平“0”，这种状态下CD4511没有锁存而允许BCD码输入。在抢答准备阶段，主持人会按复位键，数显为“0”态，正是这种情况下，抢答开始，当SB1SB8任一键按下时，

17、CD4511输出端d为低电平或输出端g为高电平，这两种状态必有一个存在或都存在,迫使CD4511的LE端(第5脚),由“0”“1”反映抢答键信号的BCD码允许输入，并使CD4511的a、b、c、d、e、f、g七个输出锁存保持在IE为“0”时输入的BCD码之显示状态。例如SB键第一个按下，数码管左显示“1”，此时仅e、f为高电平,而d为低电平.此时三极管VT的基极亦为低电平，集电极为高电平,经VD13加至CD4511的第一个BCD码数据，被判定优先而锁存。所以数码管显示对应SB1键送来的信号是1，SB1键之后的任一接键信号都不显示。为了进行下一题的任职答，主持人须先按下复位键SB9，清除锁存器内

18、的数值，数显先是熄灭一下，再复“0”显状态。此后，若SB5键第一个按下，这时应立即数显“5”，与此同时CD4511的输出端14脚g为高电平(10脚d为低电平,12脚h为低电平,VD13截止) ,并通过VD14使CD4511的第5脚为高电平，此时LE呈“0”“1”状态，于是电路判定优先锁存，后边接蹲而来的其它按键信号被封住，此电路一旦“优先锁存”后，任何抢答键均失去作用。2.2.4报警电路（1）NE555芯片引脚功能及应用NE555为8脚时基集成电路， 各脚主要功能如图2.12所示： 1地 GND 2触发 图2.113输出 4复位 5控制电压 6门限(阈值） 7放电 图2.128电源电压Vcc

19、NE555芯片引脚图与电路内部方框图如图2.13所示：图2.13NE555芯片应用十分广泛，可装如下几种电路： .单稳类电路 作用：定延时，消抖动，分（倍）频，脉冲输出，速率检测等。 .双稳类电路 作用：比较器，锁存器，反相器，方波输出及整形等。 .无稳类电路 作用：方波输出 ，电源变换，音响报警，玩具，电控测量，定时等。下面是一个简单的NE555电路应用如图2.14所示： 图2.14图2.15图2.16（2）电路结构抢答器的讯响电路由图1.15多谐振荡电路稍作改变成图2.16的报警电路。此电路中RA=RB=10K，扬声器（1/4W，8Q）通过100uF的电容器接在5551C的3脚与地（GND

20、）之间，C=0.1uF,而RA没有直接接电源+Ucc,而是通过4只IN4148组成的二极管或门电路,4只二极管的阳极分别接CD4511的1、2、6、7引脚。任何抢答按键按下，讯响电路都能振荡发出讯响声。（3）电路的工作原理电路工作正常，当选手按下抢答键时，CD4511的1、2、6或7脚经过4只IN4148二极管给NE555第四脚提供有效脉冲，NE555与其外围电路共同构成的振荡电路起振，NE555第三脚输出高低变化电平驱使蜂鸣器发出报警声响。2.3制作与调试在此毕业设计制作过程中，用半个小时进行排版，排版主要是让电路结构合理，元件整齐，也会减少跳线，这样就会减少焊接时间。焊接是一项最重要的工序

21、,它不但要求将元件焊在电路板上，而且要求焊点无虚焊，焊接可靠，焊锡适当、焊点表面无裂纹、无针孔夹渣、外表具有金属光泽，表面平整成半弓形下凹，焊料与焊件交界处平滑过度，外形以焊点为中心，均匀、成裙形拉开。确保良好的导电性能。控制焊接时间，能快就快，烙铁头应修整窄一些使焊一个点时不会碰到相邻的焊接点，焊接时间在保证润湿的情况下，尽可能短，尤其是集成芯片，更能掌握好焊接时间，一般时间不能超过3秒。每做一个单元电路，都必须通电检修，电路工作正常再做下一个部分，不要全部一起做，如果出现故障既浪费时间，所以在制作过程中要一步一步往下做，这样成功率就很高，最主要认识芯片牌子，现在有很多种芯片牌子不同，芯片参

22、数不同，它对CP脉冲很严格。焊接完毕后，在接通电源前，先用万用表仔细检查各管脚间是否有短路，虚焊、漏焊现象。检查无误后，先不要把各个集成块插入芯片插座中，然后接通电源，用手触摸桥碓,看看是否发热,或者用万用表测试其两端的电压是否在8V左右。如果发热或者电压为零则说明电路中有短路的现象，要立刻切断电源，再做仔细的检查，改正后再进行同样的测试，直到正常为止。再测试各个芯片的电压是否正常，正常的话可以把各个集成块芯片插入芯片插座中。 以上检查无误后,再进行调试。首先按下复位键S9，用万用表测试CD4511的第五引脚是否有低电平输出，有的话说明电路连接正确；再测试第一脚是否是低电平，不是的话说明电路连

23、接有问题，要切断电源检查。如果没有就再按下抢答按钮S1，用万用表测试第七脚是不是有高电平，数码管的显示数字是否为“1”。不是的话再仔细地检查电路中的连接。是的话就依次按下S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8观察数码管的显示是否有变化，没有变化说明CD4511内部电路与VT、VD13、VD14、R7、R8组成的锁存电路起到了闭锁的作用。再看看蜂鸣器是否响。再按下S2，进行与S1相同的操作。同理按下S3、S4、S5、S6、S7、S8进行检查。电路整体调试，这也是一个重要环节，我们可以通过制作顺序一步一步往下调整，电源电路是用了LM317，由于其工作会发热应安装在电路板边沿，可调电阻器也要方便调节。待元件焊接好之后，再将变压器的引线头从电路板正面穿过板再在焊盘一面焊接在电路板上。电源电路制作好之后将变压器的电源线插头插入220V的交流电源插座上，电路板上的发光二极管发亮，表明电源接通。再用万用表直流电压档接在电源输出正、负端上，调节可变电阻器，用万用表测电源输出电压使其为8V。在制作过程中，要注意安全，如果电路共地，那整个电路板带电，为了安全起见最好不要共地，我们可以通其它电路控制，这样就可以达到稳定性好、安全性强等特点。第3章 设计总结及制作心得一、设计总结：此简易数显智力抢答器的设计通过实验自己亲手制作证实了其在实际中的运用的正确