人抢答器课程设计

1、 *电气工程学院 电子技术课程设计任务书设计题目：八人抢答器专 业： 自动化 学生姓名:*学 号:*起迄日期: 2012年11月2日2012年12月20日指导教师:*教研室主任：*目录第1章引言11.1关于4511型数码抢答器11.2选题的目的和意义11.3课题研究的内容1第2章系统概述12.1系统的主要功能简介12.2抢答器的工作过程2第3章抢答器的单元电路设计13.1抢答器设计中的数字编码电路33.2抢答器设计中的译码/优先/锁存电路53.3抢答器设计中的数码显示电路8第4章抢答器的电路设计图及工作原理14.1抢答器工作原理电路图14.2抢答器工作原理1第5章心得体会1附录（元件清单、pc

2、b图）1电子技术课程设计任务书1课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：一、课程设计内容 题目：8人抢答器要求：电源电压为DC 5V，利用按键控制抢答，数码管显示。注：可以采用74LS148、74LS279、74LS48作为控制器，LED数码管作为显示制作。二、课程设计要求1. 综合运用已学习过模拟电路和数字电路等知识，阅读相关集成电路芯片资料和相关文献，了解电子电路设计的有关知识，方法和特点，掌握基本的电子电路设计和芯片使用方法。2. 一人一题，所设计的电路必须制作成功，并且全部或者部分通过计算机仿真。课程设计必须自己独立完成，不得从网上下载，一经发现该课程成绩记零分。3

3、. 课程设计设计说明书（报告）应包括有：电路工作原理分析电路元器件参数设计计算电路调试说明电原理图和PCB图（必须自己画）元器件装配图（必须自己画）元器件清单自己的收获和体会 要求字数不得少于3500字要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel等软件绘制电原理图（SCH）、元器件布局图和印制电路板(PCB)。4. 所有的文档和表格必须采用Word形式。5. 同类型的设计题可以组成一个设计组，组员之间可以开展研究与讨论。雷同者均计0分。6. 阅读有关芯片英文参考资料，理解资料内容。7. 英文资料中的曲线、参数、方框图、引脚端封装等图（不包括电原理图和PCB图）可以直接采用（pdf文档中的图

4、可放大300倍后裁剪到Word文档中），图中的英文可以采用英文（中文）方式翻译在图下。8. 英文资料中的一些词，如果翻译拿不准，可以采用英文（中文）方式标注。9. 设计资料中的有关的公式可以直接采用。10. 课程设计结束，需要交制作的作品、文字稿和电子稿，采用Word文档形式。11. 成绩评定：按ABCDE分档，其中：优秀为A，良好为B，中等为C，及格为D，不及格为E。课程设计设计说明书占60%，实物制作占40%。2对课程设计成果的要求包括图表（或实物）等硬件要求：设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字不得少于3500字。要求图纸布局合理，符合工程要求，使

5、用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算依据。3主要参考文献：（1） 黄智伟全国大学生电子设计竞赛技能训练M北京：北京航空航天大学出版社，2007（2） 黄智伟全国大学生电子设计竞赛制作实训M北京：北京航空航天大学出版社，2007（3） 黄智伟全国大学生电子设计竞赛系统设计M北京：北京航空航天大学出版社，2006（4） 黄智伟全国大学生电子设计竞赛电路设计M北京：北京航空航天大学出版社，2006（5） 黄智伟全国大学生电子设计竞赛 常用电路模块制作M北京：北京航空航天大学出版社，2010（6） 黄智伟等.基于NI multisim的电子电路计算机仿真设计

6、与分析M北京：电子工业出版社，2007（7） 黄智伟.印制电路板（PCB）设计技术与实践M北京：电子工业出版社，2009（8） 高吉祥等.电子技术基础实验与课程设计M北京：电子工业出版社，2002（9） 吴运昌.模拟集成电路原理与应用M广州：华南理工大学出版社，2001年（10） 谭博学等. 集成电路原理及应用M北京：电子工业出版社，2003（11） 魏立军.CMOS 4000系列60种常用集成电路的应用M北京：人民邮电出版社，1993（12） 杨宝清.实用电路手册M北京：机械工业出版社.2002 （13） 陈有卿.报警集成电路和报警器制作实例M人民邮电出版社1996 （14） 肖景和.红外线

7、热释电与超声波遥控电路M人民邮电出版社.20034课程设计工作进度计划：序号起 迄 日 期工 作 内 容1. 资料查找和阅读2电路方案选择，电路设计和计算，电路仿真3材料购买，电路设计和PCB设计4PCB制作，电路元器件安装5作品调试6课程设计设计说明书写作主指导教师王彦日期： 2012年 10 月 29 日引言1.1关于4511型数显抢答器八路智能抢答器主要由数字优先编码电路、锁存/译码/驱动电路于一体的CD4511集成电路、数码显示电路和报警电路组成。优先编码电路、CD4511集成电路将参赛队的输入信号在数码显示管上输出，用报警电路对时间进行严格控制，这样就构成了八路智能抢答器电路。八路数

8、字抢答器电路包括抢答，编码，优先，锁存，数显，复位及抢答键。CD4511是一块含BCD-7段锁存、译码、驱动与一体的集成芯片，抢答器报警电路是由蜂鸣器构成，抢答器数码显示电路是由数码管组成。1.2 选题的目的和意义通过这次课程设计,让我了解到了八路智能抢答器的结构组成和工作原理，进一步巩固课程上学到的知识，同时培养自己动手能力，和发现问题，解决问题的能力。1.3 课题研究的内容八路智能抢答器是采用了CD4511集成芯片来实现功能要求的，在抢答过程中，每个选手都有一个抢答按钮。在主持人按下复位键宣布抢答开始的时候，选手就开始进行抢答，在指定时间内选手进行抢答，数码显示屏上会显示最先抢答选手的编号

9、。同时蜂鸣器发出声音。系统概述2.1 系统的主要功能简介 4511型八路数显抢答器的主要功能有如下三点：1. 可同时供8名选手参加比赛，其相应的编码分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应。2.给主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。3. 抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号。2.2 抢答器的工作过程1、开始上电之后，主持人按复位键，抢答开始。如有选手按下抢答键，报警电路会发出讯响声，并且数码显示电路上会显示成功抢答的选手的编号。2、

10、当有选手抢答成功之后，系统就进行了优先锁存，其他抢答选手抢答无效。3、如果主持人未按下复位键，而有人按了抢答按键，此次抢答无效，只有当主持人按下了复位键，选手才能进行顺利抢答。抢答器的单元电路设计3.1抢答器设计中的数字编码电路 如图1(数字编码电路)所示，S1S8组成18路抢答器，D1D12组成数字编码器。该电路完成的功能是：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的引脚可以看出，引脚6，2，1，7分别为BCD码的 D、C、B、A位（D这高位，A为低位，即D、C、B、A分别代表BCD码8、4、2、1位）。工作过程：当电路上电，主持人按下复位键，选手就

11、可以开始抢答。当选手1按下S1抢答键，高电平通过编码二极管D1加到CD4511集成芯片的7脚（A位），7脚为高电平，1、2、6脚保持低电平，此时CD4511输入BCD码为“0001”；当选手2按下S2抢答键，高电平通过编码二极管D2加到CD4511集成芯片的1脚（B位），1脚为高电平，2、6、7脚保持低电平，此时CD4511输入BCD码为“0010”；当选手3按下S3抢答键，高电平通过编码二极管D3、D4加到CD4511集成芯片的1、7脚（B、A位），1、7脚为高电平，2、6脚保持低电平，此时CD4511输入BCD码为“0011”；当选手4按下S4抢答键，高电平通过编码二极管D5加到CD451

12、1集成芯片的2脚（C位），2脚为高电平，1、6、7脚保持低电平，此时CD4511输入BCD码为“0100”；当选手5按下S5抢答键，高电平通过编码二极管D6、D7加到CD4511集成芯片的2、7脚（C、A位），2、7脚为高电平，1、6脚保持低电平，此时CD4511输入BCD码为“0101”； 当选手6按下S6抢答键，高电平通过编码二极管D8、D9加到CD4511集成芯片的1、2脚（B、C位），1、2脚为高电平，6、7脚保持低电平，此时CD4511输入BCD码为“0110”； 当选手7按下S7抢答键，高电平通过编码二极管D10、D11、D12加到CD4511集成芯片的1、2、7脚（B、C、A位）

13、，1、2、7脚为高电平，6脚保持低电平，此时CD4511输入BCD码为“0111”； 当选手8按下S8抢答键，高电平加到CD4511集成芯片的6脚（D位），6脚为高电平，1、2、7脚保持低电平，此时CD4511输入BCD码为“1000”。输入的BCD码就是键的号码，并自动地由 CD4511内部电路译码成十进制数在数码管上显示。3.2抢答器设计中的译码/优先/锁存电路CD4511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：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 CMOS B

14、CD锁存/7 段译码/驱动器，如图2（CD4511引脚图）所示：其中A、B、C、D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。ag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。其功能介绍如下：（1）BI：

15、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”。如果该端为低电平，则译码器输出全为高电平，该端拥有最高级别权限，只要它为0，既有上述现象，而与其余所有输入端状态无关。这一功能主要用于测试目的，因此正常使用中应接高电平。LE：5脚是锁定控制端。当BI、LT为1时，若该端为高电平，则加在A、B、C、D端的外部编码信息不能进入译码，所以译码器的输出状态保持不变；当LE=0时，则A、B、C、D端的BCD码一经改变，译码器就立即输

16、出新的译码值。A、B、C、D：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。（2）、译码驱动功能编码器实现了对开关信号的编码，并以BCD码的形式输出，为了将输出的BCD码能够显示出来，需要用译码显示电路，选择常用的七段译码显示驱动器CD4511作为译码电路。CD4511真值表如图3-2-4所示。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。（3）、锁存优先功能如图3（锁存优先功能电路图）所示，由于抢答器都是多路即须满足多位抢答者抢答要求，这就有一个先后判定的

17、锁存优先电路，确保第一个抢答信号锁存住。同时数码显示并拒绝后面抢答信号的干扰。CD4511内部电路与Q1，R7，R8，D17，D18组成的控制电路，可完成这一功能。当抢答键都未按下时，因为CD4511的BCD码输入端都有接地电阻（10K），所以BCD码的输入端为“0000”，则CD4511的输出端a、b、c、d、e、f均为高电平，g为低电平。通过对0-9这 10个数字的分析可以看到，只当数字为0时，才出现d为高电平，而g为低度电平，这时Q1导通，D17、D18的阳极均为低电平，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，

18、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S1-S8任一键按下时，CD4511的输出端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的第5脚（即LE端）由0到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LE为0时输入的BCD码的显示状态。例如S1按下，数码管应显示1，此时仅e、f为高电平，而d为低电平，此时三极管Q1的基极亦为低电平，集电极为高电平，经D17加至CD4511第5脚（即LE端），即LE由0-1状态，则在LE为“0”时输入给CD4511的第一个BCD码数据被判定优先而锁存，

19、所以数码管显示对应S1送来的信号是1，S1之后的任一按键信号都不显示。为了进行下一题的抢答，主持人需要按下复位键S9，清除锁存器内的数值，数显先是熄灭一下，再复显“0”状态，此后若S5键第一个按下，这时应立即显“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b为低电平，Q1截止，并通过D18使CD4511的第4脚为高电平，此时LE呈01状态，于是电路判定优先锁存，后边输入的其它按键信号被封住，可见电路“优先锁存”后，任何抢答键均失去作用。3.3抢答器设计中的数码显示电路由共阴式LED数码管的组成的数码显示电路原理图如图4(数码显示管原理图)所示：以及图5（共阴极数

20、码管显示字段码），使用时，共阴极接地，7个阳极ag由相应的BCD七段译码器来驱动。数码管接0.5寸共阴数码管。4.2抢答器的工作原理 如图6（抢答器电路设计图）所示： S1-S8组成1-8路抢答键，D1-D12组成数字编码器，任一抢答案键按下，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的引脚可以看出，引脚6，2，1，7分别为BCD码的D，C，B，A位（D这高位，A为低位，即D，C，B，A分别代表BCD码8，4，2，1位）。设S8键按下，高电平加到CD4511的6脚，而2，1，7脚保持低电平，此时CD4511输入BCD码这“1000”。又如设S5键按下

21、，此时高电平通过两只二极管D6，D7加到CD4511的2脚与7脚，而6，1脚保持低电平。此时CD4511输入的BCD码是“0101”依此类推，按下第几号抢管键，输入的BCD码就是键的号码并自动地由CD4511内部电路译码成十进制数在数码管上显示。由于抢答器都是多路即须满足多位抢答者抢答要求，这就有一个先后判定的锁存优先电路，确保第一个抢答信号锁存住,同时数码显示并拒绝后面抢答信号的干扰。CD4511内部电路与Q1，R7，R8，D17，D18组成的控制电路可完成这一功能，当抢答键都未按下时，因为CD4511的BCD码输入端都有接电阻，所以BCD码的输入端为“0000”.则CD4511的输出端a,

22、b,c,d,e,f均为高电平，g为低电平。通过对0-9这10个数字的分析（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为低度电平,这时Q1导通,D17,D18的阳极均为低电平,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S1-S8任一键按下时,CD4511的输出端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到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

23、,g七个输出锁存保持在LE为0时输入的BCD码之显示状态.例如S1按下,数码管应显示1,此时仅e,f为高电平,而d为低电平.此时三极管Q1的基极亦为低电平,集电极为高电平.经D13加至CD4511第5脚,即LE由0-1状态.则在LE为”0”时输入给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S1送来的信号是1,S1之后的任一按键信号都不显示.为了进行下一题的抢答,主持人顺先按下复位键S9,清除锁存器内的数值,数显先是熄灭一下,再复”0”显状态,此后若S5键第一个按下,这时应立即显”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b为低电平,Q1截止),并通过D14使CD4511的第4脚为高电平.此时LE呈”0”“1”状态,于是电路判