数电课程设计报告电信类八路抢答器.docx

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数电课程设计报告电信类八路抢答器

数字电子技术课程设计

—八人智力竞赛抢答器

学号：

***********

姓名：

*****

专业班级：

电子信息工程0903班

指导老师：

***

所在院系：

电气工程与自动化学院

2011年12月２２日

目录

内容摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１

第一章　总体设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１

１．１　设计背景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１

１．２　设计任务．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１

１．３　设计方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１

１．４　设计思路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１

１．５　工作原理流程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２

第二章　单元电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．..２

　２．１　抢答编码电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．..２

　２．２　译码显示电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．..３

２．３　锁存控制电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．..４

２．４　报警电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．..６

第三章　电路仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６

　３．１　电路工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

　３．２　电路仿真测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

　３．３　原器件清单．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8

第四章　电路焊接与调试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

　４．１　焊接．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

４．２　调试中出现的问题及解决办法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9.

４．３电路的优缺点.....................................10

第五章　心得体会．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.10

参考文献　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

内容摘要：

译码显示报警清零

第一章　　　总体设计

１．１　　设计背景：

在现代社会中，智力竞赛是一种生动的教育方式，而抢答就是智力竞赛中很常见的一种方式，抢答能激起参赛者和选手的极大兴趣，但是，这其中存在一个问题，就是如何判断谁先抢答，如果仅凭主持人的主观判断，很容易出现错误，所以设计一种电子智力抢答器很有必要。

１．２　　设计任务：

3

（１）在约5V直流电源电压下设计一个可以容纳八组参赛者的抢答器，每组设置四个抢答按钮供参赛者使用，分别用J1—J8表示。

（２）设置一个系统清零和抢答控制开关K（该开关由主持人控制），当开关K被按下时抢答开始，打开后抢答电路清零。

（３）抢答电路具有第一个抢答信号的鉴别、锁存和显示功能。

即任意一个选手按下开关时，锁存相应的编号，并在数码管中显示，同时蜂鸣器发出声响，而其后其他选手再按下开关都无效。

１．３　　设计方案：

智力抢答器包括控制电路、抢答编码电路、译码电路、锁存电路、显示电路、报警电路。

控制电路、编码译码电路用于完成抢答信号的识别、判断；

显示和报警电路用于显示选手编号并发出声响提醒；

锁存电路用于锁存第一个抢答信号的并使其他抢答信号无效；

控制电路用于系统开始和清零。

1．４　　设计思路：

（１）抢答器供8名选手比赛，分别用8个按钮Ｊ１~Ｊ８表示。

这个功能只需要通过管脚分配把按钮分配到实验版上，让每个选手拨动开关后产生相应的信号就可以了。

不同的选手拨动按钮发出信号通过ＣＤ４５１１进行编码，编码后输出信号进行下一步的译码和锁存。

（２）抢答器具有锁存与显示功能。

即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

ＣＤ４５１１具有锁存功能，可以在一个选手按下按钮后进行锁存，其他的选手不能在抢答。

（３）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。

在这里首先通过管脚分配把开关分配到相应一个拨动开关，这个就是开关Ｋ。

该开关联系到一个相应的线路，这个线路通过与非门连接其他信号，从而达到清零的功能。

１．５　　工作原理流程图：

图1．１：

microsoftvisio2003绘制的抢答器工作原理流程图

第二章　　单元电路设计：

　２．１抢答编码电路

J1—J8组成8路抢答键，任一抢答键将高电平加到ＣＤ４５１１的DA、DB、DC、DD4个BCD码输入端。

要在数码管上显示十进制编号：

“1”“2”“3”“4”“5”“6”“7”“8”，所对应的输入BCD码应为“0001”“0010”“0011”“0100”“0101”“0110”“0111”“1000”,4个二进制位从左至右分别对应CD4511的DCBA4个变码输入端；显示1、2、4、8时，只需通过按键接通电源将高电平加到相应端口即可。

显示3则必须同时在A、B端口接高电平，显示5则必须同时在A、C端口接高电平这可以通过编码二极管来实现，显示6则必须同时在B、C端口接高电平，显示7则必须同时在A、B、C端口接高电平，J1、J2、J4、J8按键同时接在1个二极管（1N4148）正极，二极管负极分别接在CD4511的A、B、C、D端口，并加接10KΩ电阻，以免二极管被击穿，J3、J5、J6、J7分别接2、2、2、3个二极管（1N4148）正极，作整流开关二极管用，连接电路如下图

图２．１：

四路抢答器编码、译码、显示电路

２．２译码数显电路

由于需要LED数码管显示抢答的相应编号，因此选用常见的ＢＣＤ——七段锁存／译码／驱动集成电路ＣＤ４５１１，

图２．２　ＣＤ４５１１管脚图

A·B·C·D为BCD码输入端，a\b\c\d\e\f\g为译码输出端，输出高电平有效，用来驱动共阴极LED数码管。

LT为测试输入端，输入低电平有效，LT=“0”时，译码输出全为1。

BI为消隐输入端，BI“0”时，译码输出全为0。

LE为锁存端，LE=1时译码器处于锁存状态，译码输出保持在LE=0时的数值。

其工作的逻辑真值表如下表

输　　　入

输　　　　　出

LE

BI

LT

D

C

B

A

a

b

c

d

e

f

g

显示

※

※

0

※

※

※

※

1

1

1

1

1

1

1

8

※

0

1

※

※

※

※

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

1

0

0

0

0

1

0

1

1

0

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

2

0

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

1

3

0

1

1

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

4

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

1

5

0

1

1

0

1

1

0

0

0

1

1

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1

1

6

0

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0

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1

1

1

1

1

0

0

0

0

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0

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1

1

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1

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1

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9

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0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

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1

0

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0

0

0

0

0

消隐

0

1

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0

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0

0

0

消隐

0

1

1

1

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1

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0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

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1

1

0

0

0

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0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

消隐

1

1

1

※

※

※

※

锁存

锁存

表２．1：

CD4511逻辑功能真值表

将CD4511的七段译码输出端分别与数码管的七个端口相连，由于CD4511输出端电压约为5V，而数码管的导通电压和开门电流分别为1.66V和5mA，所以CD4511与数码管之间需要连接限流电阻。

R=（5-1.66）/（

0.005）=668Ω,限流电阻需小于这个阻值，这里取300Ω连接后的译码、数显电路如吓图：

图2．３：

八路抢答器译码、数显电路

２．３　　锁存、控制电路

控制电路用来实现允许抢答和清零复位的功能，由一个开关K连入电路实现。

分析CD4511的逻辑真值表可知，CD4511的端口LT只有加高电平有效，因此连接在电源上。

端口BI也是高电平有效，低电平时数码管熄灭，可以利用这个特性，将端口BI通过开关接在电源负极上，接通电源时抢答开始，断开时清零复位。

由于抢答器都是多路即满足多位参赛着抢答的要求，这就有一个先后判断的锁存优先的电路，确保第一个抢答信号锁存住同时数码显示并阻止后面抢答信号的干扰。

分析CD4511的逻辑真值表可知，只需CD4511的端口LE加高电平就能实现这一功能。

当主持人按下开关后，数码管显示为“0”，LE端口应为低电平，只有当第一个抢答键按下时，数码管显示相应的编号，同时给LE一个高电平，锁存此时的编号，所以可设计一个反馈将ＬＥ置１，可以将ＣＤ４５１１的输出信号作为一个反馈信号输入到ＬＥ，观察ＣＤ４５１１的输出端逻辑真值表可得，选用ｂ＼ｄ＼ｇ作为反馈端比较合适，因为在显示时这三个端子的输出信号不会同时为０，所以选用其作为反馈，在显示至少有一个信号反馈到ＬＥ，开启锁存功能。

输　　　　出

a

b

c

d

e

f

g

显示

1

1

1

1

1

1

1

8

0

0

0

0

0

0

0

消隐

1

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

0

0

0

0

1

1

1

0

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0

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2

1

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0

1

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0

0

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0

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0

1

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0

0

0

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1

1

1

1

1

1

1

8

锁　　　　存

锁存

图２．4：

思路抢答器编码、译码、锁存、数显电路

２．４　　报警电路

要想在抢答后显示编号的同时，电路发出报警音，以示抢答成功，可在电路中连接一个蜂鸣器，可以利用555定时器构成一个振荡器来驱动蜂鸣器发出声响，以达到提示的作用，

图２．５　５５５定时器构成多谐振荡器

RST为复位端，RST=0时，555输出低电平，一般RST接VCC，电容器cf接地，起滤波作用，消除外来干扰，以确保参考电平稳定。

DIS端为三极管，当T导通时，将给电容提供放电通路。

由555定时器和外接元件R1和R2、C构成多谐振荡器，脚2和6直接相连。

电路没有稳态，只有两个暂稳态，电路不需要加外加触发信号，利用电源通过R1和R2、C充电，以及C通过R2向Cf放电，使电路产生振荡。

其振荡周期等于一个放电周期加一个充电周期之和周期T=0.7（R1+2*R2）C=0.7*300000*10-8=4.76KHZ

第三章　　电路仿真　

完整的电路原理图如下：

图３．１　完整的八路抢答器电路

３．１电路工作原理：

通电后，主持人按下系统总开关，抢答开始，若某一选手最先按下按钮，1N4148二级管导通，分别给CD4511和多谐振荡器一个高电平信号，则CD4511和多谐振荡器开始工作，CD4511编译码之后驱动数码管工作，显示选手编号，同时CD4511输出端反馈一个高电平信号到LE，使LE=1，处于锁存工作状态，与此同时，多谐振荡器产生的振荡频率驱动蜂鸣器工作，报警声响起。

而其后的其他选手按下按钮均无效，直到主持人再次按下按钮，系统清零，第二轮抢答便可以开始。

３．２电路仿真测试：

（1）启动仿真电路，可观察数码管显示0。

（2）按下任意一抢答键（如J5），数码管立即显示3，蜂鸣器发出嘟嘟声响，再按下其他按键时，数码管未发生改变，说明编码、译码、锁存、显示、报警电路正确。

（3）当主持人按下复位开关时，数码管显示0，此时俺任意键都改变不了此状态，控制电路正常。

（4）如此循环，按下其他键测试。

图３．２抢答开始时电路状态

图３．３　５号选手最先按下开关是的电路状态

３．３　　元器件清单：

开关9个、1N4148型二极管18个、10KΩ电阻8个、300Ω电阻7个、2.2KΩ和100KΩ电阻各一个、0.1uF和0.01uF无极电容各一个、100uF和47uF电解电容各一个、555定时器一个、9013（仿真中可用2N1711代替）三极一个、CD4511BP一个、蜂鸣器一个、共阴极七段数码显示管一个、电路板一块、导线若干、multisim10.1软件。

第四章电路实验与调试

4.1　焊接

通过实验原理图进行实物焊接，焊接时能深刻体会到焊接工艺的重要性：

各个芯片的引脚功能不能混淆，必须了解各个芯片的使用方法，内部结构以及使用时的注意事项，该接电源的一定要接电源，该接地的一定要接地，且不能有悬空。

同时在电路板上要预先确定电源的正负端，便于区分及焊接。

正确焊接各芯片个管脚连接必须查阅各种资料并记录，以确保在焊接过程和调试过程中芯片不被烧坏，同时确保整个电路的正确性。

在焊接完后每块芯片都用万用表检测，看是否有短接等，还有焊接时要尽量使布线规范清晰明了，这样才有利于在调试过程中检查电路。

4.2调试中出现的问题及解决方法

（1）显示电路不稳定问题

在完成电路的焊接进入调试阶段时发现抢答器数码管显示选手编号不稳定。

主要表现在单选手按下抢答键后数码管显示的不是选手当前号码。

因此着手对电路进食检查，首先检查数码管看是否是关节焊接错误，后又检查电路各个芯片管脚接错均未发现问题，最后发现当触动某按键连线时显示正常由此判断可能是因为出现了虚焊，遂将电路各焊点又仔细焊接了一遍，此时电路显示正常。

（2）控制开关无法控制电路

在调试是发现当按下主持人开关时电路断电，当松开后数码管显示始终为7，经过一个多小时对电路用万用表逐个检查，发现是开关已损坏，更换开关。

4.3电路的特点和优缺点

优点：

电路是由各个单元电路模块组合而成，结构功能清晰。

便于设计、理解。

缺点;电路的功能比较单一，但需要连接的线路较多，焊接上有一定的难度。

第五章　　心得体会：

　　本次电子课程设计实习将理论与实践有机地结合，既考查了对理论知识的

掌握程度，又反映了实际动手能力，更主要的是考查了同学对知识的综合运用

创新设计思维能力，为今后的发展提供了一次良好的学习环境。

针对课设题目八路抢答器，一开始还没有头绪，不会运用所学知识进行有效设计，但通过上网查阅各种类似的设计，去图书馆翻阅相关设计书籍，查阅所提供的芯片功能，确定基本设计方案，又通过仿真验证试验方案的可实行性，虽说比较烦杂但却对设计一个电路有了基本的经验。

同时也使自己认识到：

1.设计思路是整个设计的灵魂

拿下每个课题能有一个非常清晰的设计思路是至关重要的。

只有对课题的充分理解，对各种器件的熟练掌握，勾画出基本的设计图是成功的关键，，必须多花时间在设计上才能为后续工作提供更扎实的基础。

翻阅各种资料，上网查询填补所需知识的空白是必要的。

2.焊接制作必须精益求精

焊接必须精益求精，一丝不苟，一点的差错都可能导致实验结果错误，因此必须准确无误还要工整，这样才能在调试中能比较轻松进行，也是整个电路可看性更好。

3.调试

调试工作是个精细工作。

在调试过程中，有些问题是芯片本身损坏引起的，也有些是因为焊接问题引起的等因此排查过程需要特别有耐心，通过对芯片功能的检验，对焊点的检查最后检查出问题所在。

当最后解决问题时，电路的正确是非常振奋，也很有成就感和满足感。

建议：

１．平时要多动手焊接一些小电路，可以增强在增强动手能力的同时，学习到很多实用的知识。

２．尽量独立思考设计电路，开拓自己的思维，提高创新能力。

３．要多学习一些专业的电路设计或仿真的软件，有助于提高效率。

总之，通过此次课程设计，让我将理论上的知识了解得更深了一步，增强了我对数字电子技术这门课的兴趣，在此之前，自己设计并焊接、调试、仿真电路似乎只是停留在书本上，从没有真正尝试过，在这次的课程设计中，让我真正的亲自动手焊接电路，并不如想象中的简单，同时又自己学习了电路仿真的一些知识，如multisim10.1软件的应用，以及microsoftvisio2003软件，在这次设计和制作过程中，遇到了一些问题，最后通过翻阅资料，网上搜索等方式解决了，在这一过程中，还需要有细心、耐心、和专心的精神，纠正了我在学习上粗心大意、毛躁的特点。

为我以后的发展非常有利。

参考文献;

[1]阎有运·《电子技术实践》·中国矿业大学出版社，2007.8

[2王连英·《基于multisim10的电子仿真实验与设计》·北京邮电大学出版社，2009.8

[3]艾永乐，付子义·《数字电子技术基础》·中国电力出版社2008.11