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1、湖北文理学院理工学院数字逻辑电路课程设计报告数字逻辑电路课程设计报告课题名称课题名称八路智能抢答器八路智能抢答器姓名（学号）姓名（学号）组组 号号专专 业业20142014 年年 9 9 月月 1818 日日数电课程设计第 0 页 共 17 页【摘要摘要】随着科技的日新月异，促使人们开始学科学、学技术、学知识。抢答器是一个机关学 校开展智力竞赛活动必不可少的设备，广泛应用于学校、教育部门、企事业工会组织、俱 乐部等单位组织举办各种知识、技术竞赛及文娱活动时作抢答使用。八路数字抢答器电路包括抢答，编码，优先，锁存，数显，复位及报警电路。抢答器 数字优先编码电路由 D1-D12 组成实现数字的编码
2、。CD4511 是一块含 BCD-7 段锁存/译 码/驱动电路于一体的集成电路。抢答器报警电路由 NE555 接成音多谐振荡器构成。抢答 器数码显示电路由数码管组成，输入的 BCD 码自动地由 CD4511 内部电路译码成十进制 数在数码管上显示。经过布线、焊接、调试等工作的八路数字智能抢答器成形，更具有实 用性。本文介绍了一种用 CD4511 系列常用集成电路设计的数码显示八路抢答器的电路组成、 设计思路及功能。该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具报警功能。若在规定的时间内 有人抢答，则计时将自动停止，数码管显示成功抢答者代码；若不在规定时间内有人违规 抢答，则系统中的蜂鸣器将发响，数码管显
3、示违规抢答者代码；若在规定的时间内无人抢 答，则系统中的蜂鸣器将发响，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能。【关键字关键字】八路智能抢答器、CD4511、NE555、数码显示管、设计、报警电路、 数字编码电路数电课程设计第 1 页 共 17 页目录目录1、设计题目、设计题目八路智能抢答器计.3 2、设计目的及要求、设计目的及要求2.1 设计目的.32.2 设计要求.3 3、方案论证、方案论证3.1.电源部分.33.2.电路部分.3 4、设计思路设计思路4.1 八路智能抢答器的结构框图.44.2 八路智能抢答器的工作流程.44.3 八路智能抢答器的工作过程.4 5 5、设计原理、设计原理5.1
4、设计中的数字编码电路.55.2 设计中的译码/优先/锁存电路5.2.1CD4511 的引脚.65.2.2 译码驱动功能.85.2.3 锁存优先功能.85.3 抢答器设计中的数码显示电路.95.4 抢答器设计中的报警电路.10 6、设计的装备与调试、设计的装备与调试.12 7、设计完成的电路图、设计完成的电路图7.1 八路智能抢答器工作原理电路图.127.2 八路智能抢答器实物图.13 8 8、设计所需的元件清单、设计所需的元件清单.13 9.9.设计心得与体会设计心得与体会.13 10.10.参考文献参考文献.14数电课程设计第 2 页 共 17 页1.1.设计题目设计题目八路智能抢答器设计2
5、.2.设计目的及要求设计目的及要求2.12.1 设计目的：设计目的：a.掌握电子电路的一般设计方法，了解电子产品研制开发过程。b.巩固和加强数字电子技术的理论知识。c.提高电子电路实验技能及仪器使用能力。 d.掌握电子电路安装与调试方法及故障排除方法。e.学会撰写课程设计实验报告。f.培养学生独立分析解决问题的能力。2.22.2 设计要求设计要求a.八路智能抢答器可以供 8 名选手或 8 个代表队比赛，分别用 8 个按钮 S1S8 来表示。b.有一个主持人控制电路，由主持人通过 S9 按钮来控制抢答器的运行。c.抢答器具有锁存、显示和报警功能。即当抢答开始后，选手抢答按动按钮，锁存器锁 存相应
6、的选手编码，同时用 LED 数码管把选手的编码显示出来，而在选手按键抢答以及抢 答时间倒计时到时的时候都有报警以提醒主持人和选手。d.设计小组完成数字课程设计的逻辑设计、电路设计、PCB 板设计、电路组装和行调试 以及设计报告。3.方案论证方案论证3.1 电源部分电源部分电源部分为供给控制电路、数码显示电路的电源，本设计可采用以下三种方案。方案一：选用变压器。特点：性能好、经久耐用、笨重、成本低、电路简单。方案二：选用开关电源 特点：性能好、体积小、电路复杂、成本高。方案三：选用 RC 电路特点：体积小，成本低,性能差，安全性低。根据要求并结合实际，本设计选用方案一。3.2 电路部分电路部分电
7、路部分是设计的关键，本设计可采用以下两种方案。方案一：系统各部分采用中小规模集成数字电路，用机械开关按钮作为控制开关，完成抢答输入信号的触发。它的特点是中小规模集成电路应用技术成熟，性能可靠，能方便地完成选手抢答的基本功能，除此之外，它的原理比较简单，集成块的价格也比较便宜且很容易购买，与我们学完的 数字电子技术 联系紧密，能将我 们所学知识用于实际，对巩固所学知识有重要意义，用了一些成型电路，如 NE555 标准秒脉冲电路等，使总体方案易于实现。方案二：系统采用 51 单片机系列中的 AT89S51 作为控制核心，可以完成运算控制、数电课程设计第 3 页 共 17 页信号识别以及显示功能的实
8、现。它的特点是技术比较成熟，应用起来方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少，便于控制和实现，但我们还未开设此课，对此相对陌生，复杂的逻辑编程控制指令大大地增加了设计的难度。根据要求并结合实际，本设计选用方案一。4.4.设计思路设计思路4.14.1 八路智能抢答器的结构框图八路智能抢答器的结构框图 电路完成了基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编 号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。而报警电路则是起到提示作用。其工作原 理为：接通电源后，当主持人按下复位键，宣布“开始“抢答器工作。选手即可开始抢答， 当选手按下抢答键后，抢答器完成：编码、优先锁存、译码、数码显
9、示。当一轮抢答之后， 只有主持人按下复位键，才能进行下一轮抢答，否则抢答无效。图 4.1抢答器的结构框图4.2 八路智能抢答器的工作流程八路智能抢答器的工作流程抢答器的基本工作原理:在上电之后，系统开始运行，在抢答过程中，会有多个信号 同时或不同时送入主电路中，抢答器内部电路和 CD4511 集成芯片会开始工作，并识别、 记录第一个号码。在整个抢答器工作过程中，编码电路、优先锁存译码电路、显示电路、 报警电路都会运行。抢答器的工作流程分为正常抢答流程、主持人复位等几部分，如图 2 所示。4.3 八路智能抢答器的工作过程八路智能抢答器的工作过程a. 开始上电之后，主持人按复位键，抢答开始。如有选
10、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。b. 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。c. 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。 总而言之，本课题利用简单逻辑数字电路设计了智能抢答器，该抢答器具有基本的强大功 能，提高了系统的可靠性、简化了电路结构、节约了成本，但是此抢答器功能还不够强大， 还有很多功能无法实现，需要我们继续学习和研究。数电课程设计第 4 页 共 17 页图 4.3抢答器的工作流程5.5.设计原理设计原理八路智能抢答器主要由数字编码电路、
11、译码优先锁存驱动电路、数码显示电路和报 警电路组成。现简单介绍八路智能抢答器设计中的各单元电路的设计原理。5.1 设计中的数字编码电路设计中的数字编码电路参考电路如图 3 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 为高 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，选手就可以开始抢答。当选手 1
12、 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 CD4511 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
