数电课程设计八路抢答器

《数字电子技术》课程设计

题目八路抢答器

专业班级11级通信工程三班

院（系）信息工程学院

完成时间2013 年11月28日

目录

1 课程设计的目的 (1)

2 课程设计的任务与要求 (1)

3 设计方案与论证 (1)

3.1方案选择与论证 (1)

3.2抢答器的原理方框图 (2)

4 设计原理与功能说明 (3)

4.1 元器件选用原理 (3)

4.2总体电路原理 (6)

5 单元电路设计 (9)

5.1NE555接成音多谐振荡器构成的报警电路 (9)

5.2复位键与抢答键的工作原理 (9)

6 仿真与电路的连接 (9)

6.1 电路的仿真 (9)

6.2电路的连接 (10)

7 实训报告 (10)

参考文献 (12)

附件一：元器件清单 (13)

附件二：实物图 (14)

1 课程设计的目的

通过这次课程设计,主要了解简单数字电路抢答器的基本工作原理，学会设计与分析优先编码电路、数码显示电路、报警电路，在巩固数电知识的基础上，提高自身逻辑思维能力，拓展实际操作能力，同时学会利用团队力量解决某些技术难关。从而正确设计出各个单元电路，并简单掌握电路仿真技术。

2 课程设计的任务与要求

设计一个八路抢答器，以CD4511集成芯片为核心原件来实现功能要求，在抢答过程中，可以更好的精确选手抢答的先后。此抢答器主要运用于竞赛活动中。

此抢答器可以容纳八个选手，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。如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的编号，扬声器持续发生。主持人可按复位键，新一轮抢答开始。[1]

3 设计方案与论证

3.1 方案选择与论证

八路抢答器的关键部分是数字优先编码电路、锁存/译码/驱动电路，由数码显示电路和报警电路组控制信号的产生。下面列出两种方案：

方案一：

该方案采用了74LS148来实现抢答器的选号，采用了74LS279芯片实现对号码的锁存，采用了74LS192实现十进制的减法计数，555芯片产生秒脉冲信号来共同实现倒计时，采用了74LS121单稳态芯片来实现报警信号的输出。

此方案主要由抢答电路、定时电路、报警电路、时序电路组成，在选用元器件时，主要用到74LS279、74LS48、74LS148、74LS192、74LS121、74LS00、74LS20、NE555等。所用元器件复杂多样，购买时麻烦，而且成本较大，增大了此方案实施难度。[3]

方案二：

该方案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。

八路数字抢答器电路包括抢答，编码，优先，锁存，数显，复位及抢答键。抢答器数字优先编码电路由D1-D12组成，实现数字的编码。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。[8]

与方案一相比，方案二有着明显的优点。方案二选用元器件时，用

CD4511集成芯片实现了BCD-7段锁存/译码/驱动电路,从而代替方案一种74LS48、74LS279、74LS192等芯片的功能。无论在购买原件或焊接过程中都省去了很多麻烦。比较之后，本次课程设计我选用的是方案二。3.2 抢答器的原理方框图

该电路包含八个组成部分（如图3-1所示），分别是复位键、控制电路、抢答按键、报警电路、编码电路、优先锁存电路、译码电路、显示电路。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.抢答开始时开始计时，显示器上会出现最先抢答选手的编号。如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的编号，扬声器持续发生。主持人可按复位键，新一轮抢答开始。[6]

图3-1 电路原理方框图

4 设计原理与功能说明

4.1 元器件选用原理

1. 集成芯片的选择

选用的芯片应具有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且可直接驱动LED显示器。CD4511是一种在市场上很普遍的一种集成电路，主要用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD 码—七段码译码器，引脚排列如图4-1-2所示。

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，引脚排列如图4-1-1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。a～g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。根据CD4511工作原理可得其真值表如图4-1-1所示。[2][4]

图4-1-1 CD4511真值表图

4-1-2 CD4511引脚排列图

2. 多谐振荡器的选择

多谐振荡器是本电路中重要的元器件之一。555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。

本次课程设计我们选择则的多谐振荡器是NE555。NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不相同。

图4-2 555工作原理图

将NE555多谐振荡器与成音多谐振荡器连接起来，前一个振荡器的输出接到后一个振荡器的复位端，后一个振荡器的输出接到扬声器上。这样，只有当前一个振荡器输出高电平时，才驱动后一个振荡器振荡，扬声器扬声