CD4518路抢答器实验报告- 本文关键词：八路、实验、报告、抢答器、CD4511
CD4518路抢答器实验报告- 本文简介：小学期实验设计任务目录摘要11章.研究背景11.11选题的目的和意义.3项目研究内容21.4抢答器目前存在的主要问题3第2章抢答器系统概述42.1抢答器的系统功能简介42.2抢答器工作原理简介42.3抢答系统需求分析52.52.抢答器工作流程65
CD4518路抢答器实验报告- 本文内容：
小学实验设计任务
目录
摘要I
第1章
绪论1
1.研究背景11
1.选题12的目的和意义
1.3研究内容2
1.目前抢答器的主要问题3
第2章
系统概述4
2.抢答器系统功能简介4
2.2抢答器工作原理简介4
2.3抢答系统需求分析5
2.抢答器的工作流程54
2.抢答器工作流程65
第3章
抢答器单元电路设计7
3.1抢答器设计中的数字编码电路7
3.解码/优先/锁定电路9
3.3抢答器设计中的数字显示电路13
3.报警电路15
第4章
抢答器的电路设计图18
4.抢答器工作原理电路图18
4.2抢答器实物电路图200
第5章
总结21
2
摘
要
随着科学技术的飞速发展，人们开始学习科学、技术和知识。答疑器是政府机构和学校开展智力竞赛活动的重要设备。广泛应用于学校、教育部、企事业单位、工会组织、俱乐部等单位组织各种知识、技术竞赛、娱乐活动。
八路数字抢答器电路包括抢答、编码、优先、锁定、数、复位和报警电路。抢答数字优先编码电路由D1-D12组成，实现数字编码。CD4511是一块含BCD-7段锁存/译
集成电路代码/驱动电路。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内部电路翻译成十进制数显示在数字管上。八路数字智能抢答器通过布线、焊接、调试等方式成型，更加实用。
关键字：CD4511
数字显示电路
报警电路
数字编码电路
第1章
绪论
１.
1研究背景
在这个竞争激烈的社会里，知识竞赛、优胜选拔、人才选拔等活动越来越频繁。在比赛中，多名选手一起参加。如果举手回答问题，比赛就不能满足社会的需要。此外，当主持人提出问题时，如果让选手举手回答，这将在一定程度上由于主持人的主观误解而导致比赛的不公平。在当今社会，竞争应该追求准确、公正、直观地判断第一个答案，此时智能答案将派上用场。
智能抢答器是一种应用广泛的设备。在各种比赛和抢答场合，它可以客观快速地判断第一个获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等设备组成，可以通过发光管的指示识别玩家的号码。目前，大多数智能应答器都由单片机或数字集成电路组成，并增加了许多新功能，如玩家号码显示、按前或按后计时、玩家分数显示等。
随着科学技术的发展，当前的应答器正朝着数字化和智能化的方向发展，这将不可避免地增加智能应答器的制造成本。鉴于越来越多的小型知识竞争，操作简单，经济实用的小型应答器必须非常有市场。因此，我选择了简单的逻辑数字应答器。
八路智能抢答器主要集数字优先编码电路、锁定/译码/驱动电路于一体CD由4511集成电路、数字显示电路和报警电路组成。CD4511集成电路在数字显示管上输出参赛队的输入信号，严格控制报警电路的时间，构成八路智能抢答器电路。
1.2
选题的目的和意义
通过本次毕业设计，我了解了八路智能回答器的结构组成和工作原理，初步掌握了八路智能回答器的调整和测试方法，提高了实践能力和思考问题的能力。同时，通过本次毕业设计，我巩固了以往的理论知识，建立了逻辑数字电路理论与实践的结合，了解了八路智能回答器各单元电路之间的关系和相互影响。八路智能抢答器的调整和测试方法初步掌握。
通过参考大量文献，系统介绍了八路智能回答器的工作原理，通过详细调查和权威技术数据及相关信息的收集，为我们更深入地了解电子技术提供了良好的平台，使理论与实践相结合。
1.3
研究内容
八路智能抢答器采用CD为了满足功能要求，每个选手在抢答过程中都有一个抢答按钮。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按钮，玩家会回答犯规，数字显示屏显示犯规者的号码，扬声器继续发生。主持人可以按复位键开始新一轮抢答。
经过研究，发现数字电路技术设计的回答器与目前常用的回答器相比仍有许多优点。首先，电路连接的设计很简单，因为它被使用了CD大多数功能单元可以通过数字电路设计4511集成芯片。其次，工作性能可靠，抗干扰能力优于当前的回答器。因此，本研究是一种创新实用的实用工程设计。
本文章节的结构和内容如下：
第一章:绪论。简要介绍了八路智能抢答器的发展现状；简要总结了毕业设计的研究内容。
第二章:抢答系统概述。说明了八路智能抢答器的工作流程和主要功能。
第三章:抢答器的单元电路设计。本文详细介绍了八路智能抢答器各单元电路的设计。
第四章:抢答器的电路设计图。展示八路智能抢答器的电路图和工作原理。PCB板电路图，更生动地展现了电路设计的理念。
第五章：总结和展望。总结主题设计，指出设计中的一些问题，提出改进意见，展望抢答器的未来设计。
1.4抢答器的主要问题
随着科学技术的不断发展，人们开始学习科学、技术和知识。答疑器是学校开展智力竞赛活动的必备设备，广泛应用于学校、教育部门、企事业单位、工会组织、俱乐部等单位组织各种知识、技术竞赛和娱乐活动。但是抢答器的使用频率较低，有的要么制作复杂，要么可靠性低，质量差。作为一个单位，如果专门购买一个回答器，虽然经济上可以承受，但每年使用的次数很少。由于长期存储，回购的麻烦和及时性往往会影响活动的发展。
目前，大多数智能抢答器都存在以下缺点：
首先，现场线路连接复杂。因为每个玩家都位于答案现场的不同位置，所以每个玩家和控制台之间应该有一条长长的连接线。玩家越多，连接线就越混乱。这些连接线不仅影响了现场的美观，而且降低了答案的可靠性，增加了安装难度，甚至影响了现场人员的行走。
其次，电路很复杂。由于简单的逻辑电路只完成数字处理、计时、数据操作等功能，其他功能，如玩家号码识别、翻译、评分显示等，仍然只能通过数字集成电路完成。当使用简单的逻辑电路扫描技术识别玩家按下号码时，电路的延迟时间较大。
最后，选手很容易成功按下。
第2章
系统概述抢答器
2.1
介绍系统的主要功能
八路智能抢答器的主要功能如下：
1.
8名选手可以同时参加比赛，相应的代码是0、1、2、3、4、5、6、7，每个人都使用一个回答按钮，按钮的号码对应于选手的号码。
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.
应答器具有数据锁定和显示功能。应答开始后，如果玩家按下应答按钮，号码将立即锁定并存储LED玩家的号码显示在数字管上，扬声器给出声音提示。
2.2抢答器工作原理简介
如图2-1所示，如图2-1所示。电路完成了基本的应答功能，即应答开始后，当玩家按下应答键时，可以显示玩家的号码，同时可以阻止输入电路，禁止其他玩家应答。报警电路起到提示作用。其工作原理是：主持人按下复位键后，在接通电源后宣布开始抢答器工作。玩家可以开始回答，当玩家按下回答键时，回答器完成：编码、优先锁定、翻译、数字显示。一轮抢答后，只有主持人按复位键，才能进行下一轮抢答，否则抢答无效。
图2-1
抢答器结构框图
2.3
抢答系统需求分析
1.在抢答中，如果抢答在开始抢答前无效，只有开始后才有效。
2.可以显示哪位选手有效回答，正确按键后有信息声。
3.按钮锁定，在有效状态下无效非法。
4.只有主持人按下复位键，下一轮答案才能开始。
2.4
抢答器的工作流程
抢答器的基本工作原理:上电后，系统开始运行。在抢答过程中，会有多个信号同时或不同时发送到主电路中。CD4511集成芯片将开始工作，并识别和记录第一个号码。编码电路、优先/锁/译码电路、显示电路、报警电路将在整个应答器工作过程中运行。抢答器的工作流程分为正常抢答流程、主持人复位等部分，如图2-2所示。
图2-2
抢答器的工作流程
2.5
抢答器的工作过程
1.开始上电后，主持人按复位键开始回答。如果玩家按下回答键，报警电路会发出声音，成功回答的玩家号码会显示在数字显示电路上。
2.有选手抢答成功后，系统优先锁定，其他抢答选手抢答无效。
3.如果主持人没有按复位键，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。
第3章
抢答器的单元电路设计
八路智能抢答器主要由数字编码电路、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的情况。
3.1抢答器设计中的数字编码电路
参考电路如图3-1所示，S1—S8组成1—8路抢答器，D1—D12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)，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。
图4-1
数字编码系列电路
图3-1
数字编码系统电路
输
入
输
出
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
S8
D
C
B
A
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
0
表3-1
数字编码电路功能真值表
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
BCD—锁存/7
段译码/驱动器，引脚排列如图3-2-1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，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观。
(1)、CD4511的引脚图
图3-2-1
CD4511的引脚图
CD4511
是常用的七段显示译码驱动器，它的内部除了七段译码电路外，还这有锁存电路和输出驱动器部分，具有输出电流大，最大可达25mA,可直接驱动LED
数码管。CD4511
由4
个输入端A/B/C/D
和7
个输出端a~g，它还具有输入BCD
码锁存、灯测试和熄灭控制功能，它们分别由锁存端LE、灯测试LT、熄灭控制端BI
来控制
各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示BCD码的A、B、C、D位；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；上边的引脚表示输入，下边的引脚表示输出；还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。
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”。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。
图3-2-2
CD4511内部电路图
图3-2-3
CD4511内部逻辑图
(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。
图3-2-4
CD4511真值表
(3)、锁存优先功能
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，D13，D14组成的控制电路(见图3-2-5
CD4511真值表)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(见图4-2-5锁存优先功能电路图)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，D13、D14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D13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，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D14使CD4511的第4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。
图3-2-5锁存优先功能电路图
3.3抢答器设计中的数码显示电路
共阴式LED数码管的原理图(图3-3-1数码显示管原理图)，使用时，共阴极接地，7个阳极a~g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。
图3-3-2数码显示管的结构图
显示字符
g
f
e
d
c
b
a
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
2
1
0
1
1
0
1
1
3
1
0
0
1
1
1
1
4
1
1
0
0
1
1
0
5
1
1
0
1
1
0
1
6
1
1
1
1
1
0
1
7
0
0
0
0
1
1
1
8
1
1
1
1
1
1
1
图3-3-3共阴极数码管显示字段码
3.4抢答器设计中的报警电路
参考电路如图3-4-1所示，抢答器报警电路由NE555接成音多谐振荡器，其中R16=R17=10K，扬声器通过100UF的电容器接在NE555
IC的3脚与地(GND)之间。C1=0.01，R16
没有直接和电源相接，而是通过四只1N4148组成二极管或门电路，四只二极管的阳极分别接CD4511的1，2，6，7脚，任何抢答按键按下，报警电路都能振荡发出讯响声。
图3-4-1抢答器报警电路
由NE555接成音多谐振荡器构成的报警电路如图3-4-1所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo＝1．43／［(RI＋2R2)C］，其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。
555构成的多谐振荡器的工作原理如图3-4-2所示：接通电源Vcc后，Vcc经电阻R1和R2对电容C充电，其电压uc由0按指数律上。当uc≧2/3
Vcc时，电压比较器C1和C2的输出分别为uc1=0,uc2=1,基本RS触发器被置0，Q等于0，Q非等于1，输出uO跃到低电平UOL。于此同时。放电管V导通，电容C经电阻R2和放电管V放电，电路进入暂稳态。
随着电容C的放电，uc随之下降。当uc下降到uc≦1/3Vcc时，则电压比较器C1和C2的输出uc1=1和uc2=0，基本RS触发器被置为1，Q等于1，Q非等于0，输出uO由低电平UOL跃到高电平UOH。同时因Q非等于0，放电管V截止，电源Vcc又经过R1和R2对电容C充电。电路又回到第一暂稳态。因此，电容C上的电压uc在2/3Vcc和1/3Vcc之间来回充电和放电，从而使电路产生振荡，输出矩形脉冲。
图3-4-2
555定时器工作原理图
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，扬声器发声；而前一个振荡器输出低电平时，导致后面振荡器复位并停止振荡，此时扬声器无音频输出。
第4章
抢答器的电路设计图
通过对电路的功能分析，我们运用Protel
99
SE软件对电路进行设计，设计出了电路的走线图和PCB板图，并且进行PCB板刻录，开始进行焊接，做出了实物电路板。
4.1抢答器工作原理电路图
通过对电路的一些功能需求分析，我们运用了Protel
99
SE软件对电路图进行了设计，将抢答器工作原理电路图设计出来，如图4-1-1所示。
4-1-1抢答器工作原理电路图
4.2抢答器实物电路图
通过对电路的一些功能需求分析，我们运用了Protel
99
SE软件对电路图进行了设计，并将抢答器工作原理电路图和PCB板电路图设计出来，再进行元器件的焊接，将实物电路制作出来，如图4-3-1所示。
4-3-1抢答器实物电路图
第5章
总结与展望
本设计详细介绍了八路智能抢答器的设计方案和功能。这种八路智能抢答器主要是基于CD4511集成芯片，成本较低，且基本能够使用于学校和一些企业的活动中。
本设计主要讲述了智能抢答器的工作原理和工作过程。在说明工作原理的过程中，突出了抢答器设计中的基本电路的组成单元以及这些单元如何实现抢答功能；结合本设计的内容，指出了各单元电路的设计方法和意义，以及如何进行抢答控制。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。电路设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力。它才是一个设计的灵魂所在。因此在整个设计过程中大部分时间是用在单元电路的理解和设计上面。很多单元电路是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个单元电路才是关键的问题所在。经过这段时间的努力，在老师和同学的帮助下终于彻底的做完了毕业设计的所有工作。通过这次的毕业设计，我能运用已学的知识解决我在设计中遇到的问题，使我思考问题的能力得到了很大的提高。在做设计的过程中我查阅了很多的资料，并认真的阅读这些与我的设计相关的资料，从而我的专业涵养得到了提高，知识的储备量也有所增加。在做设计时，我复习了很多专业课的知识，这使得我的专业知识在离校之前得到了巩固。
通过这次毕业设计，我也发现自己的很多不足之处。在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的很不牢固，所掌握的电路应用软件还不够多，我希望自己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。而且，通过这次设计，我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，这将为以后的学习做出了最好的榜样！我将会在以后的学习和生活中不断提升自己。
2012年6月29日