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1、数字电路课程设计 四人智力竞赛抢答器题目 一、 设计任务和要求： 1.设计任务 设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。 用数字显示抢答倒计时间，由“9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器连续响0.5秒。选手抢答时，数码显示选手组号,同时蜂鸣器响0.5秒，倒计时停止。 2.设计要求 (1)、4名选手编号为：1，2，3，4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。 (2)、给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零和抢答的开始。 (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，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给
2、出音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。 (4)、抢答器具有定时抢答的功能。当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响，音响持续0.5秒。参赛选手在设定时间内抢答有效，抢答成功，扬声器响，音响持续0.5秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。 (5)、如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器报警，并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。 (6)、用石英晶体振荡器产生频率为1
3、Hz的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。 二、总体方案选择： 电路主要由脉冲产生电路、锁存电路、编码及译码显示电路、倒计时电路和音响产生电路组成。当有选手抢答时，首先锁存，阻止其他选手抢答，然后编码，再经4线7段译码器将数字显示在显示器上同时产生音响。主持人宣布开始抢答时，倒计时电路启动由9计到0，如有选手抢答，倒计时停止。电路系统结构如图2-4： 选手 主持人 时序控制电路 扬声器 优先编码器 锁存器译码器 数码显示 脉冲电路 定时电路 译码器 数码显示 三、单元电路设计 1、控制电路 1) CD4511器件简介 CD4511是一块BCD-十进制七段译码/驱动器课本上不曾讲过，它带有锁存端
4、口，其功能比书上我们学过的74HC4511CMOS七段显示译码器功能要强大的多，这也是我本此实验选用这个器件的缘故。 关于CD4511的引脚图见图一 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”。它主要用来检测数码管是否损坏。 LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。 A、B、C、D为8421BCD码输入端。 OutA、O
5、utB、OutC、OutD、OutE、OutF、OutG：为译码输出端，输出为高电平1有效。 ）、显示电路的工作图如图二 该显示电路主要由CD4511七段显示译码器来完成，其具体连接情况可看图二 )、控制电路的工作图如图三 这部分电路的作用完成三个任务：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是使其他选手按键操作无效；三是防止提前按键。按下未按下“开始”按钮前，CD4511BLANKING引脚为低电平，CD4511不工作，可防止抢答者提前按键。当“开始”按下后，当所有抢答者开关均未按下时，锁存器输出全为低电平，该信号作为锁存器使能端LD的控制信号，使锁存器
6、处于等待接收触发输入状态；当任一开关按下时，输出信号中必有一路为高电平，经逻辑或运算后U1A输出为高电平。一但有高电平输入，不管另一输入端状态如何，输出保持高电平不变，这个电平控制CD4511锁存端使其他按键操作无效。当抢答完成后，按下“清除”按钮强行使U1B输出置零，CD4511锁存解除，开始新一轮抢答。 .蜂呜器发声原理电路 该电路主要负责当有抢答信号输入时，SP发出声音以提醒其它人已经有人先抢答了。用集成555定时器组成多谐振荡器。当电路刚接通时，由于电容C1上的电压不会突变，故IC1-2脚为低电平，导致3脚输出高电平。 当电源经R1、R2对C1充电到Vc2/3Vcc时，OUT脚输出由高
7、变低，放电管导通，电容C1经R2和IC1-7脚内导通的VT23进行放电，当Vc1/3时，OUT脚输出有低变高，电容器C1再次充电。 上述过程周而复始，从而就形成了振荡，产生的脉冲信号从OUT脚供使用。 其电路图如图四 3、电路的总连接逻辑电路如图五所示 四、所用器材: CD4511 一个 开关 五个 555定时器 一个 或非门 两个 单向导电二极管 六个 电源 三个 导线 若干 五、遇到的问题及解决方案: 在本次课程设计之前我从来都没有用过multisim软件，并且软件全为英文版的，使操作起来很吃力，因此在画防真图时觉得难度很大。在课本上没有学过关于CD4511的使用情况，也没分析过CD451
8、1的具体用法，为了做好课程设计我专门在图书馆找了资料，偶然机会发现了CD4511的引脚图，觉得它和书上学过的74HC4511很像，并且它具有更强大的功能，对设计人抢答器更方便，便对器件进行了认真的分析，随后按照自己的思路设计出了部分电路。本次课程设计做的最终结果并不是很理想，首先在电路的整体设计过程中不是太合理，虽然对CD4511的操作和使用还很熟练，但由于在multisim软件中不含有CD4511这种器件，而在其他的几种仿真软件中也没找到CD4511种这种器件，因此最终无法在仿真软件中进行仿真。在本次课程设计中，最终的实验效果和实验要求还有一点点不吻合，如在选手强抢答时候会显示出组员的号码，
9、却不能是蜂鸣装置发声，但最终也能实现私四人抢答器的其他功能。 六、分析总结: 本次课程设计由我和李江滨共同完成，我们进行了分工，由我设计锁存器、抢答控制与显示等部分电路，有他来设计倒计时控制电路，随后我们又共同设计了蜂呜器发声原理电路。本此课程设计本来打算用防真软件来画的，可是在multisim软件里找不到相应的CD4511器件，于是便在网上制作了CD4511器件的引脚图，而后的几个电路图全部在WORD里制作，总电路图由手工制作。 作本次课程设计的时候虽然没用到防真软件，但我对该软件进行了认真的学习，也深刻体会到了使用这种软件的功能强大与方便之处，知道了防真软件对我们痛惜专业学生的重要性。同时
10、通过这次课程设计我业更深层次的明白了合作的重要性，对于做任何一项比较复杂的电路设计，首先都必须有熟练的知识与活跃的思维做前提，其次还需要与一个有共同爱好的电路设计者合作，这样做不仅可以节省大量的学习时间，而且通过互相讨论合作才能设计出更合理的电路模型。通过本次课程设计我对课本又进行了很好的温习，熟话说温故而知新，重新看了一遍课本，并且在网上、图书馆又查找了好多资料，对电路模型以及74HC4511、CD4511、555定时器、二极管等基本元器件又有了更好的认识。 这次课程设计自己感觉做的还不错，通过这一星期的锻炼，我的设计电路的逻辑思维能力以及动手操作能力都得到了很大的提高，并且通过这次课程设计，我对运用multisim软件进行电学设计问题更感兴趣，今后我一定会更多的看电学书籍和进行电学设计，为今后的更好发展打下坚实的基础。 七、参考文献: 1、数字电子技术基础 阎石主编 第四版 高等教育出版社 2、数字电子技术基础 彭容修主编 华中理工大学出版社 3、电子技术及其应用基础 李哲英主编 高等教育出版社 4、电子技术导论 沈尚贤主编 高等教育出版社 5、电子线路设计指导 李银华主编 北京航空航天大学出版社 6、数字电路与逻辑设计 邓元庆主编 电子工业出版社 7、数字电路与系统 韩振振主编 北京邮电大学出版社
