8路抢答器原理PPT

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,8,路抢答器原理,CD4511,实现,选题的目的和意义,通过这次毕业设计,让我们了解到了八路智能抢答器的结构组成和工作原理，也初步掌握八路智能抢答器的调整及测试方法，提高实践动手能力和思考问题的能力。同时通过本次毕业设计，也让我巩固了以前学习的理论知识，建立逻辑数字电路的理论和实践的结合，了解了八路智能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响。初步掌握了八路智能抢答器的调整及测试方法。,系统的主要功能简介,八路智能抢答器的主要功能有如下三点：,1.,可同时供,8,名选手参加比赛，其相应的编码分别是,1,、,2,、,3,、,4,、,5,、,6,、,7,、,8,，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应。,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.,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，编号立即锁存，并在,LED,数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。,抢答器的工作原理简介,如图所示为抢答器的结构框图。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。,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，如图所示。,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。,抢答器的单元电路设计,抢答器设计中的数字编码电路,数字编码电路功能真值表,输,入,输,出,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,D,C,B,A,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,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，引脚排列如下图所示。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。,CD4511,8421BCD-7,段数字转换锁存器,/,译码器,/,驱动器,驱动能力强稳定性高,BCD,锁存,7,段译码,驱动器,常用七段数码管显示译码,IC,latch enable (,LE,),：,5,脚锁定控制端，当,LE=0,时，允许译码输出。,LE=1,时译码器是锁定保持状态，,cd4511,输出被保持在,LE=0,时的数值。,blanking (,/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。,Lamp test (,/LT,),：,3,脚是测试输入端。当,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正常。,A-D,：,8421BCD,码输入端。,abcdefg,：,为译码输出端，输出为高电平,1,有效。,CD4511,内部电路图,CD4511,内部逻辑图,输 入,输 出,LE,/BI,/LT,D,C,B,A,a,b,c,d,e,f,g,显示,X,X,0,X,X,X,X,1,1,1,1,1,1,1,8,X,0,1,X,X,X,X,0,0,0,0,0,0,0,消隐,0,1,1,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,0,0,0,1,1,0,0,0,1,0,1,1,0,0,0,0,1,0,1,1,0,0,1,0,1,1,0,1,1,0,1,2,0,1,1,0,0,1,1,1,1,1,1,0,0,1,3,0,1,1,0,1,0,0,0,1,1,0,0,1,1,4,0,1,1,0,1,0,1,1,0,1,1,0,1,1,5,0,1,1,0,1,1,0,0,0,1,1,1,1,1,6,0,1,1,0,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,7,0,1,1,1,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,8,0,1,1,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,1,9,0,1,1,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,消隐,0,1,1,1,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,消隐,0,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,消隐,0,1,1,1,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,消隐,0,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,消隐,0,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,消隐,1,1,1,X,X,X,X,锁 存,锁存,CD4511,的真值表,DCBA,组成的,2,进制值与显示值相等,DCBA,组成的,2,进制值大于,8,不显示,测试优先级第,1,消隐优先级第,2,锁存优先级第,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（见图下图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,01,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,锁存优先功能电路图,抢答器设计中的数码显示电路,共阴式,LED,数码管的原理图，使用时，共阴极接地，,7,个阳极,ag,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,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,共阴极数码管显示字段码,抢答器设计中的报警电路,参考电路如图所示，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。,由,NE555,接成音多谐振荡器构成的报警电路如下图所示。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,uc2/3,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,uc1/3Vcc,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 。,555,定时器内部逻辑电路图,555,定时器工作原理图,抢答器的电路设计图,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,抢答器,PCB,板电路图,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，如图所示,。,