湖北文理学院理工学院数字逻辑电路课程设计报告课题名称八路智能抢答器姓名（学号）组号专业2014年 9 月 18 日【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。
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】八路智能抢答器、CD4511、NE555、数码显示管、设计、报警电路、数字编码电路目录1、设计题目八路智能抢答器计 (3)2、设计目的及要求2.1 设计目的 (3)2.2 设计要求 (3)3、方案论证3.1.电源部分 (3)3.2.电路部分 (3)4、设计思路4.1八路智能抢答器的结构框图 (4)4.2八路智能抢答器的工作流程 (4)4.3八路智能抢答器的工作过程 (4)5、设计原理5.1设计中的数字编码电路 (5)5.2设计中的译码/优先/锁存电路5.2.1CD4511的引脚 (6)5.2.2译码驱动功能 (8)5.2.3锁存优先功能 (8)5.3抢答器设计中的数码显示电路 (9)5.4抢答器设计中的报警电路 (10)6、设计的装备与调试 (12)7、设计完成的电路图7.1八路智能抢答器工作原理电路图 (12)7.2八路智能抢答器实物图 (13)8、设计所需的元件清单 (13)9.设计心得与体会 (13)10.参考文献 (14)八路智能抢答器设计2.设计目的及要求2.1 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。
2.2 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S1~S8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3.1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、信号识别以及显示功能的实现。
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。
4.1八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a. 开始上电之后，主持人按复位键，抢答开始。
如有选手按下抢答键，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。
图4.3—抢答器的工作流程5.设计原理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原理。
5.1设计中的数字编码电路参考电路如图3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。
输入输出S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 D C B A1 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 00 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 00 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 00 1 1 11 0 0 0表5.1—数字编码电路功能真值表5.2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5.2.1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。
5.2.1 CD4511的引脚图，如图5.2所示各引脚的名称：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。