数字显示4路抢答器

题 目：专 业：班 级：姓 名：学 号：指导老师：小组成员：成 绩：

电子技术课程设计

数字显示四路抢答器

本电气工程及其自动化

本电气113班

杨祺杰

[1**********]38

陈龙

杨祺杰 温宇轩 刘强

摘要：

数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、

译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。经过布线焊接、调试等工作后数字抢答器成形。

抢答器在比赛中有很大的用途，它能准确公正直观的判断出第一抢答者。通过抢答器的指示灯显示，数码显示指示出第一抢答者。本作品用了CD4511与CD4068等芯片的组合来完成抢答的功能实现。

关键词：

开关阵列电路；触发锁存电路；解锁电路；编码电路；译码电路；

显示电路；8输入端与非/与门。

目录

目录 . ............................................................................................................ 2 一、引言 . .................................................................................................. 3 二、设计目的 ........................................................................................... 3 三、整体设计 ............................................................................................ 3 3.1 设计任务与要求 ......................................................................... 3 3.2 设计原理与参考电路 ................................................................. 3 四、数字显示4路抢答器总体设计电路 ................................................ 5 五、 芯片功能介绍 .................................................................................. 6 5.1显示译码器CD4511 ............................................................................ 6 5.2八输入端与非/与门CD4068 . ....................................................... 7 六、元件清单列表 .................................................................................... 8 七、性能测试与分析 ................................................................................ 8 八、实验总结............................................................................................. 9

一、引言

智力竞赛是一种生动活泼的教育形式和方法，通过抢答和必答两种方式能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短时间内，使人们增加一些科学知识和生活常识。

二、设计目的

本设计是利用已学过的数电知识，设计的4人抢答器。 （1）重温自己已学过的数电知识； （2）掌握数字集成电路的设计方法和原理；

（3）通过完成该设计任务掌握实际问题的逻辑分析，学会对实际问 题进行逻辑状态分配、化简；

（4）掌握数字电路各部分电路与总体电路的设计、调试、模拟仿真 方法。

三、整体设计

3.1 设计任务与要求

1. 抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛，分别用4个按钮S1 ~ S4表示。 2. 设置一个系统清除和抢答控制开关S5该开关由主持人控制。

3. 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED 数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

3.2 设计原理与参考电路

抢答器的组成框图

抢答器的一般组成框图如下图所示。它主要由开关阵列电路、触发锁存电路、解锁电路、编码电路和显示电路等几部分组成。

1、开关阵列电路：该电路由多路开关所组成，每一名竞赛者与一组开关相对应。开关应为常开型，当按下开关时，开关闭合；当松开开关时，开关自动弹出断开。 2、触发锁存电路：当某一组开关首先被按下时，触发锁存电路被触发，在对应的输出端上产生开关电平信息，同时为防止其他开关随后触发而造成输出紊乱，最先产生的输出电平反馈到使能端上，将触发电路封锁。

3、解锁电路：一轮抢答完成后，应将触发器使能端强迫置1或置0（根据芯片具体情况而定），解除触发锁存电路的封锁，使锁存器重新处于等待接收状态，以便进行下一轮的抢答。

4、编码电路：将触发锁存电路输出端上产生的开关电平信息转换为相应的8421BCD 码。

5、显示电路：将编码电路输出的8421BCD 码经显示译码驱动器，转换为数码管所需的逻辑状态，驱动LED 数码管显示相应的十进制数码。

四、数字显示4路抢答器总体设计电路

本抢答器仅用两块数字芯片便实现了数显抢答的功能，与其他抢答器电路相比，有结构简单、成本低、制作方便的优点。

电路如图示，S1～S4为4个抢答按键，CD4511是BCD 码7段译码器，CD4068是8输入与非门，二极管D1～D2用于对抢答键进行BCD 编码。初始状态下，CD4511驱动LE D 数码管显示0，即a 、b 、c 、d 、e 、f 、这六个笔画为1，仅g 笔画为0，现将g 笔画信号用三极管Q1反相，这样，在初始状态下，CD4068的8个输入端便全为1，其输出为0，使7段译码器CD4511处在译码状态，这时按键信号可以输出。有因显示除0以外的其他数字时，a ～g 这7个笔画信号至少有一个是0，使CD4068输出1，相反的，7段译码器CD4511将已键入的数字锁存显示。这样，后按下的键就不起作用了，数码管就只显示最先按下的键号，起到了抢答的作用。R3和C1组成积分电路对锁存信号作短暂的延时，其作用是让数字电路有足够的响应时间，使锁存稳定，以免显示乱码。C2的作用是将直

流触发变为脉冲触发，使音乐电路每抢答一次只奏响一次。S5为复位键，该键可在主持人喊“开始”前按下，按下后数码管显示0。

五、芯片功能介绍

5.1显示译码器CD4511

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，特点如下：

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 引 脚 图

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”。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。

A1、A2、A3、A4、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。

CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED 。

5.2

八输入端与非

/与门CD4068

逻辑图：

六、元件清单列表

七、性能测试与分析

1、测试各触发器及各逻辑门的逻辑功能。

2、按图接线，抢答器5个开关接电平开关、4个显示灯接电平指示灯。 3、测试抢答器电路功能：

接通＋5V 电源

（1）抢答开始前，开关K 1、K 2、K 3、K 4均置0，准备抢答，将开关K 5置0，

电平指示灯全熄灭，再将K 5置1。抢答开始，K 1、K 2、K 3、K 4某一开关置1，观察电平指示灯的亮、灭情况，然后再将其他3个开关中任一个置上1，观察电平指示灯的亮、灭有否改变。

（2）重复（1）的内容，改变K 1、K 2、K 3、K 4任一个开关状态，观察抢答器的工作情况。 （3）实物图

八、实验总结

这一次课程设计，并没有我想像中那么顺利。因为失败了3次，到第四次设

计才成功了。俗话说得好，没有经历失败，哪来成功。在这三次失败的经历中，我收获了许多宝贵经验，这也许注定我第四次设计的成功吧！

第一次设计时，我设计好了电路图，但是在仿真时，却没有功能；第二次设计时，我设计好了电路图，但是在仿真时，仿真软件中却没有一个重要的芯片；第三次设计时，我设计好了电路图，去买元件时，却买不到。从前三次的失败中，我找到了原因，并改正了过来，以致我取得成功。

经过这一次的课程设计，我对数字电子这门课程及相关知识有了更深入的理解和体会，同时也很好的把握理论知识并将其应用于实践当中。在抢答器设计过程中，我更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。

通过这一次的课程设计，使自己清楚的知道了学以致用的真正含意。我们学生必须要有实践的能力，而这一次的课程设计，使我看到了自己在这个方面有很大的不足，必须加以提高。