数字电路课程设计九路抢答器.docx
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数字电路课程设计九路抢答器
数字电路课程设计报告书
姓名：
班级：
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时间：
论文题目
反应测试器
课程论文
要求
1、测试选手的反应能力，可为不同人数，最多为9人，以9人为例，选手每人一个按钮，分别用S0~S8表示；
2、设计一个系统清零和抢答控制开关S，由主持人控制；
3、主持人说开始，选手开始抢答，反应测试器具有所锁存功能和显示功能，并将锁存功能用LED数码管显示出来，直到主持人清零；
4、当有人按下按钮时，反应测试器有报警功能，喇叭发出响声。
设计过程
1、设计方案：
1.1、方案图及其原理：
图1、反应测试器方案图
工作原理为：
如图1所示为总体方框图。
接通电源后，主持人将开关拨到“清零”状态，反应测试器处于禁止状态，编号显示器灭灯；主持人将开关置“开始”状态，宣布“开始”反应测试器工作。
选手开始抢答，选手在抢答时，反应测试器做出优先判断是哪位选手，反应测试器具有编号锁存和编号显示的功能，即显示出选手的号码，每次选手抢答，报警电路都会发出响声。
当一轮测试之后，定时器停止、禁止二次测试。
如果再次抢答必须由主持人再次操作"清除"和"开始"状态开关。
1.3、电路图及其原理：
图2、反应测试器电路图
工作原理：
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）。
当电路上电，主持人按下复位键，选手就可以开始按键了。
数码管起初显示为0，当选手1按下S1测试键，高、低电平通过编码二极管加到CD4511集成芯片，此时CD4511输入BCD码为“0001”，数码管显示为1；当选手2按下S2测试键，此时CD4511输入BCD码为“0010”，数码管显示为2；当选手3按下S3测试键，此时CD4511输入BCD码为“0011”，数码管显示为3；当选手4按下S4测试键，此时CD4511输入BCD码为“0100”，数码管显示为4；当选手5按下S2测试键，此时CD4511输入BCD码为“0101”，数码管显示为5；当选手6按下S6测试键，此时CD4511输入BCD码为“0110”，数码管显示为6；当选手7按下S7测试键，此时CD4511输入BCD码为“0111”，数码管显示为7；当选手8按下S8测试键，此时CD4511输入BCD码为“1000”，数码管显示为8；当选手9按下S9测试键，此时CD4511输入BCD码为“1001”，数码管显示为9；选手每按下一次按键，报警电路响一声。
2、电路分析：
2.1、报警电路
2.1.1、555定时器引脚图：
图3、555引脚图
555管脚：
1脚接地GND2脚为触发3脚为输出
4脚复位5脚控制电压6脚门限（阈值）
7脚放电8脚接电源电压Vcc
2.1.2、抢答器报警电路原理图：
图4、抢答器报警电路原理图
2.1.3、报警电路原理：
报警电路如图所示。
由555定时器和三极管构成，其中555构成多谐振荡器，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。
其中R1=R2=10K，扬声器通过100uf的电容器接在555的3脚与地之间，4只二极管分别接CD4511的1、2、6、7引脚。
任何抢答按键下，报警电路都能振荡发出响声。
2.1.4：
报警电路图：
图5、反应测试器报警电路图
2.2、CD4511：
2.2.1、CD4511引脚图：
图6、CD4511引脚图
2.2.2、CD4511引脚功能：
BI:
4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态是什么样的，七段数码管都会处于消隐也就是不显示的状态。
LE：
锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。
当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。
LT：
3脚是测试控制端，当BT=1时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮全部显示，它主要用来检测数7段码管是否有物理损坏。
A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。
A、b、c、d、e、f、g、为译码器输出端，输出为高电平1有效。
CD4511的里面有上拉电阻，可直接或者接一个电阻与七段数码管接口。
2.2.3、CD4511的工作原理：
图7、CD4511工作真值表
锁存功能：
译码器的锁存电路由传输门和反相器组成，传输门的导通或截止由控制器LE的电平状态。
当LE为“0”电平导通，TG2截止；当LE为“1”电平时，TG1截止，TG2导通此时有锁存作用
译码：
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。
消隐：
BI为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使B端输出为低电平，字形消隐。
2.3数码管：
此次试验选用的是共阴极数码管
图8、数码管原理图
数码管管脚：
1脚为g2脚为f3脚与电容相连接VCC
4脚为a5脚为b6脚为e
7脚为d8脚接地9脚为c
2、仿真结果：
利用仿真软件proteus对电路进行仿真。
按照总体的电路图，将各个元件，芯片，电源等排好，用导线连接，开始仿真，首先按下复位键，进行测试，先按S1键，数码管显示1，蜂鸣器响，再按其他键，每按一次蜂鸣器响一下，数码管不变。
测试完，再按复位键，进行其他键测试，现象同第一次测的，这里给出S3键的结果如图所示。
图9、电路仿真图
5、软硬件结合测试步骤和结果：
焊接完毕后，在接通电源前，先用万用表仔细检查各管脚间是否有短路，虚焊、漏焊现象。
检查无误后，先不要把各个集成块插入芯片插座中，然后接通电源，用手触摸桥碓,看看是否发热,或者用万用表测试其两端的电压是否在10V左右。
如果发热或者电压为零则说明电路中有短路的现象，要立刻切断电源，再做仔细的检查，改正后再进行同样的测试，直到正常为止。
再测试各个芯片的电压是否正常，正常的话可以把各个集成块芯片插入芯片插座中。
以上检查无误后,再进行调试。
首先按下复位键，用万用表测试芯片的电平，看电路连接是否正确，如有问题，要切断电源检查。
如果没有的就再按下抢答按钮S1，数码管的显示数字是否为“1”。
不是的话再仔细地检查电路中的连接，再看看蜂鸣器是否响。
是的话就依次按下S2、S3……S9，按照相同的操作，进行检查。
经检查和改正，电路板正确，进行测试。
首先给电路板VCC端接上8V的电压，接地端接地，电路板显示0，
按下复位键，再按下S1键，数码管显示1，且蜂鸣器响，再按其他键，每按一次，蜂鸣器响一次，且数码管显示的数字为1不变。
按下复位键，再按下S2键，数码管显示2，且蜂鸣器响，再按其他键，每按一次，蜂鸣器响一次，且数码管显示的数字为2不变。
按复位键，再按下S3键，数码管显示3，且蜂鸣器响，再按其他键，每按一次，蜂鸣器响一次，且数码管显示的数字为3不变。
其他的按键测试同上述过程。
由硬件测得的结果可看出，硬件测试出的结果与软件仿真出的结果相同。
6、设计收获和体会：
通过这次的课程设计，我学会了很多，了解了很多，而且学会了很多课本上学不到的知识，锻炼并提高了我的动手实践能力和独立思考能力，真的做到了学以致用。
之前都是在课堂上听老师讲，这一次要亲手去操作，去焊接电路板等，还是感觉很兴奋。
首先要理解题目要求，通过查阅书籍以及相关的资料等，作为参考，设计出电路图。
在这个过程中，会发现有很多的问题，也充分的体现了自己学习的知识的不足，也使我感觉到只学课本上的知识是远远不够的，还要理论和实践相结合，发现问题及时看书或者向老师同学请教，而且巩固了以前所学的知识，对其有了更深一步的理解，
在焊接电路板的过程中，一定要细心，注意不要漏焊、虚焊等，因为这是很重要的一步，因为接下来的实验是否成功，焊接的电路板起着决定性的作用。
在调试的过程中，我的电路板的555的芯片爆了，当时很疑惑，因为仿真的结果是正确的，然后我仔细检查了一下电路板，原来是我把芯片的管脚焊错了，所以细心真的很重要，因为马虎就能导致结果出不来或是更严重的后果，如果出现了问题，一定要静下心来，弄清楚到底是哪里出现了问题，而不是着急和烦躁，越是那样越检查不出错误在哪里。
总之，这一次的课程设计，我收获颇多，对我来说很有意义。
7、元器件清单
元件
型号
个数
单价（元）
芯片
CD4511
1
芯片
555
1
1
二极管
1N4148
21
0.2
三极管
9014
1
0.2
电阻
10K
8
0.1
2K
1
0.1
100K
1
0.1
330Ω
7
0.1
电容
0.01uf
1
0.5
0.1uf
1
0.5
47uf
1
0.5
100uf
1
0.5
按键
10
0.1
数码管
1
1
蜂鸣器
1
1
参考文献：
【1】．谢自美主编《电子线路设计实验测试》华中科技大学出版社
【2】．阎石主编《数字电子技术》高等教育出版社2007
【3】．任为民.《数字电子电路学习和实验指导》广播电视大学出版社1992
【4】．康华光.电子技术基础（数字部分）高等教育出版社2000
【5】．张庆双主编《实用电子电路200例》机械工业出版社
【6】.彭容修编《数字电子技术基础》 武汉理工大学出版
【7】.姚福安《电子电路设计与实践》山东科学技术出版社
【8】.蔡明生主编《电子设计》高等教育出版社
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