数字电路设计——抢答器

《数字电路》课程设计报告

设计题目：优先抢答器

学生姓名：学号：

教师姓名：日期：

一、设计任务

讨论课的11个小组，设计一个优先抢答器，并用两个7段码显示组号。

①只显示第一个抢答组的号码；

②同时显示前两个抢答组的号码（双优先）；

二、电路原理

整个电路分为三个部分：输入、处理、输出。输入由11个开关构成，当开关按下时代表该组发出抢答申请。为了节省芯片的使用及锁存功能的实现，处理与输出用CD4511串联共阴数码管实现。

CD4511 是一片 CMOS BCD—锁存/7 段译码/驱动器，用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码-七段码译码器。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。可直接驱动共阴LED数码管。

真值表如下：

CD4511输入中D为最高位，可以输出0~9，且具有锁存功能（可以节省一个锁存器的使用）。

输入电路：

输入有主次之分，1、2、4、8为主：直接连接A、B、C、D，剩余的数用以上4个数表示（比如7为=1+2+4=111，因此7组的开关有三个分支，分别与1、2、4所在线相连。）

由于在1、2、4、8导线连了所有的开关，如果一个开关闭合，则1、2、4、8都可能导通，因此为了避免输入间相互干扰，在每个开关后需加上二极管。

处理及输出电路：

由于CD4511可直接驱动共阴数码管，所以CD4511与数码管组成处理及输出电路。具体输出原理见上文对CD4511的描述。

锁存功能的实现：

当有一个输入时马上锁存：判断是否有输入用5个或门实现，然后接LE 端。为了实现信号的同步性，使用了延时器使经过或门处理后的信号延时保持一致。

三、电路仿真和结果分析

表1 器件及其参数

图1 电路仿真图

结果分析：

该电路能直接显示首先按下的组，但是可能由于仿真算法的原因，在锁存后短暂的时间内，数码管会变为无显示，尽管在整个过程用电压计测量出电位变化正常，且当使用4511BP和数码管时，固定输入型号，改变LE的值，数码管的显示也会出现上述情况。在网上也看到有帖子也有类似的情况，但是在实物连接后可以正常工作。

任意两组开关的按下动作应有一个短暂的间隔，否则会报错。此外，如果多次按11的开关，会偶尔出现报错的现象。

四、总结及心得体会

该电路在仿真时，任意两组开关的按下动作应有一个短暂的间隔，否则会输入混乱，在实验中尝试通过添加延时器使通过或门和延时器的信号延迟与直接通过CD4511的信号延迟相同，但如果延时器A1延时<250ns时，数码管显示受到影响，因此这个延时在软件上不能同步。但是相比较于人的反应时间（即听到按铃信号到按铃的动作之间的间隔），以上延迟的影响可以忽略。

该电路只能满足设计的第一个要求，无法满足第二个要求。如需满足第二个要求，则需要“过滤”第一个输入的组，而当第二个组按下开关时，向

CD4511输入的是第一组和第二组的混合型号，也可看作第二个输入组是搭载在第一组的输入里进行输入。

该电路除了CD4511外没有使用其他芯片，输入用导线连接的方式来表示，因此如果有更多的组要输入，则可以只增添连接在输入为1、2、4、8的导线数，不用对电路进行大的修改，简单易操作。

如果要实现双优先则需改变输入电路，采用组合逻辑设计而非导线连接。当在芯片输出端检测到有输出时，在短暂的延时后使使能端无效，但是这样做的最大弊端是需要使用大量的74x138芯片，在7组及以下时每组需使用一个芯片，在8-11组，每组需要两个芯片，然后根据组数确定芯片对应输出端，并将输出端接入CD4511。这样的输入信号可看作是脉冲信号，当第一个脉冲信号时，锁存第一个数码显示管；此外需在每两组74x138输出端上加一个判断有两个输出的电路（2个锁存器串一个与门，然后这些与门或起来去控制第二个显示数码管）。但是这样的电路需使用大量的芯片，相比于本设计的电路，成本过高。因此若可不实现双优先功能，本设计的电路简单、成本低廉。

通过该设计，加深了对CD4511及课上所学知识的理解，同时也锻炼了识别、搭建电路的能力。