八人智力竞赛抢答器数电课程设计

长沙学院
数电课程设计说明书
题目八人智力竞赛抢答器系(部)
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起止日期
数字电子技术课程设计任务书(9)系（部）：专业：指导教师：
长沙学院课程设计鉴定表
目录
一．八人智力竞赛抢答器 (4)
二．设计思路及电路仿真 (5)
1.74HC4511和七段显示数码管 (5)
2.抢答部分原理 (7)
3.用555定时器组成的多谐振荡器 (8)
4.74LS192芯片 (9)
5.定时部分原理 (10)
三．设计心得与体会 (11)
四．参考文献 (12)
一．八人智力竞赛抢答器
1.基本功能：
（1）设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8 名选手或8 个代表队参加比赛，他们的选号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S0,S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。

（2）给节目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）和抢答器的开始。

（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。

此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。

优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

2.扩展功能：
（1）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如15 秒）。

当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出声响。

（2）参加选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。

（3）如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示0。

二．设计思路及电路仿真
1.74HC4511和七段显示数码管
74HC4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器（如图2）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。

74HC4511 是一片CMOS BCD—锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图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74HC4511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。

图1 74HC4511引脚图
图2 七段显示数码管
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。

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”。

如果该端为低电平，则译码器输出全为高电平，该端拥有最高级别权限，只要它为0，既有上述现象，而与其余所有输入端状态无关。

2 功能主要用于测试目的，因此正常使用中应接高电平。

LE：5脚是锁定控制端。

当BI、LT为1时，若该端为高电平，则加在A、B、C、D端的外部编码信息不能进入译码，所以译码器的输出状态保持不变；当LE=0时，则A、B、C、D端的BCD码一经改变，译码器就立即输出新的译码值。

A、B、C、D：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。

2.抢答部分原理
抢答部分如图3所示，是由4511芯片以及七段显示器组成。

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这高位，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。

图3 抢答部分电路图
3.用555定时器组成的多谐振荡器
用555定时器组成的多谐振荡器如图4所示，多谐振荡器是一种在接通电源后，就能产生一定频率和一定幅值矩形波的自激振荡器，常做脉冲信号源。

由于555定时器内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，用555定时器组成的多谐振荡器的震荡频率受电源电压和温度变化的影响小。

图4 用555定时器组成的多谐振荡器
4.74LS192芯片
74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如图5所示，CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。

LD为预置输入控制端，异步预置。

CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。

CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出，BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。

图5 74LS192引脚
5.定时部分原理
定时部分由555多谐振荡器、192计数器、七段LED显示器、蜂鸣器组成，其功能：主持人按下开关，9秒到计时开始，选手必须在规定时间内抢答，当倒计时结束即显示器显示为0是还没有人抢答则蜂鸣器响起。

此时抢答部分锁存，抢答无效。

若时间没到有选手抢答，抢答部分锁存，显示器分别显示选手号数和抢答时间如图7。

图6 定时部分电路
图7 八路定时抢答器原理图
三．设计心得与体会
本次课程设计的课题是八路智力抢答器，由于对各种芯片了解不够深入，在设计过程中，遇到过很多问题，往往看似没有问题的地方就是问题所在，因此，检查电路的工作就显得尤为的重要了。

通过本次课程设计，我发现耐心对于一个人的重要性，因为一个电路图往往是非常复杂的，没有耐心的梳理检查，是很难发现问题所在。

本次设计通过咨询老师、上网、以及同学的帮助解决了不少困惑。

并且掌握了更多有关74LS4511芯片、74LS192芯片的知识。

可以说是收获颇丰。

本次课程设计，也让我发现自己的很多不足之处，比如对各种芯片了解不多，掌握的软件不多等，原本本次实验所用的软件是multisim12,但其4511芯片无锁存功能，因此改用protues8.0,这是一款自己没有使用过的软件，好在其使用简单并且有同学的帮助，我成功完成本次设计。

因此我也认识到自己所掌握的软件不足的情况。

当然，我将继续努力，努力掌握更多的知识和软件。

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