四路抢答器的设计和制作

作者：韦穗林 一、电路设计 1.设计要求 用组合逻辑器件CD4511 构成四路抢答器。CD4511 实现优先抢答的锁存、译码输出驱动LED数码管显示先抢答者的号码，同时四路抢答器发出响声；主持人通过“复位”按钮清除LED数码管的显示和停止响声。CD4511 是具有锁存功能的BCD码4-7线译码/驱动器。CD4511能将输入的二—十进制码（8421BCD 码）译成七段码（a~g），驱动共阴极LED 数码管。它是16脚双列直插式CMOS的集成器件，引脚排列如图 1所示。其各引脚功能如下： ● UDD、USS 分 别是正、 负电源端，电源电压范围是 3~18V。 ● A、B、C、D 是8421BCD 码输入端。A是低位，D 是高位。 ● a~g 是七段译码输出，高电平有效。 ● /LT 是灯测试端。当/LT＝0时，无论其他输入端状态如何，此时 a~g 全为 1，LED所有段全亮。可利用此来检查数码管的好坏。 ● /BI是消隐控制端。当/BI =0，且/LT =1 时，a~g 全为 0，数码管不亮。 ● LE是锁存控制端。当LE=0时选通，LE=1时锁存。   2.电路组成 设计的电路组成框图如图2所示。抢答前，主持人按下“复位”R按钮后， RS触发器的Q输出端输出低电平，CD4511处于消隐工作状态，LED数码管不显示，多谐振荡器不产生振荡，蜂鸣器不响。开始抢答时，第一个抢答者按下按钮后，输入的高电平经编码电路编成对应的 8421BCD码，输入到CD4511中。与此同时，RS 触发器的S输入端输入高电平后，其Q输出端变为高电平，CD4511处于锁存工作状态，将此时CD4511 输入对应的译码输出锁存起来，使数码管保持显示第一个抢答者的号码，同时多谐振荡器开始产生振荡，蜂鸣器发出响声。                 3.各单元电路设计 各单元设计电路如图3所示。其中C3和R6组成上电复位电路。上电后的时刻，CD4001的⑥脚瞬时输入高电平，④脚输出低电平，使LED数码管不亮，多谐振荡器停止振荡，蜂鸣器不响。无抢答输入时，集成器件CD4001的A、B、C输入端分别通过 R4、R3、R1接“地”（低电平）。4—3 线编码电路的功能是将四路抢答输入信号分别编成对应的BCD码。由于电路工作速度很快，几乎不会出现多人同时刻抢答情况，多人同时刻抢答的结果也无效。所以将多人同时刻抢答输入信号看成任意项。抢答输入为高电平，用“1”表示；无抢答输入为低电平，用“0”表示。4—3线编码器真值表如表 1所示(其中高位D恒为0)。                         用卡诺图化简输出 a、b、c、d与输入A、B、C、D 的逻辑函数表达式为：a=A+C，b=B+C，c=D，d=0根据化简后逻辑函数表达式，用二极管D1和D2 分别实现a=A+C和 b=B+C。用 CMOS的集成或 非门CD4001构成RS 触发器。其①脚为S输入端，⑥脚为R输入端。用二极管D3、 D4、D5、 D6 和电阻R5 组成 4输入或门电路，实现 S=A+B+C+D。用集成 555定时器构成多谐振荡器。采用蜂鸣器作为 发音器件。CD4511译码输出经220~330Ω的电阻限流后加到 LED数码管各相应的阳极。   二、电路制作 1.印制电路板图的设计 用Protel99SE软件画电路图后，生成网络表文件，然后进行印制电路板图（PCB图）的设计。设计的PCB如图4所示。 2.制作印制电路板 通过激光打印机将PCB的底层图按1：1比例打印到热转印纸的光滑面上。将单面敷铜板的敷铜面用细砂纸轻刷干净，将热转印纸有碳墨粉这面的PCB图贴于敷铜面上，用熨斗熨烫，使碳墨粉沾附在敷铜面上；待冷却后，轻轻撕下热转印纸。然后将印有碳墨粉的敷铜板放到腐蚀液中腐蚀，没有碳墨粉覆盖的敷铜被腐蚀掉，剩下有碳墨粉覆盖的敷铜线条。腐蚀液可用双氧水、盐酸加水配制。将腐蚀好的电路板用水清洗，用直径0.8mm的钻头钻孔后，就做成了印制电路板。 3.元件选择 R1~R17用1/8W的色环电阻器；C1、 C2和C3用瓷介电容器；A~D和R五个按钮采用轻触型复位按钮。 LED数码管采用共阴极型。采用有源蜂鸣器，改变R14的阻值，改变多谐振荡器的振荡频率，就可以调节蜂鸣器鸣响的音调。元件和集成器件插座焊接完毕后，再将U1~U4集成器件地插在相应的集成器件插座上。 本电路比较简单，电路无须调试。适合初学者学习和制作。