CD4511构成四路抢答器

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/马区动器。CD4511能将输入的二一十进制码（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，引脚排列如下图所示。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oA是低位，D是高位。

　　●a～g是七段译码输出，高电平有效。

　　●LT的反是灯测试端。当LT的反=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。

　　●Bl是消隐控制端。当Bl的反=0，且LT的反=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下图所示。

　　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

　　各单元设计电路如下图所示。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线编码器真值表如下表所示（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如下图所示。

　　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。