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　　一、電路設(shè)計(jì)
　　
　　1．設(shè)計(jì)要求
　　
　　用組合邏輯器件CD4511構(gòu)成四路搶答器。

　　CD4511實(shí)現(xiàn)優(yōu)先搶答的鎖存、譯碼輸出驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示先搶答者的號(hào)碼，同時(shí)四路搶答器發(fā)出響聲；主持人通過“復(fù)位”按鈕清除LED數(shù)碼管的顯示和停止響聲。

　　CD4511是具有鎖存功能的BCD碼4-7線譯碼/馬區(qū)動(dòng)器。CD4511能將輸入的二一十進(jìn)制碼（8421BCD碼）譯成七段碼(a～g)，驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管。它是16腳雙列直插式CMOS的集成器件，引腳排列如下圖所示。其各引腳功能如下：

 

　　●UDD、USS分別是正、負(fù)電源端，電源電壓范圍是3～18V。

　　●A、B、C、D是8421BCD碼輸入端oA是低位，D是高位。

　　●a～g是七段譯碼輸出，高電平有效。

　　●LT的反是燈測(cè)試端。當(dāng)LT的反=0時(shí)，無論其他輸入端狀態(tài)如何，此時(shí)a～g全為1，LED所有段全亮。可利用此來檢查數(shù)碼管的好壞。

　　●Bl是消隱控制端。當(dāng)Bl的反=0，且LT的反=1時(shí)，a～g全為0，數(shù)碼管不亮。

　　●LE是鎖存控制端。當(dāng)LE=0時(shí)選通，LE=1時(shí)鎖存。

 

 

　　2．電路組成
　　
　　設(shè)計(jì)的電路組成框圖如下圖所示。

　　搶答前，主持人按下“復(fù)位”R按鈕后，RS觸發(fā)器的Q輸出端輸出低電平，CD4511處于消隱工作狀態(tài)，LED數(shù)碼管不顯示，多諧振蕩器不產(chǎn)生振蕩，蜂鳴器不響。開始搶答時(shí)，第一個(gè)搶答者按下按鈕后，輸入的高電平經(jīng)編碼電路編成對(duì)應(yīng)的8421BCD碼，輸入到CD4511中。與此同時(shí)，RS觸發(fā)器的S輸入端輸入高電平后，其Q輸出端變?yōu)楦唠娖?，CD4511處于鎖存工作狀態(tài)，將此時(shí)CD4511輸入對(duì)應(yīng)的譯碼輸出鎖存起來，使數(shù)碼管保持顯示第一個(gè)搶答者的號(hào)碼，同時(shí)多諧振蕩器開始產(chǎn)生振蕩，蜂鳴器發(fā)出響聲。

 

 

　　3．各單元電路設(shè)計(jì)
　　
　　各單元設(shè)計(jì)電路如下圖所示。其中C3和R6組成上電復(fù)位電路。上電后的時(shí)刻，CD4001的⑥腳瞬時(shí)輸入高電平，④腳輸出低電平，使LED數(shù)碼管不亮，多諧振蕩器停止振蕩，蜂鳴器不響。無搶答輸入時(shí)，集成器件CD4001的A、B、C輸入端分別通過R4、R3、R1接“地”（低電平）。

4-3線編碼電路的功能是將四路搶答輸入信號(hào)分別編成對(duì)應(yīng)的BCD碼。由于電路工作速度很快，幾乎不會(huì)出現(xiàn)多人同時(shí)刻搶答情況，多人同時(shí)刻搶答的結(jié)果也無效。所以將多人同時(shí)刻搶答輸入信號(hào)看成任意項(xiàng)。搶答輸入為高電平，用“1”表示；無搶答輸入為低電平，用“0”表示。4-3線編碼器真值表如下表所示（其中高位D恒為0）。

 

 

 

 

　　用卡諾圖化簡輸出a、b、c、d與輸入A、B、C、D的邏輯函數(shù)表達(dá)式為：

　　a=A+C，b=B+C，c=D，d=0根據(jù)化簡后邏輯函數(shù)表達(dá)式，用二極管D1和D2分別實(shí)現(xiàn)a=A+C和b=B+C。

　　用CMOS的集成或非門CD4001構(gòu)成RS觸發(fā)器。其①腳為S輸入端，⑥腳為R輸入端。用二極管D3、D4、D5、D6和電阻R5組成4輸入或門電路，實(shí)現(xiàn)S=A+B+C+D。用集成555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器。采用蜂鳴器作為發(fā)音器件。CD4511譯碼輸出經(jīng)220～330Ω的電阻限流后加到LED數(shù)碼管各相應(yīng)的陽極。

二、電路制作

　　1．印制電路板圖的設(shè)計(jì)

　　用Protel99SE軟件畫電路圖后，生成網(wǎng)絡(luò)表文件，然后進(jìn)行印制電路板圖（PCB圖）的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的PCB如下圖所示。

 

 

　　2．制作印制電路板
　　
　　通過激光打印機(jī)將PCB的底層圖按1：1比例打印到熱轉(zhuǎn)印紙的光滑面上。將單面敷銅板的敷銅面用細(xì)砂紙輕刷干凈，將熱轉(zhuǎn)印紙有碳墨粉這面的PCB圖貼于敷銅面上，用熨斗熨燙，使碳墨粉沾附在敷銅面上；待冷卻后，輕輕撕下熱轉(zhuǎn)印紙。然后將印有碳墨粉的敷銅板放到腐蝕液中腐蝕，沒有碳墨粉覆蓋的敷銅被腐蝕掉，剩下有碳墨粉覆蓋的敷銅線條。腐蝕液可用雙氧水、鹽酸加水配制。將腐蝕好的電路板用水清洗，用直徑0.8mm的鉆頭鉆孔后，就做成了印制電路板。

　　3．元件選擇
　　
　　R1～R17用1/8W的色環(huán)電阻器；C1、C2和C3用瓷介電容器；A～D和R五個(gè)按鈕采用輕觸型復(fù)位按鈕。LED數(shù)碼管采用共陰極型。采用有源蜂鳴器，改變R14的阻值，改變多諧振蕩器的振蕩頻率，就可以調(diào)節(jié)蜂鳴器鳴響的音調(diào)。元件和集成器件插座焊接完畢后，再將U1～U4集成器件地插在相應(yīng)的集成器件插座上。