数显抢答器

4.4.1 电路设计要求

设计制作一个简易实用的8路数字显示抢答器。要求该电路具有抢答、编码、优先、锁存、数显及复位等功能。

4.4.2 电路设计与原理说明

根据设计要求，可选用一片含BCD——七段锁存／译码／驱动电路于一体的芯片CD4511作为核心的电路。图中SB1～SB8组成1～8路抢答键，D1～D12组成数字编码器，任意抢答键按下，都须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。从图4－4可看出，引脚6、2、1、7分别为BCD码的D、C、B、A位 （D为高位，A为低位，即D、C、B、A分别代表BCD码8、4、2、1位）。例如当SB8键按下，则高电平仅通过一只二极管加到CD4511的6脚，而2、1、7脚，保持低电平，此时CD4511输入的BCD码为“1000”。又如当SB5键按下，此时高电平便通过两只二极管加到CD4511的2脚与7脚，而6、1脚保持低电平，此时CD4511输入BCD码 “0101”。依此类推，按下第几号抢答键，输入的BCD码就是按键的号码并自动地由CD4511内部电路译码为十进制数在数码管上显示。

由于抢答器都是多位的 （满足多位参赛者抢答的要求），这就有一个判定先后的优先锁存电路，确保第一个抢答号码被锁存，且数码管显示该号码，同时拒绝后面抢答信号的干扰。CD4511内部电路与V1、VD13、VD14、R7、R8组成的控制电路可完成这一功能。当抢答键都未按下时，因CD4511的BCD码输入端都有接地的电阻 （10kΩ），所以此时BCD码输入端为 “0000”，则CD4511输出端a、b、c、d、e、f均为高电平，g为低电平。通过对0～9这10个数的分析可以得到，只有当数字为 “0”时，才出现d为高电平而g为低电平，这时V1导通，VD13、VD14的阳极均为低电平，使CD4511的5脚，即LE端为低电平，这种状态下CD4511没有锁存且允许BCD码输入。在抢答准备阶段，主持人会按复位键，数显为“0”状态，此时，抢答开始，当SB1～SB8任一键按下时，CD4511输出端d为低电平或输出端g为高电平，这两种状态必有一个存在或都存在，使CD4511的LE端 （第5脚），由“0”→“1”反应抢答信号的BCD码允许输入，并使CD4511的a、b、c、d、e、f、g七个输出状态锁存，且保持LE为“0”时输入的BCD码显示状态。例如SB1键第一个按下，数码管应显示“1”，此时仅b、c为高电平，而d为低电平。此时三极管V1的基极为低电平，集电极为高电平，经VD13加至CD4511第5脚，即LE“0”→“1”状态。则在LE为“0”时输入给CD4511的第一个BCD码数据，被判定优先锁存。所以数码管显示对应的SB1键送来的信号，SB1键之后任意按键信号都不显示。为了进行下一题的抢答，主持人须先按下复位键SB9，清除锁存器内的数据，数码管先是消隐一下，再复显“0”状态。此后，若SB5键第一个按下，这时数码管应显数为 “5”，与此同时CD4511的输出端14脚g为高电平（10脚d为低电平，12脚b为低电平，VD13截止），并通过VD14使CD4511的第5脚为高电平，此时LE由“0”→“1”状态，于是电路判定优先锁存，后面其他的按键信号被封锁。由此可见电路一旦判定 “优先锁存”后，任何抢答键均失去作用。

本电路除核心电路外，还有电源电路和讯响电路。电源电路采用LM317构成直流可调稳压电源，提供8V左右的直流电压给核心电路与讯响电路（UDD＝8V），这两部分的接地端 （GND）彼此相连。抢答器的讯响电路由多谐振荡电路稍作改进成音频多谱振荡器，其中R16＝R17＝10kΩ，扬声器（1／4W、8Ω）通过100μF电容接在NE555的3脚与地（GND）之间，C＝0.1μF，而R16没有直接电源VCC，而是通过4只IN4148组成的二极管或门电路，4只二极管的阳极分别接CD4511的1、2、6、7引脚。任何抢答按键按下，讯响电路都能振荡发出讯响声。

4.4.3 元件选择

（1）二极管选用IN4148，三极管选用9014。

（2）SB1～SB9选用按钮开关。

（3）数码管选用共阴极数码管。

（4）扬声器选用1／4W、8Ω。

（5）IC1选用CD4511，IC2选用NE555。

其他元器件参照图4－4中的参数进行选择。

4.4.4 电路制作与调试

8路数显抢答器可焊在一块电路板上。为了操作的方便，按键SB1～SB8及扬声器用适当长度的导线连接到电路板相应的接点上。只要整个电路元件良好，装配无误，本制作一般不必调试，当电路通电，按下任意抢答键，就能听到扬声器发出讯响声，同时数码管显示相应按键的号码。为了兼顾电路的正常工作及声音清脆，通常输入电压应选用8V的直流电源。

图4－4 数显抢答器的原理图