数显智力抢答器

五、数显智力抢答器

(一)实训

1.实训电路设计要求

运用CD4511集成电路，完成一个性能稳定，效果良好的智力抢答器的设计。当按下相应的按键，有相应的编号在数字显示器上显示出来。

2.实训目的

①了解集成电路CD4511集成电路的使用方法。

②通过实训能够熟练地掌握CD4511的消隐和锁存功能。

③熟练BCD8421编码。

3.实训电路原理图

如图7－9所示。

图7－9　数显智力抢答器电路图

4.实训知识储备

①CD4511集成电路知识。

②LED数码管运用。

5.实训工作原理

①S1～S9组成1～9路抢答键，D1～D15组成数字编码器，任一抢答键按下，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。从学习CD4511的引脚可知，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)。设S8键按下，则高电平仅通过1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BCD码为“1000”。又如有S5键按下，此时高电平便通过2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码是“0101”。依此类推，按下第几号抢答键，输入的BCD码就是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。

②由于抢答器都是多路即满足多位参赛者抢答的要求，这就有一个先后判定的锁存优先的电路，确保第一个抢答信号锁存住同时数码显示并拒绝后面抢答信号的干扰。CD4511内部电路与VT1、D16、D17、R4、R5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(l0K)，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个数的分析可以看到，只当数字为“0”时，才出现d为高电平而g为低电平，这时VT1导通，D16、D17的阳极均为低电平，使CD4511的第5脚，即LE端为低电平“0”，这种状态下CD4511没有锁存而允许BCD码输入。

③在抢答准备阶段，主持人会按复位键，数显为“0”态，正是这种情况下，抢答开始，当S1～S9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，迫使CD4511的LE端(第5脚)，由“0”翻转为“1”反映抢答键信号的BCD码允许输入，并使CD4511的a、b、c、d、e、f、g七个输出锁存保持在LE为“0”时输入的BCD码之显示状态。

④例如，S1键第一个按下，数码管应显示“1”，此时仅e、f为高电平，而d为低电平。此时三极管VT的基极亦为低电平，集电极为高电平，经VT1加至CD4511第5脚，即LE从“0”翻转为“1”状态。则在LE为“0”时输入给CD4511的第一个BCD码数据，被判定优先而锁存。所以数码管显示对应S1键送来的信号是1，S1键之后的任一按键信号都不显示。为了进行下一题抢答，主持人须先按下复位键S10，清除锁存器内的数值，数显先是熄灭一下，再恢复“0”显示状态。此后，若S5键第一个按下，这时应立即显示“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h为低电平，VT1截止)，并通过V₁₄使CD4511的第4脚为高电平，此时LE从“0”翻转为“1”状态，于是电路判定优先锁存，后边的按键信号被封住，可见电路一旦“优先锁存”后，任何抢答键均失去作用。

6.实训中出现的问题及问题解决方框图

(1)电路工作方框图(图7－10)

7－10　数显智力抢答器电路工作方框图

(2)实训中出现的问题及解决方法

①按下按键，数码管不能固定显示数字，怎么办？A.U1的b或g有无高电平＞＞有。B.查U1的5脚有无高电平＞＞有＞＞成功。

图

②按下2时能锁定，这时再按3时，数码管会显示3，怎么办？A.查U1的b或g有无高电平＞＞有。B.查U1的5脚有无高电平＞＞无。C.更换U1＞＞成功。

③按下任何按键，第一笔总是不显，怎么办？A.查U1的a有无高电平＞＞有。B.查该端有元虚焊＞＞无。C.查DS1的a有无高电平＞＞无。D.更换DS1＞＞成功。

(二)元器件的选择

1.元器件清单

表7－6　数显智力抢答器元器件清单表

2.元器件选择注意点

①LED数码管只能用共阴。

②R1是4个10K的电阻，或10K的排阻。

③S₁～S₁₀都是不带锁的轻触按键。

(三)知识升华

本抢答器在抢答成功时没有声音提示(讯响电路)，请给这个电路加一个讯响电路。