八路智力抢答器

十四、八路智力抢答器

(一)实训

1.实训电路设计要求

抢答器我们在之前电子制作的学习中已经学过，但是能不能在之前的基础上设计一个智力抢答器，能够实现如下功能：　

①8名选手编号为1、2、3、4、5、6、7、8。各有一个按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8。

②给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零(抢答显示数码管灭灯)和抢答开始。

③抢答器具有数据锁存功能。抢答开始后，若有选手优先按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在抢答器上显示该编号。同时蜂鸣器给出音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手进行抢答。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

④抢答器具有定时功能，当主持人按下开始开关后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束蜂鸣器响，提示抢答的有效时间结束。参赛选手在设定的时间里抢答有效，抢答成功，蜂鸣器响，音响持续1秒。同时，定时器停止倒计时，抢答器显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。

⑤如果抢答定时已到，却无选手抢答的话，本次抢答无效，系统蜂鸣器报警，并封锁(输入)编码输出电路，禁止选手超时抢答，时间显示“0”。

2.实训目的

①了解集成电路CD4510的工作原理。

②掌握八路智力抢答器电路的设计、组装与调试方法。

③进一步熟悉数字集成电路的设计与使用方法。

3.实训电路原理图

如图8－31所示。

4.实训知识储备

集成电路的CD4510的工作原理。

5.实训电路工作原理

①定时脉冲电路主要是由NE555组成的多谐振荡器构成。假定电路完成后，调节可调电阻RP2使NE555产生的脉冲周期T1=1秒，此时定时器定时的最小单位时间为1秒。

②定时电路主要是由四位拨码开关S9、S10及计数器U3、U7组成。当主持人还没拨通开始开关S0的时候，U3、U7的LD端为低电平，可以通过拨码开关对计数器预置数。假设把开关S9的2脚与7脚相连，而其余脚不相接，同时S10管脚均不相接，此时定时器相当于定时40秒。

③当主持人还没拨通开始开关S0时，CD4511的4脚为低电平消隐，数码管DS1不显示任何数字，此时选手不能进行抢答。

④当主持人拨通开关S0宣布抢答开始，U3、U7的LD端为高电平，定时器把预置数据置入计数器中，计数器在得到U6提供的脉冲时作减计数，即倒计时。同时因此时CD4511的4脚为高电平，数码管DS1可以正常显示，没抢答时显示“0”。

⑤假设预定的时间内，如果没有选手进行抢答的话，倒计时结束的瞬间U3的7脚由高电平变为低电平。7脚的低电平经U2A反相后输出高电平，使得由与非门U2B、U2C组成的多谐振荡器起振，三极管Q1导通，蜂鸣器鸣叫报警1s，指示定时结束。同时U3的7脚输出的低电平经与非门U2D、U5A、U5B作用后，U5的4脚输出高电平分别加至U1的脚、U4、U8的1脚。此时U1、U4、U8被锁存无法译码，三个数码管锁存显示“0”。此时选手不能再进行抢答，同时定时器也不能再进行倒计时。

⑥假设预定的时间里，有选手抢答成功的话，不管是哪个选手抢答到都能使二极管D17或D19为高电平：　D17或D19输出的高电平；一来使得U1锁存，数码管DS1显示抢答到的选手编号，此时其他选手不能进行抢答；二来使得U4、U8锁存，数码管DS2、DS3显示剩余抢答时间。同时在抢答的过程中二极管D14、D15、D16、D18至少有一个为输出高电平，使得与非门U2B、U2C组成的多谐振荡器起振，三极管Q1导通，蜂鸣器鸣叫报警1S，指示有选手抢答成功。

⑦无论是在预定时间有没有选手抢答成功，要进行下一轮抢答的话，都要主持人重拨开始开关。

6.作品调试

①作品完成后，上电后调好定时脉冲的周期，一般来说最好是周期为1秒，定时脉冲周期T1=0.69(R44+2RP2)×C3。这样定时器的最小的定时单元为1秒，预定的时间就是数码管显示的起始数字。

②定时主要是由S9、S10决定，计数器U3、U7的预置端D1～D4的状态决定预置数。例如拨动拨码开关使U3、U7的预置端D1～D4的状态分别为：　0110、0011，这时转化成相应的十进制数分别为：　6、3，即是预置数为63，定时数为63秒。不过在预定时的时候要保证U3、U7的LD为低电平，预置数置入计数器时，LD要为高电平。

③音响多谐振荡电路中，震荡脉冲周期T2=2.3RP1×C1，调节RP1使周期T2=1秒。音响电路周期尽量不太长，否则会影响效果。

④在定时器倒计时结束的瞬间，U3的7脚输出低电平，B点为高电平，电容C2瞬间充满电，再经反相使选手不能再进行抢答并且定时器不再倒计时。

7.实训中出现的问题及问题解决方框图

(1)电路工作方框图(见图8－30)

(2)实训中出现的问题及解决方法

①在主持人宣布进行抢答后，在预定的时间里倒计时结束时，没选手抢答成功。数码管DS1、DS2、DS3都显示“0”，但是蜂鸣器发出0.5秒报警声，在主持人没有宣布进行下轮抢答的情况下，却有选手能进行抢答。A.由问题现象可知道U2、U3、U4、U5、U6、U7工作正常，问题就出在U1锁存控制电路。B.首先用万用表测试U15脚对地电压，若低的话，就检测二极管D21的好坏。C.若高的话，更换U1即可解决问题。

②在主持人宣布进行抢答，数码管在预定的时间里倒计时显示。在有效的抢答时间里，有选手抢答成功，其他选手不能进行抢答，蜂鸣器发出0.5s报警声，数码管DS2、DS3依旧在倒计时显示数字。A.由问题现象可知道U1、U2、U3、U5、U6、工作正常，问题就出在U4、U7锁存控制电路。B.首先用万用表检测U4、U7的5脚对地电压，若低的话，就检测其相关的连接电路。C.若高的话，更换U4、U7即可解决问题。

(二)元器件的选择

1.元器件清单

表8－14

2.元器件注意点

①DS1～DS3为0.56寸共阴数码管。

②Bell为5V有源蜂鸣器。

③U3、U7为十进制同步加/减法计数器，如果买不到的话，可以用CD40192代替。

④S9～S10为四位一体拨码开关，也可以用八位一体的拨码开关代替。

⑤CD4511与CD4543都是译码、驱动器，可以互相代替。

(三)知识升华

①在本实训的基础上，设计一个十六路智力抢答器电路，如何去设计？

②在本实训的基础上，设计一个能够进行优先锁存和优先抢答的八路智力抢答器电路，该如何去设计？

图8-31　八路智力抢答器电路图