四路抢答器的设计与验证

广东省梅州农业学校（梅州市理工学校） 黄军文

四路抢答器的LED数码管显示优先抢答者号码，禁止显示其他抢答者号码，同时发响声，由主持人通过控制按钮清除LED数码管的显示和停止响声，并且控制抢答开始时刻。抢答开始时，电路处于开通状态，当第一个抢答者输入后，使电路处于锁存状态下，对后面的输入不作出响应，本电路使用具有锁存功能的BCD码4—7线译码/驱动器CD4511作为核心器件，实现优先抢答的锁存、译码输出驱动LED数码管显示。

一、电路原理

电路分成若干功能模块：抢答控制部分，译码驱动显示部分，发声部分。电路原理框图如图1所示。

1.CD4511在此电路中作为核心器件，具有锁存功能，能将输入的二—十进制码（8421BCD码）译成七段码（a～g），驱动阴极LED数码管。它是16脚双列直插式CMOS集成器件，管脚排列如图2所示。

管脚功能：

（1）VDD、VSS分别是正、负电源端，电源电压范围是3～18V。

（2）A、B、C、D是8421BCD码输入端，A是低位，D是高位。

（3）a～g是七段译码输出，高电平有效。

（4）/LT是灯测试端，当/LT=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。

（5）/BI消隐控制端，当/BI=0，且/LT=1时，a～g全为0，数码管不亮。

（6）LE锁存控制端，当LE=0时选通，当LE=1时锁存。

表1

2.电路工作原理。

抢答前，主持人按下复位按钮R后RS触发器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，由NE555定时器组成的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端输出端变为高电平，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，使数码管一直显示第一个抢答者的号码，多谐振荡器开始产生振荡，蜂鸣器发出响声。由于电路工作速度很快，第一个抢答者按下按钮瞬间，电路即刻完成锁存，所以同时出现抢答的几率很小。

二、EWB仿真验证

用EWB软件仿真设计各功能模块电路：

1.设计4—4线编码电路，4—4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8421BCD码，多人同时刻抢答的结果视为无效，可看成是约束项。编码表如表1所示。

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，得到：

a=A+C，b=B+C，c=D，d=0

根据化简后逻辑函数表达式分别用两个二极管VD1和VD2实现a=A+C和b=B+C逻辑关系。

2.采用CMOS集成或非门CD4001构成RS触发器，该触发器输入高电平有效。

图1 电路原理框图

图2 CD4511管脚排列示意图

图3 四路抢答器电路原理图

3.用二极管VD3、VD4、VD5、VD6和电阻R1、R2、R3、R4组成四输入或门电路。

4.用集成NE555定时器组成多谐振荡器。

5.用CD4511译码输出经220～330欧姆的电阻，限流后加到LED数码管各相应的阳极。

6.用七段共阴极LED数码管作为显示器。

7.R1～R17用1/8W的色环电阻器，C1和C2用瓷介电容器，在电路调试过程中，R14可用一个5.6K的固定电阻器串接一个50K的可变电阻器来暂时代替，当多谐振荡器产生振荡，蜂鸣器响时，调节可变电阻器，使蜂鸣器的响声快慢合适。调试结束，测量两电阻器串联的实际电阻值，用标称阻值与两电阻器串联阻值近似相等的电阻器代换焊上。

四路抢答器仿真电路图如图3所示。

三、结束语

本电路通过EWB仿真设计验证，电路工作可靠性很高。本文主要运用数字逻辑电路对四路抢答器电路进行设计，用EWB软件进行仿真验证，进一步提高数字逻辑电路的分析、设计能力。

[1]刘德旺等.电子实训制作[M].北京:中国水利水电出版社,2004.

[2]蒋正柏等.脉冲与数字电路[M].北京:中国商业出版社,1999.

[3]郑慰萱.数字电路技术基础[M].北京:高等教育出版社,1997.