四路搶答器的設(shè)計與驗(yàn)證

廣東省梅州農(nóng)業(yè)學(xué)校（梅州市理工學(xué)校） 黃軍文

四路搶答器的LED數(shù)碼管顯示優(yōu)先搶答者號碼，禁止顯示其他搶答者號碼，同時發(fā)響聲，由主持人通過控制按鈕清除LED數(shù)碼管的顯示和停止響聲，并且控制搶答開始時刻。搶答開始時，電路處于開通狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝粋€搶答者輸入后，使電路處于鎖存狀態(tài)下，對后面的輸入不作出響應(yīng)，本電路使用具有鎖存功能的BCD碼4—7線譯碼/驅(qū)動器CD4511作為核心器件，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先搶答的鎖存、譯碼輸出驅(qū)動LED數(shù)碼管顯示。

一、電路原理

電路分成若干功能模塊：搶答控制部分，譯碼驅(qū)動顯示部分，發(fā)聲部分。電路原理框圖如圖1所示。

1.CD4511在此電路中作為核心器件，具有鎖存功能，能將輸入的二—十進(jìn)制碼（8421BCD碼）譯成七段碼（a～g），驅(qū)動陰極LED數(shù)碼管。它是16腳雙列直插式CMOS集成器件，管腳排列如圖2所示。

管腳功能：

（1）VDD、VSS分別是正、負(fù)電源端，電源電壓范圍是3～18V。

（2）A、B、C、D是8421BCD碼輸入端，A是低位，D是高位。

（3）a～g是七段譯碼輸出，高電平有效。

（4）/LT是燈測試端，當(dāng)/LT=0時，無論其他輸入端狀態(tài)如何，此時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。

（5）/BI消隱控制端，當(dāng)/BI=0，且/LT=1時，a～g全為0，數(shù)碼管不亮。

（6）LE鎖存控制端，當(dāng)LE=0時選通，當(dāng)LE=1時鎖存。

表1

2.電路工作原理。

搶答前，主持人按下復(fù)位按鈕R后RS觸發(fā)器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，由NE555定時器組成的多諧振蕩器不產(chǎn)生振蕩，蜂鳴器不響。開始搶答時，第一個搶答者按下按鈕后，輸入的高電平經(jīng)編碼電路編成對應(yīng)的8421BCD碼，輸入到CD4511中。與此同時，RS觸發(fā)器的S輸入端輸入高電平后，其Q端輸出端變?yōu)楦唠娖?，CD4511處于鎖存工作狀態(tài)，將此時CD4511輸入對應(yīng)的譯碼輸出鎖存起來，使數(shù)碼管一直顯示第一個搶答者的號碼，多諧振蕩器開始產(chǎn)生振蕩，蜂鳴器發(fā)出響聲。由于電路工作速度很快，第一個搶答者按下按鈕瞬間，電路即刻完成鎖存，所以同時出現(xiàn)搶答的幾率很小。

二、EWB仿真驗(yàn)證

用EWB軟件仿真設(shè)計各功能模塊電路：

1.設(shè)計4—4線編碼電路，4—4線編碼電路的功能是將四路搶答輸入信號分別編成對應(yīng)的8421BCD碼，多人同時刻搶答的結(jié)果視為無效，可看成是約束項(xiàng)。編碼表如表1所示。

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，得到：

a=A+C，b=B+C，c=D，d=0

根據(jù)化簡后邏輯函數(shù)表達(dá)式分別用兩個二極管VD1和VD2實(shí)現(xiàn)a=A+C和b=B+C邏輯關(guān)系。

2.采用CMOS集成或非門CD4001構(gòu)成RS觸發(fā)器，該觸發(fā)器輸入高電平有效。

圖1 電路原理框圖

圖2 CD4511管腳排列示意圖

圖3 四路搶答器電路原理圖

3.用二極管VD3、VD4、VD5、VD6和電阻R1、R2、R3、R4組成四輸入或門電路。

4.用集成NE555定時器組成多諧振蕩器。

5.用CD4511譯碼輸出經(jīng)220～330歐姆的電阻，限流后加到LED數(shù)碼管各相應(yīng)的陽極。

6.用七段共陰極LED數(shù)碼管作為顯示器。

7.R1～R17用1/8W的色環(huán)電阻器，C1和C2用瓷介電容器，在電路調(diào)試過程中，R14可用一個5.6K的固定電阻器串接一個50K的可變電阻器來暫時代替，當(dāng)多諧振蕩器產(chǎn)生振蕩，蜂鳴器響時，調(diào)節(jié)可變電阻器，使蜂鳴器的響聲快慢合適。調(diào)試結(jié)束，測量兩電阻器串聯(lián)的實(shí)際電阻值，用標(biāo)稱阻值與兩電阻器串聯(lián)阻值近似相等的電阻器代換焊上。

四路搶答器仿真電路圖如圖3所示。

三、結(jié)束語

本電路通過EWB仿真設(shè)計驗(yàn)證，電路工作可靠性很高。本文主要運(yùn)用數(shù)字邏輯電路對四路搶答器電路進(jìn)行設(shè)計，用EWB軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證，進(jìn)一步提高數(shù)字邏輯電路的分析、設(shè)計能力。

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