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1、2.4 抢答器的工作流程抢答器的基本工作原理:在上电之后，系统开始运行，在抢答过程中，会有多个信号同时或不同时送入主电路中，抢答器内部电路和 CD4511 集成芯片会开始工作，并识别、记录第一个号码。在整个抢答器工作过程中，编码电路、优先锁存译码电路、显示电路、报警电路都会运行。抢答器的工作流程分为正常抢答流程、主持人复位等几部，如图 2-2 所示。2.5 抢答器的工作过程1、开始上电之后，主持人按复位键，抢答开始。如有选手按下抢答键，报警电路会发出讯响声，并且数码显示电路上会显示成功抢答的选手的编号。2、当有选手抢答成功之后，系统就进行了优先锁存，其他抢答选手抢答无效。 3、如果主持人未按下
2、复位键，而有人按了抢答按键，此次抢答无效，只有当主持人按下了复位键，选手才能进行顺利抢答。第 3 章 抢答器的单元电路设计八路智能抢答器主要由数字编码电路、译码优先锁存驱动电路、数码显示电路和报警电路组成。现简单介绍八路智能抢答器设计中的各单元电路的设计的情况。3.1 抢答器设计中的数字编码电路参考电路如图 3-1 所示，S1S8 组成 18 路抢答器，D1D12 组成数字编码器。该电路完成的功能是：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 CD4511 的引脚可以看出，引脚 6，2，1，7 分别为 BCD 码的 D、C 、B、 A 位（D 这高位，A 为低
3、位，即 D、C、B、A 分别代表 BCD 码 8、 4、2、1 位） 。工作过程：当电路上电，主持人按下复位键，选手就可以开始抢答。当选手1 按下 S1 抢答键，高电平通过编码二极管 D1 加到 CD4511 集成芯片的 7 脚（A 位） ，7 脚为高电平，1、2、6 脚保持低电平，此时 CD4511 输入 BCD 码为“0001”；当选手 2 按下 S2 抢答键，高电平通过编码二极管 D2 加到 CD4511集成芯片的 1 脚（B 位） ，1 脚为高电平，2、6、7 脚保持低电平，此时 CD4511输入 BCD 码为 “0010”；当选手 3 按下 S3 抢答键，高电平通过编码二极管D3、D
4、4 加到 CD4511 集成芯片的 1、7 脚（B、A 位） ，1、7 脚为高电平，2、6 脚保持低电平，此时 CD4511 输入 BCD 码为“0011” ；当选手 4 按下 S4抢答键，高电平通过编码二极管 D5 加到 CD4511 集成芯片的 2 脚（C 位） ，2脚为高电平，1、6、7 脚保持低电平，此时 CD4511 输入 BCD 码为“0100” ；当选手 5 按下 S5 抢答键，高电平通过编码二极管 D6、D7 加到 CD4511 集成芯片的 2、7 脚（C、A 位） ，2、7 脚为高电平，1、 6 脚保持低电平，此时CD4511 输入 BCD 码为“0101” ；当选手 6 按
5、下 S6 抢答键，高电平通过编码二极管 D8、D9 加到 CD4511 集成芯片的 1、2 脚（B、C 位） ，1、2 脚为高电平，6、7 脚保持低电平，此时 CD4511 输入 BCD 码为“0110” ；当选手 7 按下 S7抢答键，高电平通过编码二极管 D10、D11、D12 加到 CD4511 集成芯片的1、2、7 脚（B、C 、A 位） ，1、2、7 脚为高电平，6 脚保持低电平，此时CD4511 输入 BCD 码为“0111” ；当选手 8 按下 S8 抢答键，高电平加到CD4511 集成芯片的 6 脚（D 位） ，6 脚为高电平，1、2、7 脚保持低电平，此时 CD4511 输入
6、 BCD 码为“1000” 。输入的 BCD 码就是键的号码，并自动地由CD4511 内部电路译码成十进制数在数码管上显示。3.2 抢答器设计中的译码/优先/锁存电路CD4511 是一个用于驱动共阴极 LED（数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点：具有 BCD 转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS 电路能提供较大的拉电流。可直接驱动 LED 显示器。CD4511 是一片 CMOSBCD锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图 3-2-1 所示。其中 A、B、C 、D 为 BCD 码输入，a 为最低位。LT 为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示
7、数码“8” ，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI 为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐；正常显示时，B1 端应加高电平。另外 CD4511 有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数 9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE 是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。ag 是 7 段输出，可驱动共阴 LED 数码管。另外，CD4511 显示数“6”时，a 段消隐；显示数“9”时，d 段消隐，所以显示 6、9 这两个数时，字形不太美观。图 3-2-1CD4511 的引脚图CD4511 是常用的七段显示译码驱动器，它的内部除了七段译码电路外，还这有锁存电路和输出驱动器部分，具有输出
8、电流大，最大可达 25mA,可直接驱动 LED 数码管。 CD4511 由 4 个输入端 A/B/C/D 和 7 个输出端 ag，它还具有输入 BCD 码锁存、灯测试和熄灭控制功能，它们分别由锁存端 LE、灯测试LT、熄灭控制端 BI 来控制各引脚的名称：其中 7、1、2、6 分别表示 BCD 码的 A、B、C、D 位；5、4、3 分别表示 LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14 分别表示a、b、c、d、e 、f、g；上边的引脚表示输入，下边的引脚表示输出；还有两个引脚 8、16 分别表示的是 VDD、VSS。其功能介绍如下：BI：4 脚是消隐输入控制端。当 BI=0 时，不
9、管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT：3 脚是测试输入端。当 BI=1，LT=0 时，译码输出全为 1，不管输入DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8” 。如果该端为低电平，则译码器输出全为高电平，该端拥有最高级别权限，只要它为 0，既有上述现象，而与其余所有输入端状态无关。这一功能主要用于测试目的，因此正常使用中应接高电平。LE：5 脚是锁定控制端。当 BI、LT 为 1 时，若该端为高电平，则加在A、B、 C、D 端的外部编码信息不能进入译码，所以译码器的输出状态保持不变；当 LE=0 时，则 A、 B、C、D 端的 BCD 码一经改变，译码器就立即输
10、出新的译码值。A、B、C 、D：为 8421BCD 码输入端。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平 1 有效。（2）译码驱动功能编码器实现了对开关信号的编码，并以 BCD 码的形式输出，为了将输出的BCD 码能够显示出来，需要用译码显示电路，选择常用的七段译码显示驱动器CD4511 作为译码电路。CD4511 真值表如图 3-2-4 所示。CD4511 译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数据 B、C 进行组合，得出四项，然后将输入的数据 A、D 一起用或非门译码（3）锁存优先功能由于抢答器都是多路即须满足多位抢答者抢答要求，这就有一个先后判定的锁存优
11、先电路，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 Q1，R7，R8，D13 ，D14 组成的控制电路（见图 3-2-5 CD4511 真值表）可完成这一功能。当抢答键都未按下时，因为CD4511 的 BCD 码输入端都有接地电阻（10K） ，所以 BCD 码的输入端为“0000”，则 CD4511 的输出端 a、b、c、d、e 、f 均为高电平，g 为低电平。通过对 0-9 这 10 个数字的分析（见图 4-2-5 锁存优先功能电路图）可以看到，只当数字为 0 时，才出现 d 为高电平，而 g 为低度电平，这时 Q1 导通，D13、D14 的阳极
12、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。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-S8 任一键按下时，CD4511 的输出端 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 的第 5 脚（即 LE 端）由 0 到 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 码的显示状态。例如 S1 按下，数码管应显示 1，此时仅 b、
13、c 为高电平，而 d 为低电平，此时三极管 Q1 的基极亦为低电平，集电极为高电平，经 D14 加至 CD4511 第 5 脚（即 LE 端） ，即 LE 由 0-1 状态，则在 LE 为“0” 时输入给 CD4511 的第一个 BCD 码数据被判定优先而锁存，所以数码管显示对应 S1 送来的信号是 1，S1 之后的任一按键信号都不显示。为了进行下一题的抢答，主持人需要按下复位键 S9，清除锁存器内的数值，数显先是熄灭一下，再复显“0”状态，此后若 S5 键第一个按下，这时应立即显“5”，与此同时 CD4511 的输出端 14 脚 g 为高电平， 10 脚 d 为高电平，12 脚b 为低电平，
14、Q1 截止，并通过 D14 使 CD4511 的第 4 脚为高电平，此时 LE 呈01 状态，于是电路判定优先锁存，后边输入的其它按键信号被封住，可见电路“优先锁存”后，任何抢答键均失去作用。3.3 抢答器设计中的数码显示电路共阴式 LED 数码管的原理图（图 3-3-1 数码显示管原理图） ，使用时，共阴极接地，7 个阳极 ag 由相应的 BCD 七段译码器来驱动。数码管接 0.5 寸共阴数码管。3.4 抢答器设计中的报警电路参考电路如图 3-4-1 所示，抢答器报警电路由 NE555 接成音多谐振荡器，其中 R16=R17=10K，扬声器通过 100UF 的电容器接在 NE555IC 的
15、3 脚与地（GND ）之间。C1=0.01，R16 没有直接和电源相接，而是通过四只 1N4148 组成二极管或门电路，四只二极管的阳极分别接 CD4511 的 1，2，6，7 脚，任何抢答按键按下，报警电路都能振荡发出讯响声。图 3-4-1 抢答器报警电路由 NE555 接成音多谐振荡器构成的报警电路如图 3-4-1 所示。其中 555 构成多谐振荡器，振荡频率 fo143（RI2R2）C ，其输出信号经三极管推动扬声器。PR 为控制信号，当 PR 为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。555 构成的多谐振荡器的工作原理如图 3-4-2 所示：接通电源 Vcc 后，Vcc经电阻 R1
16、和 R2 对电容 C 充电，其电压 uc 由 0 按指数律上。当 uc2/3Vcc 时，电压比较器 C1 和 C2 的输出分别为 uc1=0,uc2=1,基本 RS 触发器被置 0，Q 等于0，Q 非等于 1，输出 uO 跃到低电平 UOL。于此同时。放电管 V 导通，电容C 经电阻 R2 和放电管 V 放电，电路进入暂稳态。 随着电容 C 的放电，uc 随之下降。当 uc 下降到 uc1/3Vcc 时，则电压比较器 C1 和 C2 的输出 uc1=1 和 uc2=0，基本 RS 触发器被置为 1，Q 等于 1，Q非等于 0，输出 uO 由低电平 UOL 跃到高电平 UOH。同时因 Q 非等于 0，放电管 V 截止，电源 Vcc 又经过 R1 和 R2 对电容 C 充电。电路又回到第一暂稳态。因此，电容 C 上的电压 uc 在 2/3Vcc 和 1/3Vcc 之间来回充电和放电，从而使电路产生振荡，输出矩形脉冲。将 NE555 多谐振荡器与成音多谐振荡器连接起来，前一个振荡器的输出接到后一
