以CD4511和NE555制作的八路数显抢答器

　　一、前言

　　中等职业学校电子技能竞赛的主要目的是提高学生对常用元件器的识别与检测能力、电子产品的装配与焊接能力、基本电路的分析及应用能力，同时增强他们对电子产品调试与维修能力、常用检测仪器仪表的使用与操作能力，进而激发学生的学习兴趣等。另外还为优秀的学生提供展现自我的平台，并促进职业院校实践教学的进步及发展。

　　二、课题

　　制作一个以CD4511和NE555为核心电路，带有数码显示和声音提示的八路数显抢答器。电路原理图如下：

　　三、电路分析

　　本课题是一个简单实用的八路数显抢答器，主要包括抢答、编码、优先锁存、数显、复位及音频振荡等电路。由原理图可见，元器件主要包括CD4511、NE555、IN4148、三极管（9014）、LED共阴极数码管、扬声器、小型按钮开关及电阻电容等。抢答数显电路：J1～J8八个按钮开关组成抢答键。D1～D12十二个二极管组成编码器，将抢答键按对应的BCD码进行编码，并将所得的高电平加在CD4511所对应的输入端。CD4511是一块含BCD—七段锁存/译码/驱动电路于一体的集成电路。CD4511的1、2、6、7脚为BCD码输入端，9～15脚为显示输出端。3脚为测试端（LT），当LT为“0”时，输出全为“1”。4脚为消隐端（BI），当BI为“0”时，输出全为“0”，因此此时可以清除锁存器内的数值，即可使用为复位端。5脚为锁存允许端（LE），当LE端由“0”→“1”时，a、b、c、d、e、f、g七个输出端保持在LE为“0”时所加BCD码对应的数码显示状态。16、8脚分别接电源正负极。由CD4511的引脚图可知，6、2、1、7脚分别代表BCD码的8、4、2、1位。按下对应的键，即可得到0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000八个一系列的BCD码。高电平加在CD4511对应的输入端上，便可以由其内部电路译码为十进制数在数码管上显示出来。

　　优先锁存电路由两个二极管（D13、D14）、一个三极管（VT）、两个电阻及CD4511的锁存允许端（LE）完成。在初始状态或复位后的状态时，CD4511输入端都与一个电阻（10K）串联接地，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，且数码显示为“0”。而当d为高电平，三极管（VT）导通及g为低电平时，D13、D14的正极均为低电平，使CD4511的LE端为低电平“0”，可见，此时没有锁存即允许BCD码输入。而当任一抢答键

　　按下时，由数码显示可知，CD4511输出端d输出为低电平或输出端g输出为高电平，两个状态必有一个存在或着都存在。迫使CD4511的LE端，由“0”→“1”，即将首先输入的BCD码显示的数字锁存并保持。此刻，其它按键编码就无法输入，从而达到了抢答的目的。

　　音频振荡电路为NE555组成的多谐振荡器推动扬声器发出讯响声。四只二极管（IN4148）组成二极管或门电路分别接CD4511的1、2、6、7引脚，为NE555提供电源+Ucc，即任何抢答键按下时，扬声器都能发出报警声。

　　四、电路组装思路及设计方法

　　制作电路的一般思路，主要是把握两个方向。一个是上下方向：即上为“+”，下为“－”，即紧紧抓住电源两条主干线；一个是从左至右的电流输入输出方向：即根据我们看电路及画电路习惯方向，从左至右，从输入到输出逐个完成局部电路及器件的组装焊接。紧抓两个方向从而保证无遗漏且无正负极接反现象。

　　制作电路的布局思想。先确定好核心器件，比如说集成电路等大器件，然后再考虑其它元器件；由于大多数人都喜欢看标准的、对称的图形，总体布局最好能形成标准的几何图形，如长方形、正方形等等。灵巧的掌握电路板的走线技巧，利用实验万能板的连接孔，做到尽量少走飞线。

　　提高用等效电路的能力，完善电路的设计美观性。主要是指能看懂电路图，能迅速找出电路中各结点的等电势点，而在制作中便能随意移动器件的位置，将封装形式类似的器件分门别类放在同等的位子上，同时进行电路模块化，提高电路的整体美观性。如：为了是电路更具人性化，我借鉴游戏机的左右手操作，将抢答键和复位键左右分开，使电路操作更加简便、美观。

　　根据电路装配图，按照元器件装焊的一般顺序。电阻器、电容器、二极管、三极管、集成电路等依次焊接。总之，先卧后立，先小后大，封装形式类似的器件兼顾对称性，将器件统一整齐摆放。只要元器件良好，装配无误，焊接无假焊虚焊，即可成功完成该电路制作。

　　五、焊接技术

　　焊接前，先对烙铁头进行上锡，对难焊的焊点、焊件也进行上锡，以便提高焊接的质量和速度。焊点必须做到无假焊虚焊、焊锡适当、牢固可靠，确保有良好的导电性能；表面无裂纹、无针孔夹渣、圆润光滑，形成以引脚为中心，大小均匀的锥型。焊接时间要尽可能短，一般为3秒左右，避免烧坏器件。焊接是电子制作的基本功，直接关系到电路制作的成功与失败。但是只要掌握正确有效的方法，平时多做多练，定能取得良好的焊接技术。

　　焊接的一般步骤：预热→送锡→撤锡→移开烙铁。

　　①预热：将烙铁头与电路板成45度左右，对元器件和焊盘同时加热，预热2～3秒种。

　　②送锡：当加热到一定温度时，将焊锡丝从烙铁头的另一侧送入并接触烙铁头，使其熔化。

　　③撤锡：当有一点焊锡熔化而（重力）滚到焊盘上时，立即停止送锡，控制送锡量避免焊锡过量。

　　④移开烙铁：烙铁持续加热，使滚到电路板上的焊锡再次熔化，焊锡围着引脚流动，沾满整个焊盘后，将烙铁头沿着器件引脚向上轻轻地迅速带起。对于个别比较难修补好的焊点，可用吸锡枪吸干净后再重新焊接；若锡量不够，可再次加锡补焊。

　　焊接走线特点：（以培训使用的单孔实验板为例）

　　①走线必须平行整齐，且没有碰焊，使焊接面形成几何形状。

　　②短距离走线可直接用焊锡连接；长距离的走线则可先铺细导线，然后加焊锡，使焊接面呈银白色，平直整齐，增加美观度。

　　③飞线要短、少，并且要整齐美观。短，就是减小跨接距离，避免飞线过长。少，则是设计电路时走线要做到可持续延伸，不会因为线路受阻而增加飞线；有时可以利用走暗线来减少面板上的飞线数量。还可以利用器件引脚之间的距离进行跨接减少飞线。比如说：焊接电阻、二极管的时候就可以利用两引脚的距离跳过线路进行跨接；象抢答键的小按钮开关，4个脚就有两组开关和两根现成的飞线，也可以加以利用。

　　④电源走线必须红色线接“＋”，黑色线接“－”。在导线的输出端，用细铁丝（或电阻剪下来的引脚）将其捆绑并固定在电路板上。

　　六、检修及调试

　　检查故障及排除故障的常用方法：a、逐级排除检修法b、重点排除检修法c、对比检修法d、直观检修排除法e、短路检修法等。在这次培训过程中，我们采取了制造故障对比反推法。将成功的作品进行短、断路等方法制造不同故障现象，然后观察、分析、总结故障的现象，从而反向推断产生故障的原因。让大家看到故障现象就能迅速想到故障点、故障原因，快速检修，从而提高制作速度。

　　为了使电路的工作正常及声音清脆，电源电压调至9V左右即可。音频振荡电路NE555复位端若由四只二极管（IN4148）组成二极管或门电路提供高电平，而NE555的所需电源直接由Vcc提供，这样报警声会更好。若采用的是有源蜂鸣器，因为该蜂鸣器可以直接驱动，即报警电路可以直接接有源蜂鸣器发声，就可以除去NE555振荡电路，使电路更加简单。

　　七、创新技术

　　多路抢答器的制作

　　①九路抢答器，由于十进制数“9”即是“1001”，故只需增加两只二极管和一个抢答键便可实现。

　　②两位或多位十进制数的抢答器呢？既然一个CD4511能实现“0”～“9”路，那么并排一个CD4511便可以实现两位十进制数的抢答显示了。而难点就在两个数位要同时锁存，我们想到2输入或非门电路（74LS02），也就是说只要数显的两位数其中一个CD4511出现输出端d输出为低电平或输出端g输出为高电平，便即刻锁存，完成锁存优先功能，即可实现“0”～“99”路的抢答器。同理，多位十进制数的抢答器也就不难了。

　　八、附录

　　在八路抢答器制作比赛中，我院的学生荣获得了个人一等奖一个、二等奖二个及团体一等奖（全省第三名）的佳绩。这里仅仅是我们的制作经验及方法，当然还有很多地方不足，希望各位老师多多指点批评。