一、電路設計

1．設計要求

用組合邏輯器件CD4511構成四路搶答器。

CD4511實現優先搶答的鎖存、譯碼輸出驅動LED數碼管顯示先搶答者的號碼，同時四路搶答器發出響聲；主持人通過“復位”按鈕清除LED數碼管的顯示和停止響聲。

CD4511是具有鎖存功能的BCD碼4-7線譯碼/馬區動器。CD4511能將輸入的二一十進制碼（8421BCD碼）譯成七段碼（a～g），驅動共陰極LED數碼管。它是16腳雙列直插式CMOS的集成器件，引腳排列如下圖所示。其各引腳功能如下：

●UDD、USS分別是正、負電源端，電源電壓范圍是3～18V。

●A、B、C、D是8421BCD碼輸入端oA是低位，D是高位。

●a～g是七段譯碼輸出，高電平有效。

●LT的反是燈測試端。當LT的反=0時，無論其他輸入端狀態如何，此時a～g全為1，LED所有段全亮。可利用此來檢查數碼管的好壞。

●Bl是消隱控制端。當Bl的反=0，且LT的反=1時，a～g全為0，數碼管不亮。

●LE是鎖存控制端。當LE=0時選通，LE=1時鎖存。

2．電路組成

設計的電路組成框圖如下圖所示。

搶答前，主持人按下“復位”R按鈕后，RS觸發器的Q輸出端輸出低電平，CD4511處于消隱工作狀態，LED數碼管不顯示，多諧振蕩器不產生振蕩，蜂鳴器不響。開始搶答時，第一個搶答者按下按鈕后，輸入的高電平經編碼電路編成對應的8421BCD碼，輸入到CD4511中。與此同時，RS觸發器的S輸入端輸入高電平后，其Q輸出端變為高電平，CD4511處于鎖存工作狀態，將此時CD4511輸入對應的譯碼輸出鎖存起來，使數碼管保持顯示第一個搶答者的號碼，同時多諧振蕩器開始產生振蕩，蜂鳴器發出響聲。

3．各單元電路設計

各單元設計電路如下圖所示。其中C3和R6組成上電復位電路。上電后的時刻，CD4001的⑥腳瞬時輸入高電平，④腳輸出低電平，使LED數碼管不亮，多諧振蕩器停止振蕩，蜂鳴器不響。無搶答輸入時，集成器件CD4001的A、B、C輸入端分別通過R4、R3、R1接“地”（低電平）。

4-3線編碼電路的功能是將四路搶答輸入信號分別編成對應的BCD碼。由于電路工作速度很快，幾乎不會出現多人同時刻搶答情況，多人同時刻搶答的結果也無效。所以將多人同時刻搶答輸入信號看成任意項。搶答輸入為高電平，用“1”表示；無搶答輸入為低電平，用“0”表示。4-3線編碼器真值表如下表所示（其中高位D恒為0）。

用卡諾圖化簡輸出a、b、c、d與輸入A、B、C、D的邏輯函數表達式為：

a=A+C，b=B+C，c=D，d=0根據化簡后邏輯函數表達式，用二極管D1和D2分別實現a=A+C和b=B+C。

用CMOS的集成或非門CD4001構成RS觸發器。其①腳為S輸入端，⑥腳為R輸入端。用二極管D3、D4、D5、D6和電阻R5組成4輸入或門電路，實現S=A+B+C+D。用集成555定時器構成多諧振蕩器。采用蜂鳴器作為發音器件。CD4511譯碼輸出經220～330Ω的電阻限流后加到LED數碼管各相應的陽極。

二、電路制作

1．印制電路板圖的設計

用Protel99SE軟件畫電路圖后，生成網絡表文件，然后進行印制電路板圖（PCB圖）的設計。設計的PCB如下圖所示。

2．制作印制電路板

通過激光打印機將PCB的底層圖按1：1比例打印到熱轉印紙的光滑面上。將單面敷銅板的敷銅面用細砂紙輕刷干凈，將熱轉印紙有碳墨粉這面的PCB圖貼于敷銅面上，用熨斗熨燙，使碳墨粉沾附在敷銅面上；待冷卻后，輕輕撕下熱轉印紙。然后將印有碳墨粉的敷銅板放到腐蝕液中腐蝕，沒有碳墨粉覆蓋的敷銅被腐蝕掉，剩下有碳墨粉覆蓋的敷銅線條。腐蝕液可用雙氧水、鹽酸加水配制。將腐蝕好的電路板用水清洗，用直徑0.8mm的鉆頭鉆孔后，就做成了印制電路板。

3．元件選擇

R1～R17用1/8W的色環電阻器；C1、C2和C3用瓷介電容器；A～D和R五個按鈕采用輕觸型復位按鈕。LED數碼管采用共陰極型。采用有源蜂鳴器，改變R14的阻值，改變多諧振蕩器的振蕩頻率，就可以調節蜂鳴器鳴響的音調。元件和集成器件插座焊接完畢后，再將U1～U4集成器件地插在相應的集成器件插座上。

本電路比較簡單，電路無須調試。適合初學者學習和制作。