以CD4511和NE555制作的八路數顯搶答器

　　一、前言

　　中等職業學校電子技能競賽的主要目的是提高學生對常用元件器的識別與檢測能力、電子產品的裝配與焊接能力、基本電路的分析及應用能力，同時增強他們對電子產品調試與維修能力、常用檢測儀器儀表的使用與操作能力，進而激發學生的學習興趣等。另外還為優秀的學生提供展現自我的平臺，并促進職業院校實踐教學的進步及發展。

　　二、課題

　　制作一個以CD4511和NE555為核心電路，帶有數碼顯示和聲音提示的八路數顯搶答器。電路原理圖如下：

　　三、電路分析

　　本課題是一個簡單實用的八路數顯搶答器，主要包括搶答、編碼、優先鎖存、數顯、復位及音頻振蕩等電路。由原理圖可見，元器件主要包括CD4511、NE555、IN4148、三極管（9014）、LED共陰極數碼管、揚聲器、小型按鈕開關及電阻電容等。搶答數顯電路：J1～J8八個按鈕開關組成搶答鍵。D1～D12十二個二極管組成編碼器，將搶答鍵按對應的BCD碼進行編碼，并將所得的高電平加在CD4511所對應的輸入端。CD4511是一塊含BCD—七段鎖存/譯碼/驅動電路于一體的集成電路。CD4511的1、2、6、7腳為BCD碼輸入端，9～15腳為顯示輸出端。3腳為測試端（LT），當LT為“0”時，輸出全為“1”。4腳為消隱端（BI），當BI為“0”時，輸出全為“0”，因此此時可以清除鎖存器內的數值，即可使用為復位端。5腳為鎖存允許端（LE），當LE端由“0”→“1”時，a、b、c、d、e、f、g七個輸出端保持在LE為“0”時所加BCD碼對應的數碼顯示狀態。16、8腳分別接電源正負極。由CD4511的引腳圖可知，6、2、1、7腳分別代表BCD碼的8、4、2、1位。按下對應的鍵，即可得到0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000八個一系列的BCD碼。高電平加在CD4511對應的輸入端上，便可以由其內部電路譯碼為十進制數在數碼管上顯示出來。

　　優先鎖存電路由兩個二極管（D13、D14）、一個三極管（VT）、兩個電阻及CD4511的鎖存允許端（LE）完成。在初始狀態或復位后的狀態時，CD4511輸入端都與一個電阻（10K）串聯接地，所以此時BCD碼輸入端為“0000”，則CD4511輸出端a、b、c、d、e、f均為高電平，g為低電平，且數碼顯示為“0”。而當d為高電平，三極管（VT）導通及g為低電平時，D13、D14的正極均為低電平，使CD4511的LE端為低電平“0”，可見，此時沒有鎖存即允許BCD碼輸入。而當任一搶答鍵

　　按下時，由數碼顯示可知，CD4511輸出端d輸出為低電平或輸出端g輸出為高電平，兩個狀態必有一個存在或著都存在。迫使CD4511的LE端，由“0”→“1”，即將首先輸入的BCD碼顯示的數字鎖存并保持。此刻，其它按鍵編碼就無法輸入，從而達到了搶答的目的。

　　音頻振蕩電路為NE555組成的多諧振蕩器推動揚聲器發出訊響聲。四只二極管（IN4148）組成二極管或門電路分別接CD4511的1、2、6、7引腳，為NE555提供電源+Ucc，即任何搶答鍵按下時，揚聲器都能發出報警聲。

　　四、電路組裝思路及設計方法

　　制作電路的一般思路，主要是把握兩個方向。一個是上下方向：即上為“+”，下為“－”，即緊緊抓住電源兩條主干線；一個是從左至右的電流輸入輸出方向：即根據我們看電路及畫電路習慣方向，從左至右，從輸入到輸出逐個完成局部電路及器件的組裝焊接。緊抓兩個方向從而保證無遺漏且無正負極接反現象。

　　制作電路的布局思想。先確定好核心器件，比如說集成電路等大器件，然后再考慮其它元器件；由于大多數人都喜歡看標準的、對稱的圖形，總體布局最好能形成標準的幾何圖形，如長方形、正方形等等。靈巧的掌握電路板的走線技巧，利用實驗萬能板的連接孔，做到盡量少走飛線。

　　提高用等效電路的能力，完善電路的設計美觀性。主要是指能看懂電路圖，能迅速找出電路中各結點的等電勢點，而在制作中便能隨意移動器件的位置，將封裝形式類似的器件分門別類放在同等的位子上，同時進行電路模塊化，提高電路的整體美觀性。如：為了是電路更具人性化，我借鑒游戲機的左右手操作，將搶答鍵和復位鍵左右分開，使電路操作更加簡便、美觀。

　　根據電路裝配圖，按照元器件裝焊的一般順序。電阻器、電容器、二極管、三極管、集成電路等依次焊接?？傊?，先臥后立，先小后大，封裝形式類似的器件兼顧對稱性，將器件統一整齊擺放。只要元器件良好，裝配無誤，焊接無假焊虛焊，即可成功完成該電路制作。

　　五、焊接技術

　　焊接前，先對烙鐵頭進行上錫，對難焊的焊點、焊件也進行上錫，以便提高焊接的質量和速度。焊點必須做到無假焊虛焊、焊錫適當、牢固可靠，確保有良好的導電性能；表面無裂紋、無針孔夾渣、圓潤光滑，形成以引腳為中心，大小均勻的錐型。焊接時間要盡可能短，一般為3秒左右，避免燒壞器件。焊接是電子制作的基本功，直接關系到電路制作的成功與失敗。但是只要掌握正確有效的方法，平時多做多練，定能取得良好的焊接技術。

　　焊接的一般步驟：預熱→送錫→撤錫→移開烙鐵。

　?、兕A熱：將烙鐵頭與電路板成45度左右，對元器件和焊盤同時加熱，預熱2～3秒種。

　?、谒湾a：當加熱到一定溫度時，將焊錫絲從烙鐵頭的另一側送入并接觸烙鐵頭，使其熔化。

　?、鄢峰a：當有一點焊錫熔化而（重力）滾到焊盤上時，立即停止送錫，控制送錫量避免焊錫過量。

　?、芤崎_烙鐵：烙鐵持續加熱，使滾到電路板上的焊錫再次熔化，焊錫圍著引腳流動，沾滿整個焊盤后，將烙鐵頭沿著器件引腳向上輕輕地迅速帶起。對于個別比較難修補好的焊點，可用吸錫槍吸干凈后再重新焊接；若錫量不夠，可再次加錫補焊。

　　焊接走線特點：（以培訓使用的單孔實驗板為例）

　?、僮呔€必須平行整齊，且沒有碰焊，使焊接面形成幾何形狀。

　?、诙叹嚯x走線可直接用焊錫連接；長距離的走線則可先鋪細導線，然后加焊錫，使焊接面呈銀白色，平直整齊，增加美觀度。

　?、埏w線要短、少，并且要整齊美觀。短，就是減小跨接距離，避免飛線過長。少，則是設計電路時走線要做到可持續延伸，不會因為線路受阻而增加飛線；有時可以利用走暗線來減少面板上的飛線數量。還可以利用器件引腳之間的距離進行跨接減少飛線。比如說：焊接電阻、二極管的時候就可以利用兩引腳的距離跳過線路進行跨接；象搶答鍵的小按鈕開關，4個腳就有兩組開關和兩根現成的飛線，也可以加以利用。

　?、茈娫醋呔€必須紅色線接“＋”，黑色線接“－”。在導線的輸出端，用細鐵絲（或電阻剪下來的引腳）將其捆綁并固定在電路板上。

　　六、檢修及調試

　　檢查故障及排除故障的常用方法：a、逐級排除檢修法b、重點排除檢修法c、對比檢修法d、直觀檢修排除法e、短路檢修法等。在這次培訓過程中，我們采取了制造故障對比反推法。將成功的作品進行短、斷路等方法制造不同故障現象，然后觀察、分析、總結故障的現象，從而反向推斷產生故障的原因。讓大家看到故障現象就能迅速想到故障點、故障原因，快速檢修，從而提高制作速度。

　　為了使電路的工作正常及聲音清脆，電源電壓調至9V左右即可。音頻振蕩電路NE555復位端若由四只二極管（IN4148）組成二極管或門電路提供高電平，而NE555的所需電源直接由Vcc提供，這樣報警聲會更好。若采用的是有源蜂鳴器，因為該蜂鳴器可以直接驅動，即報警電路可以直接接有源蜂鳴器發聲，就可以除去NE555振蕩電路，使電路更加簡單。

　　七、創新技術

　　多路搶答器的制作

　?、倬怕窊尨鹌?，由于十進制數“9”即是“1001”，故只需增加兩只二極管和一個搶答鍵便可實現。

　?、趦晌换蚨辔皇M制數的搶答器呢？既然一個CD4511能實現“0”～“9”路，那么并排一個CD4511便可以實現兩位十進制數的搶答顯示了。而難點就在兩個數位要同時鎖存，我們想到2輸入或非門電路（74LS02），也就是說只要數顯的兩位數其中一個CD4511出現輸出端d輸出為低電平或輸出端g輸出為高電平，便即刻鎖存，完成鎖存優先功能，即可實現“0”～“99”路的搶答器。同理，多位十進制數的搶答器也就不難了。

　　八、附錄

　　在八路搶答器制作比賽中，我院的學生榮獲得了個人一等獎一個、二等獎二個及團體一等獎（全省第三名）的佳績。這里僅僅是我們的制作經驗及方法，當然還有很多地方不足，希望各位老師多多指點批評。