以CD4511和NE555制作的八路數(shù)顯搶答器

　　一、前言

　　中等職業(yè)學(xué)校電子技能競(jìng)賽的主要目的是提高學(xué)生對(duì)常用元件器的識(shí)別與檢測(cè)能力、電子產(chǎn)品的裝配與焊接能力、基本電路的分析及應(yīng)用能力，同時(shí)增強(qiáng)他們對(duì)電子產(chǎn)品調(diào)試與維修能力、常用檢測(cè)儀器儀表的使用與操作能力，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣等。另外還為優(yōu)秀的學(xué)生提供展現(xiàn)自我的平臺(tái)，并促進(jìn)職業(yè)院校實(shí)踐教學(xué)的進(jìn)步及發(fā)展。

　　二、課題

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

　　三、電路分析

　　本課題是一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的八路數(shù)顯搶答器，主要包括搶答、編碼、優(yōu)先鎖存、數(shù)顯、復(fù)位及音頻振蕩等電路。由原理圖可見(jiàn)，元器件主要包括CD4511、NE555、IN4148、三極管（9014）、LED共陰極數(shù)碼管、揚(yáng)聲器、小型按鈕開(kāi)關(guān)及電阻電容等。搶答數(shù)顯電路：J1～J8八個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)組成搶答鍵。D1～D12十二個(gè)二極管組成編碼器，將搶答鍵按對(duì)應(yīng)的BCD碼進(jìn)行編碼，并將所得的高電平加在CD4511所對(duì)應(yīng)的輸入端。CD4511是一塊含BCD—七段鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)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(cè)試端（LT），當(dāng)LT為“0”時(shí)，輸出全為“1”。4腳為消隱端（BI），當(dāng)BI為“0”時(shí)，輸出全為“0”，因此此時(shí)可以清除鎖存器內(nèi)的數(shù)值，即可使用為復(fù)位端。5腳為鎖存允許端（LE），當(dāng)LE端由“0”→“1”時(shí)，a、b、c、d、e、f、g七個(gè)輸出端保持在LE為“0”時(shí)所加BCD碼對(duì)應(yīng)的數(shù)碼顯示狀態(tài)。16、8腳分別接電源正負(fù)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(duì)應(yīng)的鍵，即可得到0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000八個(gè)一系列的BCD碼。高電平加在CD4511對(duì)應(yīng)的輸入端上，便可以由其內(nèi)部電路譯碼為十進(jìn)制數(shù)在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。

　　優(yōu)先鎖存電路由兩個(gè)二極管（D13、D14）、一個(gè)三極管（VT）、兩個(gè)電阻及CD4511的鎖存允許端（LE）完成。在初始狀態(tài)或復(fù)位后的狀態(tài)時(shí)，CD4511輸入端都與一個(gè)電阻（10K）串聯(lián)接地，所以此時(shí)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(shù)碼顯示為“0”。而當(dāng)d為高電平，三極管（VT）導(dǎo)通及g為低電平時(shí)，D13、D14的正極均為低電平，使CD4511的LE端為低電平“0”，可見(jiàn)，此時(shí)沒(méi)有鎖存即允許BCD碼輸入。而當(dāng)任一搶答鍵

　　按下時(shí)，由數(shù)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(gè)狀態(tài)必有一個(gè)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(shù)字鎖存并保持。此刻，其它按鍵編碼就無(wú)法輸入，從而達(dá)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(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)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(shí)，揚(yáng)聲器都能發(fā)出報(bào)警聲。

　　四、電路組裝思路及設(shè)計(jì)方法

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

　　制作電路的布局思想。先確定好核心器件，比如說(shuō)集成電路等大器件，然后再考慮其它元器件；由于大多數(shù)人都喜歡看標(biāo)準(zhǔn)的、對(duì)稱的圖形，總體布局最好能形成標(biāo)準(zhǔn)的幾何圖形，如長(zhǎng)方形、正方形等等。靈巧的掌握電路板的走線技巧，利用實(shí)驗(yàn)萬(wàn)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(shè)計(jì)美觀性。主要是指能看懂電路圖，能迅速找出電路中各結(jié)點(diǎn)的等電勢(shì)點(diǎn)，而在制作中便能隨意移動(dòng)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(shí)進(jìn)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(jī)的左右手操作，將搶答鍵和復(fù)位鍵左右分開(kāi)，使電路操作更加簡(jiǎn)便、美觀。

　　根據(jù)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(duì)稱性，將器件統(tǒng)一整齊擺放。只要元器件良好，裝配無(wú)誤，焊接無(wú)假焊虛焊，即可成功完成該電路制作。

　　五、焊接技術(shù)

　　焊接前，先對(duì)烙鐵頭進(jìn)行上錫，對(duì)難焊的焊點(diǎn)、焊件也進(jìn)行上錫，以便提高焊接的質(zhì)量和速度。焊點(diǎn)必須做到無(wú)假焊虛焊、焊錫適當(dāng)、牢固可靠，確保有良好的導(dǎo)電性能；表面無(wú)裂紋、無(wú)針孔夾渣、圓潤(rùn)光滑，形成以引腳為中心，大小均勻的錐型。焊接時(shí)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(guān)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(shí)多做多練，定能取得良好的焊接技術(shù)。

　　焊接的一般步驟：預(yù)熱→送錫→撤錫→移開(kāi)烙鐵。

　?、兕A(yù)熱：將烙鐵頭與電路板成45度左右，對(duì)元器件和焊盤同時(shí)加熱，預(yù)熱2～3秒種。

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

　?、鄢峰a：當(dāng)有一點(diǎn)焊錫熔化而（重力）滾到焊盤上時(shí)，立即停止送錫，控制送錫量避免焊錫過(guò)量。

　　④移開(kāi)烙鐵：烙鐵持續(xù)加熱，使?jié)L到電路板上的焊錫再次熔化，焊錫圍著引腳流動(dòng)，沾滿整個(gè)焊盤后，將烙鐵頭沿著器件引腳向上輕輕地迅速帶起。對(duì)于個(gè)別比較難修補(bǔ)好的焊點(diǎn)，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(bǔ)焊。

　　焊接走線特點(diǎn)：（以培訓(xùn)使用的單孔實(shí)驗(yàn)板為例）

　?、僮呔€必須平行整齊，且沒(méi)有碰焊，使焊接面形成幾何形狀。

　　②短距離走線可直接用焊錫連接；長(zhǎng)距離的走線則可先鋪細(xì)導(dǎo)線，然后加焊錫，使焊接面呈銀白色，平直整齊，增加美觀度。

　　③飛線要短、少，并且要整齊美觀。短，就是減小跨接距離，避免飛線過(guò)長(zhǎng)。少，則是設(shè)計(jì)電路時(shí)走線要做到可持續(xù)延伸，不會(huì)因?yàn)榫€路受阻而增加飛線；有時(shí)可以利用走暗線來(lái)減少面板上的飛線數(shù)量。還可以利用器件引腳之間的距離進(jìn)行跨接減少飛線。比如說(shuō)：焊接電阻、二極管的時(shí)候就可以利用兩引腳的距離跳過(guò)線路進(jìn)行跨接；象搶答鍵的小按鈕開(kāi)關(guān)，4個(gè)腳就有兩組開(kāi)關(guān)和兩根現(xiàn)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(dǎo)線的輸出端，用細(xì)鐵絲（或電阻剪下來(lái)的引腳）將其捆綁并固定在電路板上。

　　六、檢修及調(diào)試

　　檢查故障及排除故障的常用方法：a、逐級(jí)排除檢修法b、重點(diǎn)排除檢修法c、對(duì)比檢修法d、直觀檢修排除法e、短路檢修法等。在這次培訓(xùn)過(guò)程中，我們采取了制造故障對(duì)比反推法。將成功的作品進(jìn)行短、斷路等方法制造不同故障現(xiàn)象，然后觀察、分析、總結(jié)故障的現(xiàn)象，從而反向推斷產(chǎn)生故障的原因。讓大家看到故障現(xiàn)象就能迅速想到故障點(diǎn)、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(diào)至9V左右即可。音頻振蕩電路NE555復(fù)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(bào)警聲會(huì)更好。若采用的是有源蜂鳴器，因?yàn)樵摲澍Q器可以直接驅(qū)動(dòng)，即報(bào)警電路可以直接接有源蜂鳴器發(fā)聲，就可以除去NE555振蕩電路，使電路更加簡(jiǎn)單。

　　七、創(chuàng)新技術(shù)

　　多路搶答器的制作

　?、倬怕窊尨鹌?，由于十進(jìn)制數(shù)“9”即是“1001”，故只需增加兩只二極管和一個(gè)搶答鍵便可實(shí)現(xiàn)。

　?、趦晌换蚨辔皇M(jìn)制數(shù)的搶答器呢？既然一個(gè)CD4511能實(shí)現(xiàn)“0”～“9”路，那么并排一個(gè)CD4511便可以實(shí)現(xiàn)兩位十進(jìn)制數(shù)的搶答顯示了。而難點(diǎn)就在兩個(gè)數(shù)位要同時(shí)鎖存，我們想到2輸入或非門電路（74LS02），也就是說(shuō)只要數(shù)顯的兩位數(shù)其中一個(gè)CD4511出現(xiàn)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(yōu)先功能，即可實(shí)現(xiàn)“0”～“99”路的搶答器。同理，多位十進(jìn)制數(shù)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(xué)生榮獲得了個(gè)人一等獎(jiǎng)一個(gè)、二等獎(jiǎng)二個(gè)及團(tuán)體一等獎(jiǎng)（全省第三名）的佳績(jī)。這里僅僅是我們的制作經(jīng)驗(yàn)及方法，當(dāng)然還有很多地方不足，希望各位老師多多指點(diǎn)批評(píng)。