爱华网八路智力竞赛抢答器的设计与制作
一． 设计任务与要求
1. 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0 ~ S7表示。
2. 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
3.抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
4.抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。
5.参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止
6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。
二、设计原理与参考电路
1．数字抢答器总体方框图
如图所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到"清除"状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作"清除"和"开始"状态开关。
2．单元电路设计
本抢答器仅用两块数字芯片便实现了数显抢答的功能，与其他抢答器电路相比，有结构简单、成本低、制作方便的优点。实用可靠、成本极低，十分适合学校教学使用。
设计原理图：
原理图见上图所示，ＣＤ４５１１为常用的四－七段ＢＣＤ译码器，其ＬＴ为试灯脚；ＢＩ为消隐（灭灯）脚，ＬＴ和ＢＩ接高电平（电源）；ＬＥ端为选通脚，开始抢答前ＬＥ接低电平。{1}、{2}、{6}、{7}脚为ＢＣＤ码输入端，{9}～{15}脚为七个输出端，直接驱动数码二极管显示器，接通电源开关Ｋ，数码管显示“０”。
CD4511真值表如下：
3．锁存电路与7段显示译码器
74LS30引脚图
Ｓ0～Ｓ7为8个抢答按键，ＣＤ４５１１是ＢＣＤ码７段译码器。74LS30是８输入与非门.初始状态下，ＣＤ４５１１驱动ＬＥＤ数码管显示０，即ａ、ｂ、 ｃ、ｄ、ｅ、ｆ这六个笔画为１，仅ｇ笔画为０，现将ｇ笔画信号用三极管9013反相，这样，在初始状态下，74LS30的８个输入端便全为１，其输出为０，使７段译码器ＣＤ４５１１处在译码状态，这时按键信号可以输入。又因显示除０以外的其他数字时，a～ｇ这７个图画信号至少有一个是０，使74LS30输出１，相应地，７段译码器ＣＤ４５１１处于锁存状态。所以当某一按键按下时，74LS30就输出锁存信号１，使７段译码器ＣＤ４５１１将已键入的数字锁存显示。这样，后按下的键就不起作用了，数码管就只显示最先按下的键号，起到了抢答的作用。Ｒ３和Ｃ１组成积分电路对锁存信号作短暂的延时，其作用是让数字电路有足够的响应时间，使锁存稳定，以免显示乱码。Ｓ8为复位键，该键在主持人喊“开始”前按下，按下后数码管显示０。
4. 数码管引脚图
5．所需的实验器材：
a.实验电路面包板一块
b.CD4511、74LS30、共阴译码管各1只
c.二极管9只、开关9只、0.01uf电容1只、9013三极管1只
d.100K电阻4只、10K电阻2只、2K电阻1只
三．一些错误
1．显示器上不显示数字，我们从后级往前级进行测试，首先用1.5～2V的电压作用各个笔段,看对应各笔段是否亮,判断是否完好。若完好则继续检测CD4511芯片是否完好。在CD4511的A、B、C、D四个输入端随意输入一组二进制数码（用高低电平表示1和0，此处注意要用到8V以上的电源电压），看是否能显示数字。无显示的故障一般问题出在这两个环节。
2．若显示器上显示的是不符合要求的数字，在设计原理正确的前提下，首先通过测试判断CD4511的输出a～g与LED管的a～g笔段是否连接有错。其方法是CD4511的输出a～g分别按规律输入高低电平，观察LED管是否显示相应的数字。如果这个环节正常，则问题在二极管编码电路，再逐一进行检查。
3．如果不能锁存，或是锁存不了1和7，则问题在锁存电路，应该从原理上进行分析。锁存电路的设计原理是：启用CD4511的锁存功能端LE，高电平有效，即输入高电平时执行锁存功能。锁存器应能锁定第一个抢答信号，并拒绝后面抢答信号的干扰。如何设计呢，我们对0～9十个数字的显示笔段进行分析，只有0数字的d笔段亮与g笔段灭，其它数字至少有一点不成立。由此可以区分0与其它数字。我们将LED管的a笔段与g笔段的输入信号反馈到锁存电路，通过锁存电路控制锁存端LE输入为0或1（锁存与否）。当LED显示器显示为0时，LE=0，CD4511译码芯片不锁存；当LED显示器显示其它数字时，LE=1，芯片锁存。这样只要显示器上显示为0，CD4511译码芯片才不锁定，显示其它数字均锁存。所以只要有选手按了按键，显示器上一定是显示1～8的数字，LE=1芯片锁存，之后任何其他选手再按下按键均不起作用。例如SB1键先按下，显示器上显示1，LE=1芯片锁存，其他选手再按SB2～SB8，显示器上仍显示1，SB1按下之后的任一按键信号均不显示。直到主持人按清零键SB9，显示器上又显示0，LE=0，锁存功能解除，又开始新一轮的抢答。
若所有的数字都不能锁存，说明不管LED显示什么数字，CD4511管脚的5脚输入为电平，可能是5脚与地短接或者是锁存电路的两个二极管VD13和VD14断开等故障；若只有1和7两个数字不显示则可以分析一下其原因：显示1和7数字时g段不亮，CD4511的g输出端为低电平，VD14截止，而b段亮d段不亮本应该三极管VT截止而使VT13导通，产生高电平（锁存信号）给LE，现在不能锁存说明VD13截止，推断是三极管击穿损坏。
4．在测试的过程中我们一定要注意，高低电平的测试电压数值要针对不同的电路而选取不同的数值。比如，针对LED管，高电平只能用1.5～2V,而在CD4511的输入端高电平要用到8V以上的电源电压。选高了，会烧管子；选低了，会看不到效果，甚至产生误判断。
5.判断PNP型和MPN型晶体管：用万用表的R×1k(或者R×100)档。用黑表笔接晶体管的某一个管脚，用红表笔分别接其它两脚。如果表 针指示的两个阻值都很大，那么黑表笔接晶体管的某一个管脚，用红表笔接其它两脚。如果表针指示的两个阻值都很大，那么黑表笔所 接的那一个管脚是PNP型的基极，如果表针指示的两个阻值都很小，那么黑表笔所接的那个一个管脚是NPN型的基极；如果表针指示的阻 值一个很大，一个很小，那么黑表笔所接的那一个管脚不是基极。这就要另换一个管脚来试。以上方法，不但可以判断基极，而且可以 判断是PNP型还是NPN型晶体管。
判断基极后就可以进一步判断集电极和发射极。先假定一个管脚是集电极，另一个管脚是发射极。然后反过来，把原先假定的管脚对调一下，再估测β值，其中，β值大的那次的假定是对的。这样就把集电极个发射极也判断出来了。
四.遇到的困难及解决的方法:
1.我们这次做的八路抢答器是安装在面包板上的。在安装电路之前要仔细的检查一下面包板的导通状态。也许在面包板的插孔里面留下硬线的铁丝。或有的2个孔之间不能导通的倒通了。在安装元件之前都要把这些问题排除掉。要不然在调试的时候很难找到问题的出错点。
2.在安装的时候要小心不要把二极管的正反接错了。要不然在数码管就不能显示正常的数字。有时候连数码管都不亮。
3.在安装开关的时候要注意4脚开关的脚的导通状态。在接导线的脚和接二极管的脚之间不能让他们短路。要不然开关就起不到开关的作用了。相当于导线。在设计中还有一只三极管，同样也要正确的判断它们3只脚的b，c，e，如果出错了，则74LS30的锁存功能将遭到破坏。
4.在布线的时候也要注意，铁丝不能插的太深，也不能搭高架桥似的，因为这些细节的出错往往很难找到错的原因。
