基于CD4511的八路抢答器电路设计详解
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@小白创作中心
基于CD4511的八路抢答器电路设计详解
引用
CSDN
1.
https://blog.csdn.net/ZHOU_YONG915/article/details/144004006
本文将详细介绍基于CD4511芯片的八路抢答器电路设计。通过分析CD4511的工作原理、电路结构和锁存机制,我们将深入理解这个常见电子项目的实现细节,并探讨其优化方案。
0 前言
最近在整理物品时,发现了一个本科时期焊接的八路抢答器电路板,如下图所示:
这个抢答器有9个按键:左侧8个为抢答按键,分别对应1-8号;按下后会有蜂鸣器响声,同时数码管显示对应的数字。最右侧的按键为清零按键,按下后数码管显示0,蜂鸣器不响。数码管显示具有锁存功能,即按下1-8之后,再按下其他按键,数码管显示不变,只有重新清零之后才能改变。
给电路通电测试,发现电路仍然可以正常运行。但突然想到,我似乎从未完全理解这个电路的工作原理。于是查找了一些资料,详细介绍一下这个电路的实现原理。
1 CD4511芯片介绍
要理解这个电路的设计原理,首先需要了解CD4511芯片的功能。CD4511是一款CMOS BCD码-锁存/7段译码/驱动器,专门用于驱动共阴极LED数码管显示器的BCD码-七段码译码。它具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能,能提供较大的拉电流,可以直接驱动共阴极LED数码管。
CD4511的引脚图如下:
其中:
- 右侧的QA到QG分别对应7段数码管各段的阳极
- 左侧的ABCD对应4位二进制输入,A为低位,D为高位
- 左侧下方的三个控制引脚分别是:
- LT:测试输入端,低电平有效时7段全部输出高电平,数码管全亮
- BI:消隐控制输入,低电平有效时7段全部输出低电平,数码管全灭(BI和LT不能同时有效)
- LE/STB:低电平有效,使能正常输出;高电平有效时输出锁存
其真值表如下:
2 电路解析
下面是电路的仿真图:
电路实现原理如下:
- 左侧的8个开关分别通过几个二极管连接到CD4511的二进制输入端。当有按键按下时,对应的引脚为高电平。例如,5号按键按下时,A和C为高,对应二进制0101即为5;8号按键按下时,只有D为高,对应二进制1000即为8。
- 各二进制引脚上都连接了下拉电阻,以保证初始状态为0。同时,通过二极管连接到蜂鸣器上,实现按下按键时蜂鸣器响一声。
- 三个控制引脚中,LE引脚的连接较为复杂,待会再详细介绍。LT引脚始终接高电平,不使能;BI引脚连接一个上拉电阻和一个按键接地,实现复位功能。按下BI按键后,数码管会清零。
- 输出端的7个引脚分别连接数码管的7段,注意共阴极要接地。
3 锁存分析
为了实现锁存功能,需要使用到LE引脚。根据芯片的介绍,这个引脚需要保持高电平才能锁存。因此,关键是如何区分0输出和其他输出。通过分析真值表:
可以发现:
- 显示0时(红色框),最具区分度的是G引脚(蓝色框线),可以直接在G端接二极管到LE引脚。
- G为低时(绿色框线),需要区分1和7状态。通过观察发现,C和D引脚在1、7状态中为一高一低,而在0状态中都为高(黑色框线)。因此可以使用一个三极管,当C为高D为低时,输出高电平使能LE。
4 电路优化思考
- 增加第9路:根据BCD码的特性,可以增加第9路抢答。电路如下:
- 同时按下两个按键:如果两个按键完全同时按下,可能会出现“加法”效果。例如,同时按下1和2号键,最后可能显示3。
- 输入端二极管的作用:实现ABCD四个引脚输入电平的独立性,即一个引脚的电平不会影响另一个引脚的电平,类似于总线功能。
5 总结
本文对基于CD4511的八路抢答器电路进行了深入解析,并通过Proteus进行了仿真验证。电路虽小,但涉及的知识点丰富,包括BCD码转换、锁存机制、二极管应用等。对于电子爱好者来说,这是一个很好的学习和实践项目。
Proteus仿真源文件获取:基于Proteus 8.13版本
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