基于CD4511的八路抢答器电路设计详解

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