4人搶答器電路設(shè)計(jì)

1、電工學(xué)實(shí)驗(yàn)A（下）實(shí)驗(yàn)報(bào)告4人競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)學(xué)院名稱：材料科學(xué)與工程班級(jí)：10級(jí)4班姓名：XXX學(xué)號(hào):1810004XX成績(jī)：2013年1月12日目錄第一篇實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)任務(wù)介紹31.1設(shè)計(jì)題目31.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容31.4實(shí)驗(yàn)要求4第二篇設(shè)計(jì)背景5第三篇設(shè)計(jì)原理53.1搶答器的主要功能簡(jiǎn)介53.2搶答器工作原理774LS175原理介紹774LS00原理介紹9.555原理介紹11第四篇設(shè)計(jì)電路圖介紹134.1電路設(shè)計(jì)圖13.元件清單14第五篇心得體會(huì)14第一篇實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)任務(wù)介紹1.1設(shè)計(jì)題目數(shù)控增益放大器的設(shè)計(jì)1.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握面包板搭接電路技術(shù)；2、學(xué)習(xí)調(diào)試系統(tǒng)電路，提高實(shí)驗(yàn)技能；3

2、、了解競(jìng)賽搶答器的工作原理及其結(jié)構(gòu)。1.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)制作一個(gè)可容納四組參賽的數(shù)字式搶答器。2、設(shè)計(jì)要求：(1) 每組設(shè)置一個(gè)搶答按鈕，供搶答者使用；(2) 電路具有第一搶答信號(hào)的鑒別和鎖存功能；(3) 在主持人將系統(tǒng)復(fù)位并發(fā)出搶答指令后，若有參賽者按搶答開關(guān)，則提醒主持人(音頻提示或信號(hào)燈亮)，同時(shí)顯示出搶答者的組別；(4) 同時(shí)電路應(yīng)具備自鎖功能，使別組的搶答開關(guān)不起作用；(5) 要求電路主要選用中規(guī)模TTL或CMO寐成電路。3、設(shè)計(jì)要點(diǎn)：搶答控制器：競(jìng)賽搶答器的核心，當(dāng)任意一位參賽者按下開關(guān)時(shí)，搶答控制器立刻接受該信號(hào)，則提醒主持人(音頻提示或信號(hào)燈亮),同時(shí)顯示出搶答者的

3、組別。與此同時(shí)，封鎖其他參賽者的輸入信號(hào)，這就要求搶答器的分辨能力高(CP為1MHZ)同時(shí)要求電路有4組輸入和輸出，電路可考慮用4個(gè)D觸發(fā)器(74LS175)和與非門組成(74LS00和74LS2。；搶答控制輸入電路：有4個(gè)開關(guān)組成,4人各控制一個(gè)，按下開關(guān)使相應(yīng)控制端信號(hào)為高電平或低電平；活零裝置：供每次比賽前主持人使用，它保證每次搶答前使搶答器活零，避免電路誤動(dòng)作和搶答過程中的不公平。采用由主持人控制開關(guān)，同時(shí)使每人的搶答電路同時(shí)活零的方式；(1) 搶答顯示、提示電路：搶答器顯示電路可由數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)(4組共用)，顯示字形代表?yè)尨鸾M號(hào)(含編碼-與非門，如74LS0Q譯碼-74LS48、顯示-C

4、D4511);提示電路為4組共用，只要有搶答者出現(xiàn)，都會(huì)發(fā)出提示(揚(yáng)聲器-555電路或LED-三極管驅(qū)動(dòng))1.4實(shí)驗(yàn)要求(1) 畫出電路原理圖，并弄懂各部分的工作原理及作用；(2) 按原理圖接線，并認(rèn)真檢查電路；(3) 按要求調(diào)試電路，實(shí)現(xiàn)各部分電路功能；(4) 列出元件活單，給出芯片管腳；(5) 分析調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題及故障排除方法。第二篇設(shè)計(jì)背景隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(fā)展，在這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的社會(huì)中，知識(shí)競(jìng)賽、評(píng)選優(yōu)勝，選拔人才之類的活動(dòng)愈加頻繁。在很多競(jìng)爭(zhēng)場(chǎng)要求有快速公正的競(jìng)爭(zhēng)裁決，例如，證券、股票交易及各種智力競(jìng)賽等。在現(xiàn)代社會(huì)生活中，智力競(jìng)賽更是作為一種生動(dòng)活潑的教育形式和方法能夠引起觀

5、眾極大的興趣。但是、在競(jìng)賽中往往是多個(gè)選手一起,分為幾個(gè)小組參加比賽,針對(duì)主持人提出的問題各黨賽小組進(jìn)行搶答，而搶答環(huán)節(jié)就要有一種邏輯電路搶答器作為裁判員功能、實(shí)現(xiàn)其比賽公平、公正的規(guī)則。智能搶答器是一種應(yīng)用十分廣泛的設(shè)備，在各種競(jìng)賽、搶答場(chǎng)合中，它都能客觀、迅速地判別出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。早期的搶答器只是由幾個(gè)三極管、可控電發(fā)光管筆器件組成的能通過發(fā)光管的指小-辯認(rèn)出選.手號(hào)嗎，現(xiàn)在大多數(shù)智能搶答器都由單片機(jī)或數(shù)字集成電路構(gòu)成的，并且新增了許多功能，如選手號(hào)碼顯示，搶按前或搶按后的計(jì)時(shí)，選手得分顯示等功能。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在的搶答器向著數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展，這就必然提高了智能搶答器的

6、制造成本。鑒丁現(xiàn)在小規(guī)模的知識(shí)競(jìng)賽越來越多,操作簡(jiǎn)單,經(jīng)濟(jì)實(shí)用的小型搶答器肯定很有市場(chǎng)。第三篇設(shè)計(jì)原理3.1搶答器的主要功能簡(jiǎn)介1、當(dāng)主持人按下“開關(guān)”按鈕后，選手可以通過按按鈕的快慢來決定由誰(shuí)來回答，按得快的選手的編號(hào)顯示在電子顯示管上；2、此后選手輸入被鎖住，如果主持人按下復(fù)位鍵則編號(hào)顯示處不作任何顯示;3、然后選手開始作答，作答的時(shí)間少丁2分鐘，以倒數(shù)的方式進(jìn)行，而且通過顯示屏把時(shí)間顯示出來。；4、*人技下圳X.所和勺顯小及.作狀罰偵初始狀態(tài)以便進(jìn)行卜次由.光系姓倒訂時(shí)2分神3.2搶答器工作原理當(dāng)主持人宣布開始，定時(shí)電路開始秒脈沖電路的作用而進(jìn)行倒記時(shí)，并通過洋碼器在顯小器中顯小。報(bào)警電

7、路，給出聲首提小。當(dāng)選手首先按某一開關(guān)鍵時(shí)，可通過觸發(fā)鎖存電路被觸發(fā)并鎖存，在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)電平信息，同時(shí)為防止其它開關(guān)隨后觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂。最先產(chǎn)生的輸出電平變化乂反過來將觸發(fā)電路鎖定。然后在譯碼器中譯碼，將觸發(fā)器輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)。最后在顯示電路中顯示出所按鍵選手的號(hào)碼。若有多個(gè)開關(guān)同時(shí)按下時(shí)，則在它們之間存在著隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)的問題，結(jié)果可能是它們中的任一個(gè)產(chǎn)生有效輸出。如圖3.1:搶構(gòu)按鈕定時(shí)電站譯碼也跆一*洋碼電尚顯示電蹈顯示電路圖3.1系統(tǒng)框圖3.2.174LS175原理介紹(1)74LS175的功能表內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳圖LOGHCSYMBOLVcc=PINGND-PIN

8、W圖3.2(1)74SL175內(nèi)部結(jié)構(gòu)和管腳圖其中RD復(fù)位(活0端)接地，D1,D2,D3,D4分別是輸入端，Q1,Q2,Q3,Q4.分別位輸出端。CP是脈沖輸入端74LS175的功能表圖3.2(2)74LS175的功能表L代表低電平',H代表局電平'(2)74LS175在搶答器中應(yīng)用圖3.2(3)所示為四人參加智力競(jìng)賽的搶答部分參考電路，電路中的主要器件是74LS175型四上升沿D觸發(fā)器(如圖2所示)，它的活零端Rd和時(shí)鐘脈沖CP是四個(gè)D觸發(fā)器共用的。搶答前先活零，Q1Q的為0,相應(yīng)的發(fā)光二極管LED都不亮；QlQ4均為1,與非門G1輸出為0。同時(shí)，G2輸出為1,將G3開通，

9、時(shí)鐘脈沖CP可以經(jīng)過G3進(jìn)入D觸發(fā)器的CP端。此時(shí)，由丁S1S4均未按下，D1D4勻?yàn)?,所以觸發(fā)器的狀態(tài)不變。搶答開始，若S1首先按下，D1和Q1均變?yōu)?,相應(yīng)的發(fā)光二極管亮；&變?yōu)?,G1的輸出為1,G2輸出為0,將G3關(guān)斷，時(shí)鐘脈沖CP便不能經(jīng)過G3進(jìn)入D觸發(fā)器，由丁沒有時(shí)鐘脈沖，因此再接著按其他按鈕，就不起作用了，觸發(fā)器的狀態(tài)不會(huì)改變。搶答判決完畢，活零，準(zhǔn)備下次搶答用。o+ivXvas41-4I,_3Md74LS175LED匕300口營(yíng)1-nnniCP圖3.2(3)74LS00原理介紹74LS00的邏輯引腳圖與功能表如下:p|»p<1MlVIAl圖3.374L

10、S00的邏輯引腳圖1. 1A4A2. 1B4B輸入端3. 1Y4Y輸出端4. GNOR地端VCC®電源端表174LS00O輸入、輸出關(guān)系輸入輸出ABY01111010100174LS00是兩輸入四與非門集成電路o當(dāng)輸入端中有一個(gè)或一個(gè)以上輸入低電平時(shí)，輸出端為高電平；當(dāng)輸入全部為高電平時(shí)，輸入為低電平。顯然、與非門是“與”邏輯的非運(yùn)算，即“有0出1,全1出0”74LS00在本設(shè)計(jì)中充分發(fā)揮與非門的作用,將上一級(jí)的輸入信號(hào)傳入到一級(jí)，真正運(yùn)用與非門“有0出1,全1出0”，為本設(shè)計(jì)提供方便。3.2.2 .555原理介紹555的邏輯引腳圖與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下:CB555圖3.4555的邏輯引

11、腳圖31圖3.5555內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖555定時(shí)器成555定時(shí)器是一咱模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。本低、性能可靠，只需外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用丁儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。555定時(shí)器電路主要由分壓器、比較器、RS觸發(fā)器、MOSF關(guān)管和輸出緩沖器等幾個(gè)部分組成。555定時(shí)器工作原理：定時(shí)器工作狀態(tài)取決丁電壓比較器C1、C2,它們的輸出控制著RS觸發(fā)器和放電管T的狀態(tài)，當(dāng)高觸發(fā)器TH的電壓高丁2VDD/3這個(gè)上門限電平的閥值電壓時(shí)，上比較器C1輸出為高電平，使RS觸發(fā)器置“0”，即Q=

12、QQ=1,放電管T導(dǎo)通；當(dāng)?shù)陀|發(fā)端TR的電壓低丁VDD/3這個(gè)下門限電平的閥值電壓時(shí)，下比較器C2輸出為高電平，使RS觸發(fā)器置“1”，即Q=1,-Q=0，放電管T截止。若TH端電壓高丁2VDD/3或TR端電壓低丁VDD/3時(shí)，兩個(gè)比較器C1和C2的輸出均為“0”，放電管T和定時(shí)器輸出端將保持原狀態(tài)不變。1. Vss接公共端或低電位端2. TR一低觸發(fā)輸入端3. OUT-輸出端4. -R一直接活零端5. CO-電壓控制端，通過其輸入不同的電壓值改變比較器的基準(zhǔn)電壓。不用時(shí)，要經(jīng)0.01uF的電容器接地。6. TH-高觸發(fā)輸入端7. D一放電端。外接電容器，當(dāng)T導(dǎo)通時(shí)，電容器由D經(jīng)T放電8. VD

13、D-正電源端綜上所述：由555構(gòu)成的多諧振蕩電路，其輸出信號(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器。該電路實(shí)際上是把555定時(shí)器組成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器并接RCR分電路而構(gòu)成的，其輸出脈沖信號(hào)頻率為f=1.4X1/(R+12R2CKey1第四篇設(shè)計(jì)電路圖介紹4.1電路設(shè)計(jì)圖AKey=VCCR91kQdJ5Key=R11kQJ4J3Key=AAK:eyA8G&0&0IIR21ks1MHz:1R3Q<1kQU45VU1274LS175DU141HzU6r±74192NU13-J_6_4512133267i4R41kQ_9,詢14-15110.1DVCC.2D,3D1Q,4D1Q2QCLR2Q&

14、gt;CLK3Q3Q4QGND4Q1610U2AAOABOBCOCDODOELTOFRBIOGBI/RBO71261312111091514-I7400NU7A7420NU3B7400N7448NU13U9AI7420NU10A17400NAQABQBCQCDQDLOADBOCLRCO>UP>DOWNR51k(r110WU11A7400NU8B7420NU5AOABOBCOCDODOELTOFRBIOGBI/RBO13121110915147448NT0I_A1TlCVCi.1F555VIU16SrTUAKU12ONALERT4.2 .元件清單元件名稱元件數(shù)量74LS175集成芯片1個(gè)74LS20集成芯片2個(gè)74LS00集成芯片6個(gè)555集成芯片1個(gè)電阻1修四個(gè)；300Q四個(gè)；1kQ一個(gè)。；10kQ一個(gè)；100Q兩個(gè)電容2個(gè)（1uF1個(gè)、470uF1個(gè)）開關(guān)5個(gè)第五篇心得體會(huì)本次實(shí)驗(yàn)基本上實(shí)現(xiàn)了。不過由丁最近期末考試，這次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)間有點(diǎn)匆忙，雖然大部分的功能都實(shí)現(xiàn)了