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?31.3 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 73.2.1 74ls175 原理介紹 73.2.2 74ls00 原理介紹 93.2.3 . 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 134.2 .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)

2、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、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(kāi)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(kāi)關(guān)不起作用；（ 5）要求電路主要選用中規(guī)模ttl或cmo睬成電路。3 、設(shè)計(jì)要點(diǎn) :（

3、1）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(kāi)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(mén)組成（74ls00和74ls20）;（ 2）搶答控制輸入電路：有 4 個(gè)開(kāi)關(guān)組成， 4 人各控制一個(gè)，按下開(kāi)關(guān)使相應(yīng)控制端信號(hào)為高電平或低電平；（ 3）清零裝置：供每次比賽前主持人使用，它保證每次搶答前使搶答器清零，避免電路誤動(dòng)作和搶答過(guò)程中的不公平。 采用由主持人控制開(kāi)關(guān)， 同時(shí)使

4、每人的搶答電路同時(shí)清零的方式；（ 4）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)（含編碼一與非門(mén)，如74ls0o 譯碼-74ls48、顯示-cd4511）;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(huà)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）列出元件清單，給出芯片管腳；（ 5）分析調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及故障排除方法。15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

5、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(wèn)題各競(jìng)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、可控建、發(fā)光管等器件組成的 能通過(guò)發(fā)光管的指小辯認(rèn)出選手號(hào)信口現(xiàn)

6、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制造成本。鑒于現(xiàn)在小規(guī)模的知識(shí)競(jìng)賽越來(lái)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(kāi)關(guān)”按鈕后，選手可以通過(guò)按按鈕的快慢來(lái)決定由誰(shuí) 來(lái)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(kāi)始作答，作答的時(shí)間少于 2分鐘，以倒數(shù)的方式進(jìn)行，

7、而且 通過(guò)顯示屏把時(shí)間顯示出來(lái)。；4、""人接下開(kāi)關(guān)所f的起小及.作狀態(tài)川到i初始狀態(tài)以便進(jìn)仃卜汶3.2 搶答器工作原理當(dāng)主持人宣布開(kāi)始，定時(shí)電路開(kāi)始秒脈沖電路的作用而進(jìn)行倒記時(shí)，并通過(guò)譯碼器在顯示器中顯示。報(bào)警電路給出聲音提示。當(dāng)選手首先按某一開(kāi)關(guān)鍵時(shí)， 可通過(guò)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(kāi)關(guān)電平信息， 同時(shí)為 防止其它開(kāi)關(guān)隨后觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂。最先產(chǎn)生的輸出電平變化又反過(guò)來(lái)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(kāi)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(wèn)題，

8、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:搶答按鈕定府電路濟(jì)碼電器一*顯示電路顯示屯器圖3.1系統(tǒng)框圖3.2.1 74ls175 原理介紹(1) 74ls175的功能表內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳圖loghc symbol圖3.2 (1) 74sl175內(nèi)部結(jié)構(gòu)和管腳圖其中rd復(fù)位(滿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t4ls1t5的功能表圖3.2 (2) 74ls175的功能表l代表低電平,h代表高電平(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74ls

9、175型四上升沿d觸發(fā)器(如圖2所示)，它的清零端rd和時(shí)鐘脈沖 cp是四個(gè)d觸發(fā)器共用的。搶答前先清零，q1q4勻?yàn)?,相應(yīng)的發(fā)光二極管led都不亮；q 1q4均為 1,與非門(mén)g1輸出為0。同時(shí)，g2輸出為1,將g3開(kāi)通，時(shí)鐘脈沖cp可以經(jīng)過(guò) g3進(jìn)入d觸發(fā)器的cp端。此時(shí)，由于s1s4均未按下，d1d4勻?yàn)?,所以觸 發(fā)器的狀態(tài)不變。搶答開(kāi)始，若 s1首先按下，d1和q1均變?yōu)?,相應(yīng)的發(fā)光二 極管亮；q1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(guò)g3進(jìn)入d觸發(fā)器，由于沒(méi)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

10、，清零，準(zhǔn)備下次搶答用。%mq74lsi7sled匕 300n色 300 口300 nit o-nnnicp圖 3.2 (3)3.2.2 74ls00 原理介紹74ls00的邏輯引腳圖與功能表如下:ri pp p p p<1mlvial,才¥j圖3.3 74ls00的邏輯引腳圖1. 1a 4a2. 1b 4b輸入端3. 1y 4y輸出端4. gndr地端5. vcc®電源端表1 74ls00o輸入、輸出關(guān)系輸入輸出aby01111010100174ls00是兩輸入四與非門(mén)集成電路。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

11、電平。顯然、與非 門(mén)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(mén)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(mén)”有0出1,全1出0”，為本設(shè)計(jì)提供方便。3.2.3 . 555原理介紹555的邏輯引腳圖與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下:圖3.4 555 的邏輯引腳圖百431圖3.5 555內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖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。555定時(shí)器成本低、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)用于儀 表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。555定時(shí)器

12、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)取決于電壓比較器 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的電壓高于2vdd/3這個(gè)上門(mén)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=q石=1 ,放電管t導(dǎo)通；當(dāng)?shù)陀|發(fā)端tr 的電壓低于vdd/3這個(gè)下門(mén)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端電壓高于2vdd/3或r 端電壓低于vdd/3時(shí)，兩個(gè)比較器c1和c2的輸出均為“

13、 0”，放電管t和定時(shí)器輸出端將保持原狀態(tài)不變。1. vss一接公共端或低電位端2. tr 低觸發(fā)輸入端3. out-輸出端4. r 一直接清零端5. co-電壓控制端，通過(guò)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. vdd-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=1.4x 1/ (r+12r2 c第四篇設(shè)計(jì)電路圖介紹4.1電路設(shè)計(jì)圖v

14、cc5vu4j4j3(j1aj2key - aakey =、ey a8j、gnd74ls175d1d2d3d4dclr clk451213k«yr91k。j5key =r11k。u15mhzu9a7420nu116vccu2a27400n1q 1q2q 2q3q 3q4q 4q嗎15u10a 7400n田2?1ks! lr3。1kqr41k。u7a 7420nu3b7400n7126a b c dlt rbi bi/rbooa ob oc od oe of og131210915147448n15 1109a b c dload clru upd down74192nu14hzu6b

15、o coqa qb qcqda b c d但 3lt rbi bi/rbo3267匚1u11a7400nu8b7420nu5oa ob oc od oe of og13121110915147448nr5 1kq10kccvtr tuo sbc1之 0,1 fa1u16sonalert 555 virtualz4.2 .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1md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(kāi)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(guò)由于最近期末考試，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)