電子課程設(shè)計(jì)-三路搶答器

1、目錄 前言 .1 1方案設(shè)計(jì) .2 2主要單元電路 .4 2.1 二輸入 4 與非門 74LS00 . 4 2.2 三輸入 3 與非門 74LS10 . 5 2.3 四 D 觸發(fā)器 74LS175 . 6 2.4 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器 . 7 2.4.1 555 定時(shí)器. 7 2.4.2 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器 . 8 2.5 搶答器按鍵部分 . 9 2.6 搶答器指示部分 . 10 3總電路原理圖及設(shè)計(jì)原理 .12 4總結(jié)與體會(huì) .14 參考文獻(xiàn) .15 附錄 元器件清單 .16精品文檔 、八 、， 前言 電子課程設(shè)計(jì)是對(duì)以前學(xué)科知識(shí)的綜合，檢驗(yàn)學(xué)生掌握電子學(xué)科的 理論知識(shí)

2、的程度，也是學(xué)科教學(xué)中的一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。通過把理論 與實(shí)踐相結(jié)合，提高理論水平，鍛煉實(shí)踐動(dòng)手能力。同時(shí)，對(duì)于學(xué)生對(duì) 電子學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣也是有極大的激發(fā)作用，讓同學(xué)在自己動(dòng)手制作的 過程中找到樂趣，加深對(duì)學(xué)科知識(shí)的理解及消化，為以后的學(xué)習(xí)打下良 好的基礎(chǔ)。一個(gè)較為復(fù)雜的設(shè)計(jì)課題，通常需要對(duì)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行認(rèn)真分 析和研究，通過收集和查閱資料，在已學(xué)模擬和數(shù)字電子技術(shù)課程（或 電子技術(shù)） 理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行構(gòu)思， 從而提出實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的可能方案， 并畫出相應(yīng)的框圖。 搶答器是一個(gè)用于智力搶答的簡易器械，通過他可以實(shí)現(xiàn)對(duì)由誰獲 得回答權(quán)的自動(dòng)判斷，假如僅靠人的判斷，很難保證先做出搶答的選手 獲得答題權(quán)

3、，運(yùn)用搶答器可以消除這種可能性從而保證比賽的公平公正 性。搶答器多見于一些益智類節(jié)目中，搶答器可以鍛煉選手的快速反應(yīng) 能力，而且活躍現(xiàn)場氣氛。 本報(bào)告主要介紹了簡易三路搶答器的設(shè)計(jì)原理以及器件選擇和主要 器件分析以及原理圖等。 1 歡迎。下載 精品文檔 1方案設(shè)計(jì) 搶答器信搶答器信 號(hào)分析主號(hào)分析主 休部分休部分 圖 1-1 三路搶答器的流程圖 如圖為這個(gè)三路搶答器的方案流程圖，其具體介紹如下：選手搶答 按鍵由三個(gè)可自動(dòng)復(fù)位開關(guān)組成；多諧振蕩器由 555 定時(shí)器和電容和電 阻構(gòu)成；主持人復(fù)位鍵使用一個(gè)可自動(dòng)復(fù)位按鍵；聲光提示部分由三個(gè) 發(fā)光二極管和一個(gè)揚(yáng)聲器構(gòu)成；搶答信號(hào)分析主體部分由一個(gè)四

4、D 觸發(fā) 器 74LS175 和兩個(gè)二輸入與非門（由 74LS00 提供）和一個(gè)三輸入與非門 （由74LS10 提供）構(gòu)成。 該搶答器工作流程：搶答開始前，主持人按下復(fù)位鍵，此時(shí)，三個(gè) 發(fā)光二極管均為熄滅狀態(tài)，揚(yáng)聲器不發(fā)聲。當(dāng)主持人表示開始搶答時(shí)， 選手按下?lián)尨鹌靼存I，和該選手對(duì)應(yīng)的指示燈即發(fā)光二極管亮，揚(yáng)聲器 2歡迎下載 精品文檔 發(fā)出聲音， 同時(shí)通過與非門電路將搶答信號(hào)反饋回來， 鎖住搶答器主體， 使之不再接收其他選手的搶答信號(hào)，從而保證只有第一個(gè)按下?lián)尨鸢存I 的選手獲得答題權(quán)。等到進(jìn)入下一搶答環(huán)節(jié)，主持人按下復(fù)位鍵，搶答 器再次處于可搶答狀態(tài)。 3 歡迎。下載 精品文檔 2主要單元電路

5、2.1二輸入4與非門74LS00 圖 2-1 二輸入 4 與非門 74LS00 的內(nèi)部邏輯圖 74LS00 有外部 14 個(gè)管腳，內(nèi)部由四個(gè)二輸入與非門電路構(gòu)成。現(xiàn) 取其中一個(gè)列其功能表： Y=AB 表 2-1 二輸入與非門功能表 輸入 輸出 A B Y L L H L H H H L H H H L 4歡迎下載 精品文檔 2.2三輸入3與非門74LS10 圖 2-2 三輸入 3 與非門 74LS00 的內(nèi)部邏輯圖 74LS10 有外部 14 個(gè)管腳，內(nèi)部由三個(gè)三輸入與非門電路構(gòu)成。現(xiàn) 取其中一個(gè)列其功能表： Y=ABC 表 2-2 三輸入與非門功能表 輸 入 A L L L L H H H

6、H B L L H H L L H H C L H L H L H L H 輸 出 Y H H H H H H L 5歡迎下載 精品文檔 2.3四D觸發(fā)器74LS175 VQQ QJ Q3 D3 D? Q2 CP 而而両藺麗問而回 1 | | 2 | | 3 | | 4 | | 5 | | 6 | | 7 | | 8 W Qo Ho Do 6 Ui Qi GND 圖 2-3 74LS175 引腳圖 圖 2-4 四 D 觸發(fā)器邏輯圖 四 D 觸發(fā)器，顧名思義，是由四個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成，并且這四個(gè)觸發(fā)器 為上升沿觸發(fā)，其功能表為： 6歡迎下載 MR CP D3 D2 OiQi 精品文檔 表 2-3 四

7、D 觸發(fā)器 74LS175 的功能表 輸入 輸出 FD CP D1 D2 D3 D4 Q C2 C3 C4 L X X X X X L L L L H T D D2 Ds D4 Di D2 D3 D4 H H X X X X 保持 H L X X X X 保持 2.4 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器 2.4.1 555 定時(shí)器 555 定時(shí)器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成器件， 它性能優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加接少量的阻容元件可以很方便地組 成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器因此集成 555 定時(shí)被廣泛應(yīng)用于脈沖波形 的產(chǎn)生與變換、測量與控制等方面。 555 定時(shí)器的內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，

8、三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓 VCC /3 和 2VCC /3 。 圖 2-5 555 定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 7歡迎下載 精品文檔 24 2 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器 555 定時(shí)器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成器件， 它性能優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加接少量的阻容元件可以很方便地組 成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，以及不需外接元件就可組成施密特觸發(fā) 器。因此集成 555 定時(shí)被廣泛應(yīng)用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測量與控 制等方面。 用 555 定時(shí)器組成的多諧振蕩器如圖 3.4.2 所示。接通電源后，電 2Vcc 容 C 被充電，當(dāng)

9、 vc 上升到時(shí)，使 vo 為低電平，同時(shí)放電三極管 TD Vcc 導(dǎo)通，此時(shí)電容 C 通過 R2 和 TD 放電，vc 下降到時(shí)，vo 翻轉(zhuǎn)為高電 平。電容C 放電所需時(shí)間為： t PL= RzCIn 2 O.7R2C Vcc 當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，TD 截止，Vcc 將通過 R1、R2 向電容充電，vc 由 2Vcc 上升到丁所需的時(shí)間為： tpH=(R 1+R)CIn2 0.7 (R1+R2)C 2Vcc 當(dāng) vc 上升到丁時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此循環(huán)往復(fù)，在輸 出端得到一個(gè)周期性的矩形波。其振蕩頻率為： f =1/( t PL + t pH)1.43/(R 計(jì) F2)C 其振蕩周期為： T

10、=1/ f =(R 計(jì) R)C/1.43 由于 555 定時(shí)器內(nèi)部的比較器靈敏度較高， 而且采用差分電路形式， 用 555定時(shí)器組成的多諧振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影 響較小。 8歡迎下載 (a) 丁 | J 4 (b) 圖 2-6 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器電路及工作波形 (a)電路圖 (b )工作波形 2.5搶答器按鍵部分 在本電路中，需要三位選手各一個(gè)搶答按鍵和主持人一個(gè)復(fù)位按鍵。 考慮到搶答器實(shí)際需要，在此不采用單刀雙擲開關(guān)，因?yàn)閱蔚峨p擲開關(guān) 在選手搶答之后需要手動(dòng)扳回，增加了操作的復(fù)雜性。所以選用可復(fù)位 按鍵，以減少操作精品文檔 Vcc 3_ Vc R1 R2 TRI

11、G CVOLT VCf 流程。 9歡迎下載精品文檔 (a) (b) 圖 2-7 搶答器按鍵部分 (a )搶答部分 (b)復(fù)位鍵 如圖(a)所示，選手按鍵區(qū)，在常態(tài)下， S1、S2、S3 處于斷開狀 態(tài)，輸出端接地處于低電平。當(dāng)按鍵按下去時(shí)接通電源，由于電阻 R7、 R8 R9 的作用，輸出端會(huì)輸出高電平。松開按鍵，輸出端再次變?yōu)榈碗?平。圖(b),常態(tài)下 Rd 端通過電阻 R6 接通 5V 電源，從而接收到高電平。 當(dāng)按下S0 鍵，Rd 端直接接地，變?yōu)榈碗娖叫盘?hào)。松開 SO, Rd 再次變?yōu)?高電平。 2.6搶答器指示及發(fā)聲部分 10歡迎下載精品文檔 搶答器指示部分主要有指示燈顯示對(duì)應(yīng)的作出

12、搶答的選手，和發(fā)聲 部分。其中指示燈選取三個(gè)發(fā)光二極管接在相應(yīng)的電路中， 發(fā)聲功能則 選取一個(gè)揚(yáng)聲器來完成。鑒于 74LS175 輸出電壓較小，并且通過電阻和 二極管的管壓降效應(yīng)，導(dǎo)致?lián)P聲器的電壓更小，從而無法驅(qū)動(dòng)負(fù)載。所 以在揚(yáng)聲器的發(fā)生部分加上一個(gè)三極管放大電路，保證揚(yáng)聲器能夠正常 工作。 11 歡。迎下載 精品文檔 3總電路原理圖及設(shè)計(jì)原理 a.oiuF 圖 3-1 三路搶答器總原理圖 以一號(hào)選手為例，該搶答器設(shè)計(jì)工作原理為： 搶答前，D1、D2、D3 和 Q1、Q2 Q3 均處于低電平狀態(tài)，Q1、Q2、 Q3 處于高電平狀態(tài)，所以三者通過一個(gè)三輸入與非門，再經(jīng)過一個(gè)二 輸入與非門之后處

13、于高電平狀態(tài)，這個(gè)高電平和多諧振蕩器通過一個(gè)開 始搶答時(shí)，按下?lián)尨疰I S1，此時(shí)四 D 觸發(fā)器 D1 接收到一個(gè)高電平信號(hào)， 和多諧振蕩器匯合通過一個(gè)與非門之后，仍然為高低電平的振蕩波形， 并輸送至 74LS175 的 CP端。 搶答開始時(shí)，按下 S1 鍵，此時(shí) 74LS175 的 D1 端接收到一個(gè)高電平 信號(hào)，D1、D2 D3 狀態(tài)為 H L、L,經(jīng) CP 端觸發(fā) Q1、Q2 Q3 狀態(tài)也為 H L、L，Q1 將高電平信號(hào)輸送至相應(yīng)的指示燈（二極管），指示燈亮， ：10uF Rll I J-K DISGJ THRA RUT TRIG CVOLT 口 氏浪矗 3 74LS175 5JU1 5

14、 D5 D2 R2 5JKil 5 i NE55SP 12歡迎下載 精品文檔 揚(yáng)聲器發(fā)聲；此時(shí)，Q1、Q2、Q3 狀態(tài)為 L、H、H,經(jīng)過兩個(gè)與非門得 到低電平，與多諧振蕩器匯合通過一個(gè)與非門得到一個(gè)持續(xù)的高電平， 并輸送至 74LS175的 CP 端，當(dāng) CP 端不再變化時(shí)，四 D 觸發(fā)器 74LS175 處于保持狀態(tài)，S2 與 S3再按下時(shí)，四 D 觸發(fā)器不再響應(yīng)。 搶答結(jié)束，主持人按下復(fù)位鍵 SO,四 D 觸發(fā)器 RD 端接收到低電平 信號(hào)，74LS175 清零。松開按鍵 SO, RD 端接收到高電平信號(hào)，搶答器復(fù) 位至搶答前的狀態(tài)，可以進(jìn)入下一搶答環(huán)節(jié)。 13歡迎下載 精品文檔 4 總

15、結(jié)與體會(huì) 通過此次課程設(shè)計(jì)，是我的能力有了一定程度的提高，并且在數(shù)字 邏輯電路技術(shù)和理論基礎(chǔ)上有了更深的了解。通過在設(shè)計(jì)過程中的發(fā)現(xiàn) 問題、解決問題，增長了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)。鞏固了本學(xué)期學(xué)的數(shù)字電路知 識(shí)。通過設(shè)計(jì)這個(gè)簡易三路搶答器，對(duì)邏輯電路有了更近一步的了解。 通過查閱文獻(xiàn)資料，提高了文件檢索和查找數(shù)據(jù)手冊(cè)的能力。通過畫原 理圖，復(fù)習(xí)了 Protel 軟件的使用。同時(shí)又發(fā)現(xiàn)自己的許多不足之處， 些知識(shí)還需提高。 由于個(gè)人能力和時(shí)間原因，本設(shè)計(jì)不盡完善，尚有不足之處，有可 改進(jìn)之處，還望老師提出改進(jìn)意見。 14 歡。迎下載 精品文檔 參考文獻(xiàn) 1 康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高等教育出版社， 2006 年第五版； 2 徐國華， 模擬及數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程， 北京航空航天大學(xué)出版社， 2004； 3 魯捷 等， Protel2004 電路設(shè)計(jì)，清華大學(xué)出版社， 2007； 4 王澄非，電路與數(shù)字邏輯實(shí)踐，東南大學(xué)出版社， 1999 年 10 月 5 姚福安，電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐，山東科學(xué)技術(shù)出版社， 2001 年 10 月。 15 歡。迎下載 精品文檔 附錄元器件清單 元器件名稱 規(guī)