人抢答器电路设计

1、电工学实验a （下）实验报告4 人竞赛抢答器的设计学院名称：材料科学与工程班级：10 级 4 班姓名：xxx学号：1810004xx成绩：2013 年 1 月 12 日目录第一篇实验设计任务介绍 31.1 设计题目 31.2 实验目的 31.3 实验内容 31.4 实验要求 4第二篇设计背景 5第三篇设计原理 53.1 抢答器的主要功能简介 53.2 抢答器工作原理 73.2.1 74ls175 原理介绍 73.2.2 74ls00 原理介绍 93.2.3 . 555原理介绍 11第四篇设计电路图介绍 134.1 电路设计图 134.2 .元件清单 14第五篇心得体会 14第一篇 实验设计任务

2、介绍1.1 设计题目数控增益放大器的设计1.2 实验目的1 、掌握面包板搭接电路技术；2、学习调试系统电路，提高实验技能；3、了解竞赛抢答器的工作原理及其结构。1.3 实验内容1 、设计任务：设计制作一个可容纳四组参赛的数字式抢答器。2、设计要求：（ 1）每组设置一个抢答按钮，供抢答者使用；（ 2）电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能；（ 3）在主持人将系统复位并发出抢答指令后，若有参赛者按抢答开关，则提醒主持人（音频提示或信号灯亮） ，同时显示出抢答者的组别；（ 4）同时电路应具备自锁功能，使别组的抢答开关不起作用；（ 5）要求电路主要选用中规模ttl或cmo睬成电路。3 、设计要点 :（

3、1）抢答控制器：竞赛抢答器的核心，当任意一位参赛者按下开关时，抢答控制器立刻接受该信号，则提醒主持人（音频提示或信号灯亮） ，同时显示出抢答者的组别。与此同时，封锁其他参赛者的输入信号，这就要求抢答器的分辨能力高 （cp 为1mhz）同时要求电路有4组输入和输出，电路可考虑用4个d触发器（74ls175） 和与非门组成（74ls00和74ls20）;（ 2）抢答控制输入电路：有 4 个开关组成， 4 人各控制一个，按下开关使相应控制端信号为高电平或低电平；（ 3）清零装置：供每次比赛前主持人使用，它保证每次抢答前使抢答器清零，避免电路误动作和抢答过程中的不公平。 采用由主持人控制开关， 同时使

4、每人的抢答电路同时清零的方式；（ 4）抢答显示、提示电路：抢答器显示电路可由数码管实现（ 4组共用） ，显示字形代表抢答组号（含编码一与非门，如74ls0o 译码-74ls48、显示-cd4511）;提示电路为 4 组共用，只要有抢答者出现，都会发出提示（扬声器-555电路或led- 三极管驱动 ）1.4 实验要求（ 1）画出电路原理图，并弄懂各部分的工作原理及作用；（ 2）按原理图接线，并认真检查电路；（ 3）按要求调试电路，实现各部分电路功能；（ 4）列出元件清单，给出芯片管脚；（ 5）分析调试中发现的问题及故障排除方法。15第二篇设计背景随着我国经济和文化事业的发展， 在这个竞争激烈的社

5、会中，知识竞赛、评 选优胜，选拔人才之类的活动愈加频繁。在很多竞争场要求有快速公正的竞争裁 决，例如，证券、股票交易及各种智力竞赛等。在现代社会生活中，智力竞赛更 是作为一种生动活泼的教育形式和方法能够引起观众极大的兴趣。但是、在竞赛中往往是多个选手一起，分为几个小组参加比赛，针对主持人提出的问题各竞赛 小组进行抢答，而抢答环节就要有一种逻辑电路抢答器作为裁判员功能、实现其比赛公平、公正的规则。智能抢答器是一种应用十分广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它都能 客观、迅速地判别出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只是由几个三极管、可控建、发光管等器件组成的 能通过发光管的指小辩认出选手号信口现

6、在大多 数智能抢答器都由单片机或数字集成电路构成的， 并且新增了许多功能，如选手 号码显示，抢按前或抢按后的计时，选手得分显示等功能。随着科技的发展，现在的抢答器向着数字化、智能化的方向发展，这就必然 提高了智能抢答器的制造成本。鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单， 经济实用的小型抢答器肯定很有市场。第三篇设计原理3.1 抢答器的主要功能简介1、当主持人按下“开关”按钮后，选手可以通过按按钮的快慢来决定由谁 来回答，按得快的选手的编号显示在电子显示管上；2、此后选手输入被锁住，如果主持人按下复位键则编号显示处不作任何显示;3、然后选手开始作答，作答的时间少于 2分钟，以倒数的方式进行，

7、而且 通过显示屏把时间显示出来。；4、""人接下开关所f的起小及.作状态川到i初始状态以便进仃卜汶3.2 抢答器工作原理当主持人宣布开始，定时电路开始秒脉冲电路的作用而进行倒记时，并通过译码器在显示器中显示。报警电路给出声音提示。当选手首先按某一开关键时， 可通过触发锁存电路被触发并锁存， 在输出端产生相应的开关电平信息， 同时为 防止其它开关随后触发而产生紊乱。最先产生的输出电平变化又反过来将触发电 路锁定。然后在译码器中译码，将触发器输出的数据转换为数码管需要的逻辑状 态。最后在显示电路中显示出所按键选手的号码。若有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，

8、结果可能是它们中的任一个产生有效输出。 如图3.1:抢答按钮定府电路济码电器一*显示电路显示屯器图3.1系统框图3.2.1 74ls175 原理介绍(1) 74ls175的功能表内部结构及管脚图loghc symbol图3.2 (1) 74sl175内部结构和管脚图其中rd复位(满0端)接地，d1, d2, d3, d4分别是输入端，q1,q2,q3,q4.分别位输出端。cp是脉冲输入端t4ls1t5的功能表图3.2 (2) 74ls175的功能表l代表低电平,h代表高电平(2) 74ls175在抢答器中应用图3.2 (3)所示为四人参加智力竞赛的抢答部分参考电路，电路中的主要 器件是74ls

9、175型四上升沿d触发器(如图2所示)，它的清零端rd和时钟脉冲 cp是四个d触发器共用的。抢答前先清零，q1q4匀为0,相应的发光二极管led都不亮；q 1q4均为 1,与非门g1输出为0。同时，g2输出为1,将g3开通，时钟脉冲cp可以经过 g3进入d触发器的cp端。此时，由于s1s4均未按下，d1d4匀为0,所以触 发器的状态不变。抢答开始，若 s1首先按下，d1和q1均变为1,相应的发光二 极管亮；q1变为0, g1的输出为1, g2输出为0,将g3关断，时钟脉冲cp便不 能经过g3进入d触发器，由于没有时钟脉冲，因此再接着按其他按钮，就不起 作用了，触发器的状态不会改变。抢答判决完毕

10、，清零，准备下次抢答用。%mq74lsi7sled匕 300n色 300 口300 nit o-nnnicp图 3.2 (3)3.2.2 74ls00 原理介绍74ls00的逻辑引脚图与功能表如下:ri pp p p p<1mlvial,才¥j图3.3 74ls00的逻辑引脚图1. 1a 4a2. 1b 4b输入端3. 1y 4y输出端4. gndr地端5. vcc®电源端表1 74ls00o输入、输出关系输入输出aby01111010100174ls00是两输入四与非门集成电路。当输入端中有一个或一个以上输入低 电平时，输出端为高电平；当输入全部为高电平时，输入为低

11、电平。显然、与非 门是“与”逻辑的非运算，即“有 0出1,全1出0”74ls00在本设计中充分发挥与非门的作用，将上一级的输入信号传入到一 级，真正运用与非门”有0出1,全1出0”，为本设计提供方便。3.2.3 . 555原理介绍555的逻辑引脚图与其内部结构图如下:图3.4 555 的逻辑引脚图百431图3.5 555内部结构示意图555定时器是一咱模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555定时器成本低、性能可靠，只需外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触 发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪 表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555定时器

12、电路主要由分压器、比较器、rs触发器、mosf关管和输出缓冲 器等几个部分组成。555定时器工作原理：定时器工作状态取决于电压比较器 c1、c2,它们的输出控制着rs触发器和 放电管t的状态，当高触发器th的电压高于2vdd/3这个上门限电平的阀值电压 时，上比较器c1输出为高电平，使rs触发器置“0"，即q=q石=1 ,放电管t导通；当低触发端tr 的电压低于vdd/3这个下门限电平的阀值电压时，下比较器c2输出为高电平，使rs触发器置“1"，即q=1, q =0 ,放电管t 截止。若th端电压高于2vdd/3或r 端电压低于vdd/3时，两个比较器c1和c2的输出均为“

13、 0”，放电管t和定时器输出端将保持原状态不变。1. vss一接公共端或低电位端2. tr 低触发输入端3. out-输出端4. r 一直接清零端5. co-电压控制端，通过其输入不同的电压值改变比较器的基准电压。不 用时，要经0.01uf的电容器接地。6. th-高触发输入端7. d放电端。外接电容器，当 t导通时，电容器由d经t放电8. vdd-正电源端综上所述：由555构成的多谐振荡电路，其输出信号经三极管推动扬声器。 该电路实际上是把555定时器组成双稳态触发器并接 rcr分电路而构成的，其 输出脉冲信号频率为f=1.4x 1/ (r+12r2 c第四篇设计电路图介绍4.1电路设计图v

14、cc5vu4j4j3(j1aj2key - aakey =、ey a8j、gnd74ls175d1d2d3d4dclr clk451213k«yr91k。j5key =r11k。u15mhzu9a7420nu116vccu2a27400n1q 1q2q 2q3q 3q4q 4q吗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 .元件清单元件名称元件数量74ls175集成芯片1个74ls20集成芯片2个74ls00集成芯片6个555集成芯片1个电阻1md四个；300q四个；1kq 一个。；10kq 一个；100q 两个电容2 个（1uf1 个、470uf1 个）开关5个第五篇心得体会本次实验基本上实现了。不过由于最近期末考试，这次实验设计时间有点匆 忙，虽然大部分的功能都实现