简易三路抢答器

1、简易三路抢答器郑州轻工业学院课程设计说明书题目：简易三路抢答器名：系）： 技术物理系专业班级：电子可学与技术 10-01学 号：54*指导教师：成 绩：时间： 2012 年 12 月 28 日至 2013 年 01 月 11 日目录摘要 01 设计方案 11.1 概述11.2 电路组成和工作原理11.2.1 抢答器21.2.2 抢答控制器21.2.3 清零装置21.2.4 显示、 声响电路21.2.5 振荡电路22 元器件选型2.1 电阻32.2 发光二极管32.3 二输入 4 与非门 74LS00 32.4 三输入 3 与非门 74LS10 42.5 四 D 触发器 74LS175 52.6

2、 555 定时器构成的多谐振荡器62.6.1 555 定时器 62.6.2 555 定时器构成的多谐振荡器72.7 抢答器按键部分82.8 抢答器指示及发声部分93 电路的组成及控制原理 113.1 抢答控制电路113.2 抢答器113.3 清零装置123.4 显示、声响电路12总结 14参考文献 15 附录附录一 电路原理图16附录二 元器件清单17附录三 PS-MH4015L型蜂鸣器参数表18摘要电子课程设计是检验学生掌握电子学科的理论知识的程度，也是学科教学 中的一个十分重要的环节。通过把理论与实践相结合，提高理论水平，锻炼实 践动手能力。在以前没有抢答器的时候，人们就举手来抢答。这样就

3、不能够准 确的判断哪个首先举手。因此产生矛盾。然后出现了一些机械似的抢答器，但 是准确度都不高，而且又太贵，现在用的是电子产品，精确度大大的提高了， 而且有的可调精确度。抢答器是一个用于智力抢答的简易器械，通过他可以实现对由谁获得回答 权的自动判断，假如仅靠人的判断，很难保证先做出抢答的选手获得答题权， 运用抢答器可以消除这种可能性从而保证比赛的公平公正性。抢答器多见于一 些益智类节目中，抢答器可以锻炼选手的快速反应能力，而且活跃现场气氛。该报告主要介绍了简易三路抢答器的设计原理以及器件选择和主要器件分 析以及原理图等。关键词 抢答器 可调精确度 快速反应能力 设计原理 器件选择 原理图简易三

4、人抢答器1 设计方案1.1 概述：简易三人抢答器是一名的主持人， 它的任务是从三名竞赛者中确定出最先的 抢答者。1.2 电路组成和工作原理根据上面所说的功能要求， 智力竞赛抢答计事系统的组成框图如下图 1-1 所如图为这个三路抢答器的方案流程图，其具体介绍如下：选手抢答按键由 三个可自动复位开关组成；多谐振荡器由 555 定时器和电容和电阻构成；主持 人复位键使用一个可自动复位按键；声光提示部分由三个发光二极管和一个扬 声器构成；抢答信号分析主体部分由一个四 D触发器 74LS175 和两个二输入与 非门（由 74LS00提供）和一个三输入与非门（由 74LS10提供）构成。该抢答器工作流程：

5、抢答开始前，主持人按下复位键，此时，三个发光二 极管均为熄灭状态，扬声器不发声。当主持人表示开始抢答时，选手按下抢答 器按键，和该选手对应的指示灯即发光二极管亮，扬声器发出声音，同时通过 与非门电路将抢答信号反馈回来，锁住抢答器主体，使之不再接收其他选手的 抢答信号，从而保证只有第一个按下抢答按键的选手获得答题权。等到进入下 一抢答环节，主持人按下复位键，抢答器再次处于可抢答状态。1.2.1 抢答器智力竞赛抢答器的核心。当参赛者的任意一位首先按下抢答开关事，抢答 器即刻接受该信号， 指使相应发光二极管亮 （或音响电路发出声音） ，与此同时， 封锁住其他参赛者的输入信号。1.2.2 抢答控制器

6、抢答控制器由三个开关组成。三名参赛者各控制一个，拨动开关使相应控 制端的信号为高电平或低电平。1.2.3 清零装置 供比赛开始前裁判或主持人使用。它能保证比赛前触发器统一清零，避免 电路的误动作和抢答过程的不公平。1.2.4 显示、声响电路 比赛开始，当某一参赛者按下抢答器开关时，触发器就接受该信号，在封 锁其他开关信号的同时，使该路的发光二极管发出亮光和蜂鸣器发出声响，以 引起人们的注意。1.2.5 振荡电路它提供给抢答器工作的控制脉冲。2 元器件选型2.1 电阻因为物质对电流产生的阻碍作用，所以称其该作用下的电阻物质。电阻将会导致电子流通量的变化，电阻越小，电子流通量越大，反之亦然。没有电

7、阻 或电阻很小的物质称其为电导体，简称导体。不能形成电流传输的物质称为电 绝缘体，简称绝缘体。在物理学中，用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大， 表示导体对电流的阻碍作用越大。作用：主要职能就是阻碍电流流过，多应用于限流、分流、降压、分压、 负载与电容配合作滤波器及阻匹配等。数字电路中功能有上拉电阻和下拉电阻。2.2 发光二极管半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称 LED）、数码管、符号管、米 字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。事实上，数码管、符号管、米字管及 矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。2.3 二输入 4 与非门 74LS00图 2-1 二输入 4 与非门

8、 74LS00 的内部逻辑图74LS00有外部 14 个管脚， 内部由四个二输入与非门电路构成。 现取其中一 个列其功能表：Y=AB表 2-1 二输入与非门功能表输入输出ABYLLHLHHHLHHHL2.4 三输入 3 与非门 74LS10图 2-2 三输入 3 与非门 74LS00 的内部逻辑图74LS10有外部 14 个管脚， 内部由三个三输入与非门电路构成。 现取其中一 个列其功能表：Y=ABC输入ALLLLHHHHBLLHHLLHHCLHLHLHLH输出YHHHHHHL表 2-2 三输入与非门功能表2.5 四 D 触发器 74LS175图 2-3 74LS175 引脚图图 2-4 四

9、D 触发器逻辑图四 D 触发器，顾名思义，是由四个触发器构成，并且这四个触发器为上升沿触发，其功能表为：表 2-3 四 D 触发器 74LS175的功能表输入输出RDCPD1D2D3D4Q1Q2Q3Q4LLLLLHD1D2D3D4D1D2D3D4HH保持HL保持2.6 555 定时器构成的多谐振荡器2.6.1 555 定时器555 定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件， 它性能优 良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器 和多谐振荡器因此集成 555 定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与 控制等方面。555 定时器的内部包括两个电压比较器，三

10、个等值串联电阻，一个 RS 触 发器，一个放电管 T 及功率输出级。 它提供两个基准电压 VCC/ 3 和 2VCC /3 。图 2-5 555 定时器内部结构2.6.2 555 定时器构成的多谐振荡器555 定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件， 它性能优 良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器 和多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。因此集成 555 定时 被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。用 555 定时器组成的多谐振荡器如图 3.4.2 所示。接通电源后，电容 C 被 充电，当 vc 上升到 时，使 vo 为低

11、电平，同时放电三极管 TD导通，此时电容 C通过 R2和 TD放电, vc 下降到时，vo 翻转为高电平。电容 C放电所需时间为：t pL= R2Cln 2 0.7R2C(1-1 )当放电结束时， TD截止， Vcc将通过 R1 、R2向电容充电， vc 由上升到 所需的时间为：t pH=(R1+R2)Cln2 0.7 (R1+R2)C(1-2 )当 vc 上升到 时，电路又翻转为低电平。如此循环往复，在输出端得 到一个周期性的矩形波。其振荡频率为：f =1/( t pL + t pH) 1.43/(R 1+R2)C(1-3 )其振荡周期为 :T=1/ f =(R 1+R2)C/1.43(1-

12、4 )由于 555定时器内部的比较器灵敏度较高， 而且采用差分电路形式， 用 555 定时器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响较小。a)电路图(b) 工作波形2.7 抢答器按键部分在本电路中，需要三位选手各一个抢答按键和主持人一个复位按键。考虑 到抢答器实际需要，在此不采用单刀双掷开关，因为单刀双掷开关在选手抢答 之后需要手动扳回，增加了操作的复杂性。所以选用可复位按键，以减少操作 流程。如图( a)所示，选手按键区，在常态下， S1、S2、 S3 处于断开状态，输 出端接地处于低电平。 当按键按下去时接通电源， 由于电阻 R7、R8、R9的作用， 输出端会输出高电平。松开按

13、键，输出端再次变为低电平。图(b)，常态下 Rd端通过电阻 R6 接通 5V电源，从而接收到高电平。 当按下 S0键，Rd端直接接地， 变为低电平信号。松开 S0，Rd 再次变为高电平。(b) 复位图 2-7 抢答器按键部分2.8 抢答器指示及发声部分图 2-8 抢答器指示及发声部分抢答器指示部分主要有指示灯显示对应的作出抢答的选手，和发声部分 其中指示灯选取三个发光二极管接在相应的电路中，发声功能则选取一个扬声 器来完成。当有选手抢答时， 74ls175 会发出一个高电平信号到发光二极管，此 时能使二极管发光导通。 74ls175 输出的高电平电压为 2.7v ，高电平电流为0.4mA，经过

14、二极管后，电压的压降约为 1.3V。故我们选用了 PS-MH4015L型号 的蜂鸣器，该蜂鸣器的工作电压为 1.2-1.5V ，最大的工作电流为 0.5mA，故在 二极管发光时能使发出声音报告。因此我们选用这种蜂鸣器，省去了原来的射 极放大电路3 电路的组成及控制原理下图 3-1 为三人简易抢答器系统的原理图图 3-1 抢答器原理图3.1 抢答控制电路该系统有开关 S1、S2、 S3，分别有三名参赛者控制。常态时开关接地，比赛时，按下开关，使该端为高电平3.2 抢答器由有原理图看出，抢答器是由集成电路 74LS175 和与非门 G1组成。它的 工作原理是这样的：若参赛者 A 首先按下开关，使该

15、端的输入信号为高电平， 74ls175 的 1D 接受该信号是输出 Q为高电平，相应的 Q非为低电平，这个低电 平信号同时送到与非门 G1的输入端，与非门 G1 被封锁，使触发器的控制脉冲 CP信号由于与非门 G1封锁而被拘之门外， 使之不能进行工作。 因此该电路只接 收第一个输入的信号，即使此时其他参赛者也按下开关，但由于与非门已被封 锁，信号是输入不进去的。3.3 清零装置 为了保证电路的正常工作，比赛开始前，裁判员都是要将各触发出发器的 状态统一清零。按下复位键 S0，CLR端接收到低电平信号， 74LS175清零。松开 按键 S0，CLR 端接收到高电平信号，抢答器复位至抢答前的状态，

16、可以进入下 一抢答环节。3.4 显示、声响电路 声响显示电路需要在当有参赛者按下抢答开关时，相应电路构成通路，发 光二极管通电发光亮，同时推动输出级的蜂鸣器发出声响。总结经过了一个星期的查阅资料学习，使在这次的数字逻辑课程设计中，成功 的仅利用了四 D 触发器具有存储功能，从而达到了保证三路抢答器的目的。使 得有记忆功能，并对该电路有清“ 0”功能。这种三路抢答器的组成原理简单易懂，只要知道 D 触发器的功能，就能利 用 4D 触发器，如果想要变成八路的话，则需要 2 个 74LS175 原件也就是 2 个 4D 触发器，所以此项抢答器具有无限升级的空间。具有相关基础知识的人都可 以按照电路设

17、计图进行该三路抢答器的组建；而且构造这种三路抢答器的原件 基本属于常用零件，所需数量也比较少，也就是说，组合一个这样的三路抢答 器所需的成本比较低而且耗时比较少，再者，按电路图谁都会做三路抢答器， 但是如果要设计的话，就比较难了，所以这对与厂家来所可以说得上具有很强 的竞争力，只有厂家才能制作出来。物美价廉，符合了现在的市场要求和经济 效益。此次课程设计虽然时间短，但是让我们体会到了团队合作的重要性，让我 们学习到了各自的优点，发挥出了自己的长处，找到了各自缺点。让我们的能 力又提升了一个新台阶。这次设计有不足之处，还希望老师给我们建议，让我 们的能力更进一步。主要参考文献1何小艇，电子系统设

18、计，浙江大学出版社， 2001年6月2姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技 术出版社， 2001年 10 月3王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大 学出版社， 1999年 10 月4李银华，电子线路设计指导，北京航空航天 大学出版社， 2005年 6 月 5康华光，电子技术基础，高教出版社， 2003 6 . 徐国华，模拟及数字电子技术实验教程，北京航空航天大学出版社， 2004；7 . 杨志忠，电子技术课程设计，机械工业出版 社，2007 年 11 月；8 . 卢洁成，高世忻等，电子电路实验设计，中 国科学技术大学出版 ,2006 年第二版；附录附录二元器件清单元器件名称规格及数量电阻2k3 5.1k 2 20 k 1电容0.01uF 1 0.1uF 1二极管5mm红光 3蜂鸣器PS-MH4015L 1555 定时器NE555P174LS175174LS00174LS101附录三PS-MH4015L型蜂鸣器参数表Model NOPS-MH4015LFrequency range2016000HzSensitivity55-65dBImpedanceLess than 2.2K Directiv