電子課程設(shè)計-三路搶答器

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　前言···························

2、····································

3、3;1</p><p>　　1方案設(shè)計·······························

4、83;·························2</p><p>　　2 主要單元電路······

5、;····································

6、83;········4</p><p>　　2.1 二輸入4與非門74LS00·····················&#

7、183;···················4</p><p>　　2.2 三輸入3與非門74LS10··········&

8、#183;·····························5</p><p>　　2.3 四D觸發(fā)器74LS175&

9、#183;····································

10、;·······6</p><p>　　2.4 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器······················&#

11、183;···········7</p><p>　　2.4.1 555定時器···················

12、·······························7</p><p>　　2.4.2 555定

13、時器構(gòu)成的多諧振蕩器·······························8</p><p>　　

14、2.5 搶答器按鍵部分···································

15、;·············9</p><p>　　2.6 搶答器指示部分·················

16、3;·····························10</p><p>　　3總電路原理圖及設(shè)計原理·&

17、#183;···································12<

18、;/p><p>　　4 總結(jié)與體會································&

19、#183;····················14</p><p>　　參考文獻···········

20、····································

21、3;·········15</p><p>　　附錄 元器件清單······················

22、;···························16</p><p><b>　　前言</b></p>

23、<p>　　電子課程設(shè)計是對以前學科知識的綜合，檢驗學生掌握電子學科的理論知識的程度，也是學科教學中的一個十分重要的環(huán)節(jié)。通過把理論與實踐相結(jié)合，提高理論水平，鍛煉實踐動手能力。同時，對于學生對電子學科的學習興趣也是有極大的激發(fā)作用，讓同學在自己動手制作的過程中找到樂趣，加深對學科知識的理解及消化，為以后的學習打下良好的基礎(chǔ)。一個較為復雜的設(shè)計課題，通常需要對設(shè)計要求進行認真分析和研究，通過收集和查閱資料，在已學模擬和數(shù)字電

24、子技術(shù)課程（或電子技術(shù)）理論的基礎(chǔ)上進行構(gòu)思，從而提出實現(xiàn)設(shè)計要求的可能方案，并畫出相應(yīng)的框圖。</p><p>　　搶答器是一個用于智力搶答的簡易器械，通過他可以實現(xiàn)對由誰獲得回答權(quán)的自動判斷，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)，運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。</p><

25、;p>　　本報告主要介紹了簡易三路搶答器的設(shè)計原理以及器件選擇和主要器件分析以及原理圖等。</p><p><b>　　1 方案設(shè)計</b></p><p>　　圖1-1 三路搶答器的流程圖</p><p>　　如圖為這個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可自動復位開關(guān)組成；多諧振蕩器由555定時器和電容和電阻構(gòu)成

26、；主持人復位鍵使用一個可自動復位按鍵；聲光提示部分由三個發(fā)光二極管和一個揚聲器構(gòu)成；搶答信號分析主體部分由一個四D觸發(fā)器74LS175和兩個二輸入與非門（由74LS00提供）和一個三輸入與非門（由74LS10提供）構(gòu)成。</p><p>　　該搶答器工作流程：搶答開始前，主持人按下復位鍵，此時，三個發(fā)光二極管均為熄滅狀態(tài)，揚聲器不發(fā)聲。當主持人表示開始搶答時，選手按下?lián)尨鹌靼存I，和該選手對應(yīng)的指示燈即發(fā)光二極管亮

27、，揚聲器發(fā)出聲音，同時通過與非門電路將搶答信號反饋回來，鎖住搶答器主體，使之不再接收其他選手的搶答信號，從而保證只有第一個按下?lián)尨鸢存I的選手獲得答題權(quán)。等到進入下一搶答環(huán)節(jié)，主持人按下復位鍵，搶答器再次處于可搶答狀態(tài)。</p><p><b>　　2 主要單元電路</b></p><p>　　2.1 二輸入4與非門74LS00</p><p>

28、　　圖2-1 二輸入4與非門74LS00的內(nèi)部邏輯圖</p><p>　　74LS00有外部14個管腳，內(nèi)部由四個二輸入與非門電路構(gòu)成。現(xiàn)取其中一個列其功能表：</p><p><b>　　Y=</b></p><p>　　表2-1 二輸入與非門功能表</p><p>　　2.2 三輸入3與非門74LS10</p&

29、gt;<p>　　圖2-2 三輸入3與非門74LS00的內(nèi)部邏輯圖</p><p>　　74LS10有外部14個管腳，內(nèi)部由三個三輸入與非門電路構(gòu)成?，F(xiàn)取其中一個列其功能表：</p><p><b>　　Y=</b></p><p>　　表2-2 三輸入與非門功能表</p><p>　　2.3 四D觸發(fā)器7

30、4LS175</p><p>　　圖2-3 74LS175引腳圖</p><p>　　圖2-4 四D觸發(fā)器邏輯圖</p><p>　　四D觸發(fā)器，顧名思義，是由四個觸發(fā)器構(gòu)成，并且這四個觸發(fā)器為上升沿觸發(fā)，其功能表為：</p><p>　　表2-3 四D觸發(fā)器74LS175的功能表</p><p>　　2.4 55

31、5定時器構(gòu)成的多諧振蕩器</p><p>　　2.4.1 555定時器</p><p>　　555定時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。</p><p>　　555 定時器的內(nèi)部包括兩個電壓比

32、較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC /3 和 2VCC /3 。</p><p>　　圖2-5 555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.4.2 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器</p><p>　　555定時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

33、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。</p><p>　　用555定時器組成的多諧振蕩器如圖3.4.2所示。接通電源后，電容C被充電，當vc上升到 時，使vo為低電平，同時放電三極管TD導通，此時電容C通過R2和TD放電, vc下降到 時，vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容C放電所需時間為：</p&g

34、t;<p>　　tpL= R2Cln 2≈0.7R2C</p><p>　　當放電結(jié)束時，TD截止，Vcc將通過R1 、R2向電容充電，vc由 上升到 所需的時間為：</p><p>　　tpH=(R1+R2)Cln2≈0.7 (R1+R2)C</p><p>　　當vc上升到 時，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此循環(huán)往復，在輸出端得到一個周期性的矩形波。其振

35、蕩頻率為：</p><p>　　f =1/( tpL + tpH) ≈1.43/[(R1+R2)C]</p><p><b>　　其振蕩周期為:</b></p><p>　　T=1/ f =(R1+R2)C/1.43</p><p>　　由于555定時器內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，用555定時器組成的多

36、諧振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響較小。</p><p><b>　?。╝）</b></p><p><b>　　(b)</b></p><p>　　圖2-6 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器電路及工作波形</p><p>　?。╝）電路圖 （b）工作波形</p><p

37、>　　2.5 搶答器按鍵部分</p><p>　　在本電路中，需要三位選手各一個搶答按鍵和主持人一個復位按鍵?？紤]到搶答器實際需要，在此不采用單刀雙擲開關(guān)，因為單刀雙擲開關(guān)在選手搶答之后需要手動扳回，增加了操作的復雜性。所以選用可復位按鍵，以減少操作流程。</p><p>　　(a) (b)</p><p

38、>　　圖2-7 搶答器按鍵部分 （a）搶答部分 （b）復位鍵</p><p>　　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。當按鍵按下去時接通電源，由于電阻R7、R8、R9的作用，輸出端會輸出高電平。松開按鍵，輸出端再次變?yōu)榈碗娖?。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。當按下S0鍵，Rd端直接接地，變?yōu)榈碗娖叫盘?。松開S0，Rd再次

39、變?yōu)楦唠娖健?lt;/p><p>　　2.6搶答器指示及發(fā)聲部分</p><p>　　圖2-8搶答器指示及發(fā)聲部分</p><p>　　搶答器指示部分主要有指示燈顯示對應(yīng)的作出搶答的選手，和發(fā)聲部分。其中指示燈選取三個發(fā)光二極管接在相應(yīng)的電路中，發(fā)聲功能則選取一個揚聲器來完成。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)，導致?lián)P聲器的電壓更小，從而無

40、法驅(qū)動負載。所以在揚聲器的發(fā)生部分加上一個三極管放大電路，保證揚聲器能夠正常工作。</p><p>　　3總電路原理圖及設(shè)計原理</p><p>　　圖3-1 三路搶答器總原理圖</p><p>　　以一號選手為例，該搶答器設(shè)計工作原理為：</p><p>　　搶答前，D1、D2、D3和Q1、Q2、Q3均處于低電平狀態(tài)，1、2、3處于高電平狀

41、態(tài)，所以三者通過一個三輸入與非門，再經(jīng)過一個二輸入與非門之后處于高電平狀態(tài)，這個高電平和多諧振蕩器通過一個開始搶答時，按下?lián)尨疰IS1，此時四D觸發(fā)器D1接收到一個高電平信號，和多諧振蕩器匯合通過一個與非門之后，仍然為高低電平的振蕩波形，并輸送至74LS175 的CP端。</p><p>　　搶答開始時，按下S1鍵，此時74LS175的D1端接收到一個高電平信號，D1、D2、D3狀態(tài)為H、L、L，經(jīng)CP端觸發(fā)Q1、

42、Q2、Q3狀態(tài)也為H、L、L，Q1將高電平信號輸送至相應(yīng)的指示燈（二極管），指示燈亮，揚聲器發(fā)聲；此時，1、2、3狀態(tài)為L、H、H，經(jīng)過兩個與非門得到低電平，與多諧振蕩器匯合通過一個與非門得到一個持續(xù)的高電平，并輸送至74LS175的CP端，當CP端不再變化時，四D觸發(fā)器74LS175處于保持狀態(tài)，S2與S3再按下時，四D觸發(fā)器不再響應(yīng)。</p><p>　　搶答結(jié)束，主持人按下復位鍵S0，四D觸發(fā)器RD端接收到

43、低電平信號，74LS175清零。松開按鍵S0，RD端接收到高電平信號，搶答器復位至搶答前的狀態(tài)，可以進入下一搶答環(huán)節(jié)。</p><p><b>　　4 總結(jié)與體會</b></p><p>　　通過此次課程設(shè)計，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)計過程中的發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，增長了許多寶貴經(jīng)驗。鞏固了本學期學的數(shù)字電

44、路知識。通過設(shè)計這個簡易三路搶答器，對邏輯電路有了更近一步的了解。通過查閱文獻資料，提高了文件檢索和查找數(shù)據(jù)手冊的能力。通過畫原理圖，復習了Protel軟件的使用。同時又發(fā)現(xiàn)自己的許多不足之處，一些知識還需提高。</p><p>　　由于個人能力和時間原因，本設(shè)計不盡完善，尚有不足之處，有可改進之處，還望老師提出改進意見。</p><p><b>　　參考文獻</b>

45、</p><p>　　[1] 康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高等教育出版社，2006年第五版；</p><p>　　[2] 徐國華，模擬及數(shù)字電子技術(shù)實驗教程，北京航空航天大學出版社，2004；</p><p>　　[3] 魯捷 等，Protel2004電路設(shè)計，清華大學出版社，2007；</p><p>　　[4] 王澄非，電路與數(shù)字邏輯實踐，東南