电子专业课程设计三路抢答器.doc

目 录
前言································································1
1方案设计·························································2
2 重要单元电路···················································4
2.1 二输入4与非门74LS00·········································4
2.2 三输入3与非门74LS10········································5
2.3 四D触发器74LS175············································6
2.4 555定期器构成多谐振荡器··································7
2.4.1 555定期器··················································7
2.4.2 555定期器构成多谐振荡器·······························8
2.5 抢答器按键某些················································9
2.6 抢答器批示某些···············································10
3总电路原理图及设计原理·····································12
4 总结与体会·····················································14
参照文献·························································15
附录 元器件清单·················································16

前言
电子课程设计是对此前学科知识综合，检查学生掌握电子学科理论知识限度，也是学科教学中一种十分重要环节。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。同步，对于学生对电子学科学习兴趣也是有极大激发作用，让同窗在自己动手制作过程中找到乐趣，加深对学科知识理解及消化，为后来学习打下良好基本。一种较为复杂设计课题，普通需要对设计规定进行认真分析和研究，通过收集和查阅资料，在已学模仿和数字电子技术课程（或电子技术）理论基本上进行构思，从而提出实现设计规定也许方案，并画出相应框图。
抢答器是一种用于智力抢答简易器械，通过她可以实现对由谁获得回答权自动判断，如果仅靠人判断，很难保证先做出抢答选手获得答题权，运用抢答器可以消除这种也许性从而保证比赛公平公正性。抢答器多见于某些益智类节目中，抢答器可以锻炼选手迅速反映能力，并且活跃现场氛围。
本报告重要简介了简易三路抢答器设计原理以及器件选取和重要器件分析以及原理图等。

1 方案设计

图1-1 三路抢答器流程图
如图为这个三路抢答器方案流程图，其详细简介如下：选手抢答按键由三个可自动复位开关构成；多谐振荡器由555定期器和电容和电阻构成；主持人复位键使用一种可自动复位按键；声光提示某些由三个发光二极管和一种扬声器构成；抢答信号分析主体某些由一种四D触发器74LS175和两个二输入与非门（由74LS00提供）和一种三输入与非门（由74LS10提供）构成。
该抢答器工作流程：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。当主持人表达开始抢答时，选手按下抢答器按键，和该选手相应批示灯即发光二极管亮，扬声器发出声音，同步通过与非门电路将抢答信号反馈回来，锁住抢答器主体，使之不再接受其她选手抢答信号，从而保证只有第一种按下抢答按键选手获得答题权。等到进入下一抢答环节，主持人按下复位键，抢答器再次处在可抢答状态。

2 重要单元电路
2.1 二输入4与非门74LS00

图2-1 二输入4与非门74LS00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。现取其中一种列其功能表：
Y=
表2-1 二输入与非门功能表
输入
输出
A
B
Y
L
L
H
L
H
H
H
L
H
H
H
L

2.2 三输入3与非门74LS10

图2-2 三输入3与非门74LS00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。现取其中一种列其功能表：
Y=
表2-2 三输入与非门功能表

输

入
A
L
L
L
L
H
H
H
H
B
L
L
H
H
L
L
H
H
C
L
H
L
H
L
H
L
H
输
出
Y
H
H
H
H

H
H
L

2.3 四D触发器74LS175

图2-3 74LS175引脚图

图2-4 四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功能表
输 入
输 出
RD
CP
D1
D2
D3
D4
Q1
Q2
Q3
Q4
L
×
×
×
×
×
L
L
L
L
H
↑
D1
D2
D3
D4
D1
D2
D3
D4
H
H
×
×
×
×
保 持
H
L
×
×
×
×
保 持
2.4 555定期器构成多谐振荡器
2.4.1 555定期器
555定期器是一种模仿电路和数字电路相结合中规模集成器件，它性能优良，合用范畴很广，外部加接少量阻容元件可以很以便地构成单稳态触发器和多谐振荡器因而集成555定期被广泛应用于脉冲波形产生与变换、测量与控制等方面。
555 定期器内部涉及两个电压比较器，三个等值串联电阻，一种 RS 触发器，一种放电管 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定期器内部构造

2.4.2 555定期器构成多谐振荡器
555定期器是一种模仿电路和数字电路相结合中规模集成器件，它性能优良，合用范畴很广，外部加接少量阻容元件可以很以便地构成单稳态触发器和多谐振荡器，以及不需外接元件就可构成施密特触发器。因而集成555定期被广泛应用于脉冲波形产生与变换、测量与控制等方面。
用555定期器构成多谐振荡器如图3.4.2所示。接通电源后，电容C被充电，当vc上升到时，使vo为低电平，同步放电三极管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：
tpL= R2Cln 2≈0.7R2C
当放电结束时，TD截止，Vcc将通过R1 、R2向电容充电，vc由上升到所需时间为：
tpH=(R1+R2)Cln2≈0.7 (R1+R2)C
当vc上升到时，电路又翻转为低电平。如此循环往复，在输出端得到一种周期性矩形波。其振荡频率为：
f =1/( tpL + tpH) ≈1.43/[(R1+R2)C]
其振荡周期为:
T=1/ f =(R1+R2)C/1.43
由于555定期器内部比较器敏捷度较高，并且采用差分电路形式，用555定期器构成多谐振荡器振荡频率受电源电压和温度变化影响较小。

（a）

(b)
图2-6 555定期器构成多谐振荡器电路及工作波形
（a）电路图 （b）工作波形
2.5 抢答器按键某些
在本电路中，需要三位选手各一种抢答按键和主持人一种复位按键。考虑到抢答器实际需要，在此不采用单刀双掷开关，由于单刀双掷开关在选手抢答之后需要手动扳回，增长了操作复杂性。因此选用可复位按键，以减少操作流程。

(a) (b)
图2-7 抢答器按键某些 （a）抢答某些 （b）复位键
如图（a）所示，选手按键区，在常态下，S1、S2、S3处在断开状态，输出端接地处在低电平。当按键按下去时接通电源，由于电阻R7、R8、R9作用，输出端会输出高电平。松开按键，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，从而接受到高电平。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。
2.6抢答器批示及发声某些

图2-8抢答器批示及发声某些
抢答器批示某些重要有批示灯显示相应作出抢答选手，和发声某些。其中批示灯选用三个发光二极管接在相应电路中，发声功能则选用一种扬声器来完毕。鉴于74LS175输出电压较小，并且通过电阻和二极管管压降效应，导致扬声器电压更小，从而无法驱动负载。因此在扬声器发生某些加上一种三极管放大电路，保证扬声器可以正常工作。

3总电路原理图及设计原理

图3-1 三路抢答器总原理图

以一号选手为例，该抢答器设计工作原理为：
抢答前，D1、D2、D3和Q1、Q2、Q3均处在低电平状态，1、2、3处在高电平状态，因此三者通过一种三输入与非门，再通过一种二输入与非门之后处在高电平状态，这个高电平和多谐振荡器通过一种开始抢答时，按下抢答键S1，此时四D触发器D1接受到一种高电平信号，和多谐振荡器汇合通过一种与非门之后，依然为高低电平振荡波形，并输送至74LS175 CP端。
抢答开始时，按下S1键，此时74LS175D1端接受到一种高电平信号，D1、D2、D3状态为H、L、L，经CP端触发Q1、Q2、Q3状态也为H、L、L，Q1将高电平信号输送至相应批示灯（二极管），批示灯亮，扬声器发声；此时，1、2、3状态为L、H、H，通过两个与非门得到低电平，与多谐振荡器汇合通过一种与非门得到一种持续高电平，并输送至74LS175CP端，当CP端不再变化时，四D触发器74LS175处在保持状态，S2与S3再按下时，四D触发器不再响应。
抢答结束，主持人按下复位键S0，四D触发器RD端接受到低电平信号，74LS175清零。松开按键S0，RD端接受到高电平信号，抢答器复位至抢答前状态，可以进入下一抢答环节。

4 总结与体会
通过本次课程设计，是我能力有了一定限度提高，并且在数字逻辑电路技术和理论基本上有了更深理解。通过在设计过程中发现问题、解决问题，增长了许多宝贵经验。巩固了本学期学数字电路知识。通过设计这个简易三路抢答器，对逻辑电路有了更近一步理解。通过查阅文献资料，提高了文献检索和查找数据手册能力。通过画原理图，复习了Protel软件使用。同步又发现自己许多局限性之处，某些知识还需提高。
由于个人能力和时间因素，本设计不尽完善，尚有局限性之处，有可改进之处，还望教师提出改进意见。

参照文献
[1] 康华光，电子技术基本，高等教诲出版社，第五版；
[2] 徐国华，模仿及数字电子技术实验教程，北京航空航天大学出版社，；
[3] 鲁捷 等，Protel电路设计，清华大学出版社，；
[4] 王澄非，电路与数字逻辑实践，东南大学出版社，1999年10月
[5] 姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，10月。

附录 元器件清单

元器件名称

规格及数量

电阻

1kΩ×8 5.1kΩ×2 20 kΩ×1

电容

0.01uF×1 0.1uF×1

电解电容

10uF×1 100uF×1

二极管

5mm红光×3

三极管

NPN×1

扬声器

8Ω，1.5w

555定期器

NE555P×1

74LS175

×1

74LS00

×1

74LS10

×1