電子課程設(shè)計(jì)-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(jì)·······························

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(mén)74LS00·····················&#

7、183;···················4</p><p>　　2.2 三輸入3與非門(mén)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(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器······················&#

11、183;···········7</p><p>　　2.4.1 555定時(shí)器···················

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

13、時(shí)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(jì)原理·&

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

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

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

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(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)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(guò)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(guò)程中找到樂(lè)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(guò)收集和查閱資料，在已學(xué)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(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(huà)出相應(yīng)的框圖。</p><p>　　搶答器是一個(gè)用于智力搶答的簡(jiǎn)易器械，通過(guò)他可以實(shí)現(xiàn)對(duì)由誰(shuí)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)，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(jiàn)于一些益智類(lèi)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(chǎng)氣氛。</p><

25、;p>　　本報(bào)告主要介紹了簡(jiǎn)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。</p><p><b>　　1 方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圖1-1 三路搶答器的流程圖</p><p>　　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(kāi)關(guān)組成；多諧振蕩器由555定時(shí)器和電容和電阻構(gòu)成

26、；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D觸發(fā)器74LS175和兩個(gè)二輸入與非門(mén)（由74LS00提供）和一個(gè)三輸入與非門(mén)（由74LS10提供）構(gòu)成。</p><p>　　該搶答器工作流程：搶答開(kāi)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(kāi)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

27、，揚(yáng)聲器發(fā)出聲音，同時(shí)通過(guò)與非門(mén)電路將搶答信號(hào)反饋回來(lái)，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)。</p><p><b>　　2 主要單元電路</b></p><p>　　2.1 二輸入4與非門(mén)74LS00</p><p>

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

29、gt;<p>　　圖2-2 三輸入3與非門(mén)74LS00的內(nèi)部邏輯圖</p><p>　　74LS10有外部14個(gè)管腳，內(nèi)部由三個(gè)三輸入與非門(mén)電路構(gòu)成?，F(xiàn)取其中一個(gè)列其功能表：</p><p><b>　　Y=</b></p><p>　　表2-2 三輸入與非門(mén)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(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：</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(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器</p><p>　　2.4.1 555定時(shí)器</p><p>　　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(cè)量與控制等方面。</p><p>　　555 定時(shí)器的內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比

32、較器，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 。</p><p>　　圖2-5 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.4.2 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器</p><p>　　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

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(shí)被廣泛應(yīng)用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制等方面。</p><p>　　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，電容C被充電，當(dāng)vc上升到 時(shí)，使vo為低電平，同時(shí)放電三極管TD導(dǎo)通，此時(shí)電容C通過(guò)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：</p&g

34、t;<p>　　tpL= R2Cln 2≈0.7R2C</p><p>　　當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，TD截止，Vcc將通過(guò)R1 、R2向電容充電，vc由 上升到 所需的時(shí)間為：</p><p>　　tpH=(R1+R2)Cln2≈0.7 (R1+R2)C</p><p>　　當(dāng)vc上升到 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

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(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

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>　　（a）</b></p><p><b>　　(b)</b></p><p>　　圖2-6 555定時(shí)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(gè)搶答按鍵和主持人一個(gè)復(fù)位按鍵?？紤]到搶答器實(shí)際需要，在此不采用單刀雙擲開(kāi)關(guān)，因?yàn)閱蔚峨p擲開(kāi)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(fù)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(kāi)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(kāi)按鍵，輸出端再次變?yōu)榈碗娖?。圖（b），常態(tài)下Rd端通過(guò)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(kāi)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(duì)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(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(lái)完成。鑒于74LS175輸出電壓較小，并且通過(guò)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(wú)

40、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。</p><p>　　3總電路原理圖及設(shè)計(jì)原理</p><p>　　圖3-1 三路搶答器總原理圖</p><p>　　以一號(hào)選手為例，該搶答器設(shè)計(jì)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(guò)一個(gè)三輸入與非門(mén)，再經(jīng)過(guò)一個(gè)二輸入與非門(mén)之后處于高電平狀態(tài)，這個(gè)高電平和多諧振蕩器通過(guò)一個(gè)開(kāi)始搶答時(shí)，按下?lián)尨疰IS1，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(guò)一個(gè)與非門(mén)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(kāi)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、

42、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，揚(yáng)聲器發(fā)聲；此時(shí)，1、2、3狀態(tài)為L(zhǎng)、H、H，經(jīng)過(guò)兩個(gè)與非門(mén)得到低電平，與多諧振蕩器匯合通過(guò)一個(gè)與非門(mén)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)。</p><p>　　搶答結(jié)束，主持人按下復(fù)位鍵S0，四D觸發(fā)器RD端接收到

43、低電平信號(hào)，74LS175清零。松開(kāi)按鍵S0，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)。</p><p><b>　　4 總結(jié)與體會(huì)</b></p><p>　　通過(guò)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(guò)在設(shè)計(jì)過(guò)程中的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，增長(zhǎng)了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)。鞏固了本學(xué)期學(xué)的數(shù)字電

44、路知識(shí)。通過(guò)設(shè)計(jì)這個(gè)簡(jiǎn)易三路搶答器，對(duì)邏輯電路有了更近一步的了解。通過(guò)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(guò)畫(huà)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，一些知識(shí)還需提高。</p><p>　　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(jiàn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</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(guó)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；</p><p>　　[3] 魯捷 等，Protel2004電路設(shè)計(jì)，清華大學(xué)出版社，2007；</p><p>　　[4] 王澄非，電路與數(shù)字邏輯實(shí)踐，東南