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74LS171四路抢答器电路设计详情

IC应用电路图

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描述

  抢答器概述

  抢答器是通过设计电路,以实现如字面上意思的能准确判断出抢答者的电器。

  在知识竞赛、文体娱乐活动(抢答赛活动)中,能准确、公正、直观地判断出抢答者的座位号。更好的促进各个团体的竞争意识,让选手门体验到战场般的压力感。传统抢答器只是大概判断出抢答成功或犯规选手台号,无法显示出每个选手的抢答时间。而今抢答器可以通过数据来说明裁决结果的准确性、公平性。使比赛大大增加了娱乐性的同时,也更加公平、公正。新增无线抢答器更是抢答器史上的一大改革。

  抢答器电路原理

抢答器

  电路原理如附图,它由IC1和一个编码开关以及控制器等组成。编码开关是由IC1中的输入端A、B、C、D与二极管和按键组成。验证编码开关是否正确,只要按住任意一个按键。使它有一个正电平输入,数码管就会显示相应的数字来。A、B、C、D这四条编码线。分别是1、2、4、8。3则是由1+2同时输入一个正电平获得,5则由1+4获得,6则由2+4获得,7则由1+2+4获得,二极管是起反向截止作用的。

  控制器是由可控硅和IC1的控制端(IC1的⑦、①、②、⑥脚)构成。当任意按下一个按键时,可控硅都会被触发导通,使IC1的控制端始终保持有一个高电平的输入。因此所按的数字得以锁存。这样,后按下的按键就不能起作用,数码管就只显示先按下的键号。

  这里的可控硅另一端与音乐片的正极相连,当可控硅导通时,使音乐片得以通电发声,从而完成整个抢答功能。该音乐片上电即能触发,也能自动停止,因此无需设暂停键。

  当按下复位键时,可控硅被切断电源而截止,IC1的控制端则由高电平转变为低电平而清零,为下一次抢答做准备。

  抢答器主要部件

  1、74LS171

  该抢答器中的74LS171为主要器件,L是指低功耗,S是指肖特基三极管(SBD),由普通的双极型三极管和肖特基势垒二极管(SchottkyBarrierDiode)组合而成。74LS就是低功耗肖特基系列。该芯片为4D触发器,即内部包括4个D触发器,即在每个存储单元电路上引入一个时钟脉冲(CLK)作为控制信号,只有当CLK到来时电路才被“触发”而动作,并根据输入信号改变输出状态。把这种在时钟信号触发时才能动作的存储单元电路称为触发器,以区别没有时钟信号控制的锁存器。在D触发器中,SD和RD接至基RS触发器的输入端,它们分别是预置和清零端,低电平有效。当SD=1且RD=0时(SD的非为0,RD的非为1,即在两个控制端口分别从外部输入的电平值,原因是低电乎有效),不论输入端D为何种状态,都会使Q=0,Q非=1,即触发器置0;当SD=0且RD=1(SD的非为1,RD的非为0)时,Q=1,G非=0,触发器置1,SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平,不影响电路的工作。各输入输出引脚如下图:

抢答器

  2、74LS00

  在设计中还用到了四组2输入端与非门(正逻辑)芯片74LS00完成与非操作,该芯片的工作环境温度为0至70C。

抢答器

  其中CLK为时钟端,MR为清零端(低电平有效),D0-D3为4个D触发器。

抢答器

  抢答器部分电路分析

  1、按键设置部分

  按键设置模块,设置为按键悬空式,D0、D1、D2和D3均接地,没有向该端口发送脉冲信号。按键另一端接电源,按键按下,电源脉冲信号发送到DO、D1、D2和D3端口。(R1R2R3R4R5R6R7R8为330欧姆。R9为100欧姆。)见图1.21。

抢答器

  当其中一人按下按钮后,相应指示灯点亮,之后按下其他按钮按下后无效。要起到这样的作用,需设计两个与“非门”电路。当按键按下后,最先按下的Q端输出信号为1,那么Q非为0,这里采用“与非”门,即便其余按键按下后,有一个输出信号为0,那么一与非输出为1,这就使74LS171时钟端被封锁住了,此后其他输出信号对系统不起作用。输出信号1在经过与非门输出信号0,它与时钟端再与非,那么时钟端输出信号均为1。

  2、与非逻辑部分

  这里还用到了同样74LS系列的74LS00和74LS20,00为四组2输入端与非门(正逻辑),74Is20是一个四输入一输出的与非门组合的芯片,逻辑功能是完成四个输入的逻辑与非计算功能。这两个芯片帮助电路实现与非操作。同时在74LS171的12引脚接入单周期数字脉冲发生器,设置为负脉冲。

抢答器

  3、电路显示部分

  电路显示部分使用了4个发光二极管,四个蓝色发光二极管一端接地。在得到信号后,二极管被点亮,电路及现象如下:

抢答器

  其中清零信号用于赛前清0,清零后四个二极管均熄灭,电路反相输出为1,时钟端“与”门开启等待输入信号。

  74LS171四路抢答器电路整体效果

  当按下某一按钮后,电路显示部分相应LED灯点亮。点亮后其他按钮操作无效,74LS171时钟端被锁住。电路按需要正常运行。当后台工作人员将检测开关S置“抢答”状态,主持按系统清除按键,抢答器处于禁止状态,4个相应LED灭灯;主持人松开,宣布“开始”,抢答器工作。选手按动抢答按键,抢答器完成:优先判断、编号锁存、LED显示。当一轮抢答之后,优先抢答选手的显示灯一直保持到主持人将系统清除为止。如果再次抢答必须由主持人再次按动系统清除按键。

抢答器

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