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1、数字抢答器数字抢答器工作原理工作原理目目 录录一、电路中各器件的功能电路中各器件的功能二、电路中各器件的编号二、电路中各器件的编号三、抢答器的工作原理三、抢答器的工作原理一、电路中各器件的功能电路中各器件的功能1. 74LS373 74LS373是一种8D锁存器,具有三态驱动输出,其引脚如图1-1所示。 74LS373的锁存功能如表1-1所示。 图图 1-1 74LS373引脚图引脚图 表1-1 74LS373功能表 74LS373锁存器主要用于锁存地址信息、数据信息及DMA页面地址信息等。 74LS373的使用方法: 表1-1中,H表示高电平、L表示低电平、Z表示高阻态(相当于开路),X为任
2、意电平,将 OE接低电平,LE接高电平就能正常工作。 2. 74LS148 74LS148是优先编码器,允许同时输入两个以上编码信号。在设计优先编码器时,已经将所有的输入信号按顺序排列好了,在同时存在两个或两个以上输入信号时,优先编码器只按优先级高的输入信号编码,优先级低的信号不起作用。图1-2 是74LS148编码器的引脚图。图1-2 74LS148引脚图 74LS148是16脚的集成芯片。其中 是输入信号。 为编码输出,都是低电平有效, 是使能输入端。 是使能输出端, 为片优先编码输出端。 当使能输出 时,禁止编码,输出(反码): 全为1。 当 时允许编码,在 输入信号中, 优先级最高,其
3、余依次为: 为使能输出端,在 ,而本片没有编码出入时为0。(如表1-2第二行所示)。 为片编码输出端,在 ,且有编码输出信号时为0时(如表1-2第三行示); 若允许编码而无编码输入信号时为1。 (如表1-2第二行所示); 不允许编码,它也为1。 (如表1-2第一行所示)。 表示“电路工作,而且有编码输入”。工作原理分析 时:不论输入 八个端为何种状态 都为高电平,且 、 。 (此时编码器处于不编码状态)。 时: :若 均为高电平, 时, =111 不是编码输出(无有效输入信号) : (最低级有低电平输入时) , =111 是有效编码输出。 表1-2 编码器74LS148的逻辑功能表 输 入输
4、出11111101111111111110000000100100101001101001001110110100111110001001111110101001111111100100111111111101 从功能表可以看出:输入信号优先级别次序为 ,当某一输入端有低电平输入,且比它优先级别高的输入端无低电平输入时,输出端才输出对应该输入的代码。例如: 且 优先级别 高于 ,则此时输出代码010(为 的反码)3. CD4511 CD4511是一个用于驱动共阴极LED(数码管)显示器的七段显示译码器,其特点如下: 具有BCD转换,消息和锁存控制,七段译码及驱动功能。CMOS电路能提供较大的拉
5、电流。可直接驱动LED显示器。其引脚图如图1-3. 图1-3其功能如下: :4脚是消息输入控制端,当 时,不管其它输入端状态如何,七段数码管均处在熄灭(消隐)状态,不显示数字。 :3脚是测试输入端,当 , 时,译码输出全为1,不管输入DCBA状态如何,七段均发亮,显示“8”它主要用来检测数码管是否损坏。 :5脚是锁存控制端,当 ,允许译码输出; 时译码器是锁存保持状态,输出保持在 时的数值。请看CD4511逻辑功能表 A1A2A3A4为8421BCD码出入端。 (A1A2A3A4 =BCDA), a、b、c、d、e、f、g,为译码输出端,输出高电平1有效。 CD4511的内部有上拉电阻,在输入
6、端与数码管尾端接上限流电阻就可工作。 CD4511逻辑功能表1-38421 BCD码对应的显示如下图所示4.74LS76双JK触发器 74LS76为双JK触发器是下降沿触发器的边沿触发器,其引脚图下图所示. JK是信号输入端,是触发器状态更新的依据,若JK有两个或两个以上输入端时,组成“与”的关系。 Q Q与 为两个互补输出端,通常把Q=0Q=0, =1状态称为触发器“0”状态,而把Q=1Q=1, =0称为“1”状态。CP为时钟输入端。表1-4 74LS76真值表注:表示任意电平 表示下降沿 表示上升沿, Qn ( )表示现态, Qn+1 ( )表示次 态, 表示不确定状态。5. 74LS32
7、 74LS32是四2输入或门,常用在各种数字电路以及单片机系统中,其引脚如图1-5所示,功能如表1-5所示。图1-5表1-56.数码管 LED数码管有共阳极、共阴极之分,图1-6(a)是共阳极LED数码管连接图。 使用时共阳极接高电平,7个阴极ag由相应的BCD 7段译码器驱动,引脚图如图1-6(b)所示。图1-6(b) 图1-6(a)数码管使用条件:A:每段及小数点上加限流电阻B:使用电压:根据发光颜色决定C:使用电流: 静态: 总电流80mA(每段10mA) 动态: 平均电流4-5mA峰值电流100mA。数码管的使用注意说明:(1)数码管的表面不要用手触摸,不要用手 接触引脚。(2)焊接温
8、度,260左右,焊接时间5s。(3)表面有保护模的产品,在使用前撕下。 把LED发光二极管的正极接到一起做公共端,就是共阳极。相反的是共阴极。 应用时这个公共端分别的接Vcc或GND。 找公共阴极和公共阳极的方法是,先找一个电源(35V)和一个1K左右的电阻,Vcc串接个电阻后和GND分别接在任意2个脚上。反复测试,至LED发光。然后GND端不动,Vcc(串电阻)逐个碰剩下的脚,如果都亮它就是共阴极的。 反之Vcc不动,GND逐个碰剩下的脚,如果都亮,它就是共阳极的。 7. 74LS00 74LS00与非门是能实现“与非”运算的逻辑电路,逻辑符号如图1-7(a)所示,与非门的逻辑功能如表1-7
9、所示,也可用逻辑函数式表示: ,其引脚如1-7(b)图所示。图1-7 (a) 图1-7(b) 表1-78. 555定时器 555定时器电路由3个电阻分压器、2个高精度电压比较器、1个基本Rs触发器、1个作为放电通路的三极管及输出驱动电路组成,图1-8是其引脚图. 图1-8 Vcc为电源端、GND为接地端、 为低电平触发输入端、TH为高电平触发输入端,OUT为输出端、 为复位端, 为电压控制端,DISC为放电端。(2)555定时器工作原理定时器工作原理 当电压控制端当电压控制端 不外加控制电压时,不外加控制电压时, 、 , 当电压控制端当电压控制端 外外加控制电压加控制电压 时,时, 、 比较器
10、的参考电压将发生变化,相应的电路的比较器的参考电压将发生变化,相应的电路的阈值、触发电平也将随之改变,进而影响电路阈值、触发电平也将随之改变,进而影响电路定时参数。为了防止干扰,当不加外控制电压定时参数。为了防止干扰,当不加外控制电压时,在时,在Vco端,一般通过端,一般通过1个小电容个小电容(0.01F)接地。接地。 当输入信号自6脚输入,并超过参考电平 ,时触发器复位,3脚输出低电平,同时放电开关管导通; 当输入信号自2脚输入并低于 时,触发器置位,3脚输出高电平,同时放电开关管截止。 若通电后锁存器停在Q=0状态,则将稳定维持不变,若通电后锁存器停在Q=1状态,将对电容 充电,当 充到
11、时锁存器置0,电容放电,锁存器保持0状态不变输出稳定在0状态。 当555定时器2脚触发脉冲下降沿到达时,锁存器被置1,输出跳变为高电平,电路进入暂稳态。暂稳态持续时间取决于外接电阻 和 电容的大小,等于电容电压从0上升到 所需时间。555定时器功能表如下 表1-8 555定时器功能表定时器功能表1 二、电路中各器件的编号二、电路中各器件的编号 1 . 抢答者开关由上至下依次为S8、S1、S2 S3、S4、S5、S6、S7。 2 .74LS373D触发锁存器的编号为IC1。 3 .74LS148优先编码器的编号为IC2。 4 .CD4511七段显示译码器的编号为IC3。 5 .555定时器的编号
12、为IC4。 6 .555报警器的编号为IC5。 7 .74LS00由上至下的编号为G1、G4 、G5 、G7。 8 .74LS76的编号依次为G2、G3。9 .74LS32编号为G6。10 . 复位开关的编号K1,开始开关的编号 K2。11 . LED2,(绿色)。LED1(红色)。12 .数码管LED。 三、抢答器的工作原理三、抢答器的工作原理1.正常抢答正常抢答 抢答前主持人按K1,系统清零。G2的2脚置1,G3的8脚置0,使G2的输出端15,输出高电平,G3的输出端11脚输出低电平。LED1LED2处于熄灭状态。由于G2输出端15脚为高电平,IC111脚G端也为高电平,等待IC1输入端的
13、抢答信号输入。当主持人按下K2开关,给IC4输出端2脚一个低电平,使IC4输出端3号脚,由低电平跳到高电平进入暂稳态状态。 此时电容C3开始充电,在充电时间内(定时的时间)允许抢答者抢答(约为1.1R3C3)。这时若某一组的抢答者抢答,则该组的信号将IC1的输入端由原来的高电平跳到低电平,其对应的输出端为低电平,其余没被触发的为高电平,同时IC2的14脚片优先编码输出端,由高电平跳到低电平,这时给G2、G3一个下降沿信号,使G3的9脚J=0,12脚K=1。 使G2的15脚由高电平跳到低电平,G3的11脚仍为低电平,其所连接的LED1 不亮,由于G2的输出端15脚为低电平, CI1的11脚也为低
14、电平,锁存抢答信号,抢答者的编号经IC2、IC3最终在 LED上显示。同时由于IC4的3脚输出为高电平,经G4、G5触发LED2亮,并经G6 给IC5的4脚高电平,使其发出报警声音。提示有人抢答成功。 若要重新开始一轮抢答,则由主持人按K1开关,然后重复上述过程。 抢答举例: 主持人按下开关K1后,又按下开关K2,计时开始。这时若S8抢答开关按下,IC1的输入端3脚由1变到0,对应的输出端2脚也为0。经过G1输出为1,同时IC3的输入端6脚为1,又将触发IC2输入端4脚为0,其余IC2输入端为1,IC2对应的输出端6、7、9脚都为0。使IC3的输入端2、1、7脚也都为0,则IC3的输入端对应编
15、码DCBA=1000,驱动数码管显示“8”字符。 同时IC2的14脚为低电平,将触发G2G3 ,使G2的15脚为低电平,将第8组信号锁存(其他信号不能再输入)同时由于K2开关按下,IC4的2脚为低电平,3脚输出高电平,经G7使G3输出端11脚为低电平,则LED1不亮。经G4、 G5 使LED2亮,同时G6给IC5的4脚高电平,触发IC5报警发声,这时可以看到数码管上显示8号抢答成功。 2、违规抢答、违规抢答 :提前抢答:提前抢答: 在主持人按下K1开关之后,按下K2开关之前就有人抢答。这时只给G2的2脚1,G3的8脚0信号,G2的15脚输出高电平,G3的11脚为低电平。若有人按下抢答开关,则I
16、C1的某一输入端由高电平跳到低电平,其对应的输出端也为低电平,同时IC2的14脚为低电平,给G2、G3一个下降沿信号,由于没按K2,IC43脚为低电平经G7使G3的9脚J=1、12脚K=0, G3的输出端11脚高电平,触发LED1亮,并经G6给CI5的4脚高电平使IC5报警发声,提示有人提前抢答,同时G2的15脚为低电平,抢答者的信号被锁存,经IC2、IC3最终在LED上显示抢答者号码。提前抢答举例: 当按下开关K1后S1抢答,这时G2的15脚输出高电平,G3的11脚输出高电平、触发LED1亮,经G6给IC5的4脚高电平使其报警发声。同时IC1的输入端4脚为0,5脚为0。使IC23脚为0其余都
17、为1,对应输出端6、7、9脚为0、0、1。则IC3的输入端7、1、2脚为1、0、0,由于IC1的2脚为1,则G13脚为0,则IC3的6脚为0,则IC3的输入端DCBA=0001,在数码管上显示“1“;同时IC2的14脚为低电平,将给G2、G3下降沿,使G2的15脚为低电平,锁存S1的信号. 数码管上显示违规抢答者号码。:超时抢答: 即按下开关K1之后,又按下开关K2,并且规定的抢答时间已经结束,又有人按下抢答按钮。按下K1后,G2的15脚为高电平。G3的11脚低电平,LED1、LED2处于熄灭状态。若这时有人按下抢答按钮,则IC1的某一输入端由高电平跳到低电平,其对应的输出端也为低电平,同时I
18、C2的输出端14脚为低电,给G2、G3下降沿信号, G3的11脚跳到高电平,LED1亮,同时G2的15脚变到低电平,锁存抢答信号,并显示抢答者号码,发出报警声音。 超时抢答举例: 按下开关K1,又按下开关K2,并且规定的抢答时间已结束。若这时S4抢答,使IC1的输入端13脚为0,12脚为0。则IC2的输入端13脚为0其余为1,则输出端9、7、6脚为0、0、1,IC3的输入端7、1、2脚为0、0、1,由于IC1的2脚为1,G1的3脚为0,则IC36脚为0,此时IC3的输入DCBA=0100,数码管显示4,同时由于IC1的输入端有信号,则IC2的14脚为0。 触发G2、G3使其对应的15脚输出低电平,11脚输出高电平,因为IC1的11脚G端也为低电平,这时将锁存抢答信号。由于G3的11脚端为高电平,则LED1亮,并经G6使其输出端3脚为1,给IC5的4脚高电平,使其报警发声,提示有人超时抢答,并且数码管上显示抢答者号码。结束 !辽宁科技学院 高建新 制作 2009.11.18