学文网【摘 要】抢答器用途广泛、制作方法多样。对中职生来说，这些电路具有元器件数量多，电路原理复杂难懂、制作难度偏大的特点。在实训教学时，由于制作的成功率较低，大大地挫伤了学生学习的积极性。为降低制作的难度，我设计了以74LS175、74LS20和74LS00三种芯片为主的四路抢答器，同时又具备制作的趣味性和实操性。
【关键词】四路抢答器；实训；制作
抢答器是一种在智力、技能竞赛中经常要用到的设备。其用途广泛、制作方法多样，一直是生产、教研、实训、竞赛的主题。常见的有二路、三路、四路、八路、十路等多种。有用单片机设计的，更多的是利用数字芯片和电路来实现其功能。这些电路的制作对中职生来说，具有元器件数量多，电路原理复杂难懂、制作难度偏大的特点。在实训教学时，学生普遍有制作的愿望，但由于制作的成功率较低，大大地挫伤了学习的积极性。为降低制作的难度，同时又具备制作的趣味性和实操性，我设计了以74LS175、74LS20和74LS00三种芯片为主的四路抢答器。该电路的特点是：四个抢答器按钮供四人或四组选手使用，复位按钮供主持人使用。当抢答开始后，任意一路如二号按钮按下，四个发光二极管对应的第二个发光二极管就被点亮，同时蜂鸣器长鸣。其他选手再按旋钮无效。当主持人按下复位按钮后发光二极管熄灭，蜂鸣器停止鸣叫，为新一轮抢答做好准备。
（一）74LS175工作原理
74LS175为四D触发器（互补输出）
本电路是单向跳变触发的四D触发器，互补输出，有公用的时钟和公用的清零。在时钟脉冲正跃变的沿上，满足建立时间的D输入信息可传至Q输出。时钟的触发产生于特定的电压电平上，同脉冲的正跃变时间无直接关系。不管时钟输入的电平是高或是低，D输入信号不影响输出。
其功能和真值表如下：
说明：H高电平；L低电平；Χ任意
从低电平过渡到高电平
Q0 建立稳态输入条件之前的Q电平
建立稳态输入条件之前的电平
本电路中CLR端设置为高电平，要复位时再变为低电平；CLK端设置为上升沿跳变，选手抢答后变为高电平锁存。基本电路如***1。
用示波器观察CLK的波形可以看出：抢答前是矩形波信号，而锁存后的信号波形是一条高电平的直线，实现这一转变的主要是74LS20和74LS00在起作用。其过程分析如下：
预备情况下J1-J4按钮均处断开状态，74LS175的1D、2D、3D、4D输入端悬空，1Q、2Q、3Q、4Q输出端输出低电平，而其互补输出端1、2、3、4均输出高电平，74LS20输出低电平给74LS00的第一个与非门（U2A）。该与非门输出的高电平送到第二个与非门的一个输入端，从而使第二个与非门（U4A）的输出只取决于它的另一个输入端。U4A将信号发生器提供的矩形波信号反相输出到74LS175的CLK端作为跳变信号来满足其工作要求。当任一输入端按钮（如J2）按下后，2Q输出高电平使发光二极管点亮，同时2端输出低电平，74LS20输出高电平，U2A输出低电平到U4A，使U4A最终输出高电平到CLK端来锁存，使其它按钮按下无效，只保持第二个二极管发光。当主持人按下复位按钮J5时，CLR端处低电平状态而复位，发光二极管熄灭。抢答器再次处于等待抢答状态中。
（二）555电路
实际制作电路中，用555电路代替信号发生器产生一个矩型脉冲提供给U4A使用，作为74LS175的CLK端的跳变脉冲，其工作原理不再赘述（见***2）。
（三）蜂鸣电路
抢答器电路一般要求在竞赛选手按下按钮后有声音提示信号。为此本电路用一个9014来驱动的蜂鸣器作为音响电路。只要选手按下抢答按钮，蜂鸣器就会长鸣。只有按下复位按钮后，蜂鸣器才会停止鸣叫，如***3所示。
（四）抢答器的整体电路***
将上述三部分电路有机结合起来，可以设计出如下***所示的四路抢答器的整体电路***。通过Multisim 10仿真和实验箱实验验证，能很好地实现抢答、锁存、清零、蜂鸣的功能。达到设计目的（见***4）。
（五）PCB板制作
下面简要介绍一下PCB板的制作方法。
1.打开protel2004软件，建立一个文件名为“四路抢答器.Prjpcb”的PCB项目，保存。
2.创建一个文件名为“四路抢答器.SchDoc”的电路原理***。并保存在“四路抢答器.Prjpcb”文件夹下。
创建原理***时要正确选择元件封装。对各个元件进行编号区分。正确连线。并通过“项目管理/Compile Document四路抢答器.SchDoc”来编译建立的原理***。根据Messages提示的错误和警告信息修改原理***，直到电路***无误。建立好的电路***如***5。
3.生成项目的网络表：设计/设计项目的网络表/protel/保存。
4.创建一个名为“四路抢答器.PcbDoc”的PCB文件。保存在“四路抢答器.Prjpcb”文件夹下。
单击界面下方的“keep out layer”，然后单击“实用工具/放置直线”。
根据元件的多少决定PCB板的尺寸大小，并画出电路板的边框即禁止布线层。
5.在原理***窗口，点击“设计/update schematics in四路抢答器.PcbDoc”出现工程变化订单（ECO），点击“执行变化（Execute Changes）”再点击“使变化生效（Validate Changes）”，最后单击“关闭”。
6.转到PCB文件窗口，把系统自动生成的PCB元件拖入到PCB板边框内。
7.手动调整元件位置。点击“自动布线/全部对象”，结合手工布线达到需要的效果。
设计完成后的单面PCB板如下：
特别说明：上***中U2（74LS00）的6脚和U1（74LS175）的9脚之间、U4（555）的3脚和U2（74LS00）的4脚之间，要分别使用跳线连接。
（六）元件清单
该电路虽然特为实训课制作设计，但是也可以在实际竞赛中使用。这时四个抢答按钮不必安装在电路板上，而是用导线延长分别固定在四个不同的地方以供使用。在电路板上四个发光二极管旁依次标明1、2、3、4，来供主持人迅速判断是第几组选手抢答成功。
作者简介：肖春明（1969—），男，江西赣县人，大学本科，现供职于江西省赣县职业技术学校，主要研究方向：中职电子实训。
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