74LS171四路抢答器电路设计详情 - 全文

　　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

　　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：

　　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。

　　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。

　　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。

　　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：

　　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。