数字抢答器 工作原理

目 录 一、电路中各器件的功能 二、电路中各器件的编号 三、抢答器的工作原理

一、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。

图 1-1 74LS373引脚图

表1-1 74LS373功能表

74LS373的使用方法： 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。 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 ⑴ 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）。 ⑵ 时： ①：若 均为高电平， 时， =111 不是编码输出（无有效输入信号） ②： （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 出 1 ×

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： ：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。 ：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。

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逻辑功能表1-3

8421 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与 为两个互补输出端，通常把Q=0， =1状态称为触发器“0”状态，而把Q=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 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 表1-5 图1-5 如表1-5所示。 表1-5 图1-5

6.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a~g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(a) 图1-6(b)

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））

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（3~5V）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1-7

8. 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 8. 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.

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。 图1-8

（2）555定时器工作原理 当电压控制端 不外加控制电压时， 、 ， 当电压控制端 外 加控制电压 时， 、 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 定时参数。为了防止干扰，当不加外控制电压 时，在Vco端，一般通过1个小电容（0.01μF） 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 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 1

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 1.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 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 ①：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。

②：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IC2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