四路搶答器電路的設(shè)計

摘要：介紹了四路搶答器電路的設(shè)計方法，采用四個按鍵作為選手的輸入信號，利用JK觸發(fā)器74LS76對選手的按鍵信號進(jìn)行鎖存，第一個按鍵選手的LED指示燈發(fā)光。電路中設(shè)置清零按鍵，主持人按下此鍵，優(yōu)先搶答選手的指示燈熄滅，系統(tǒng)清零，重新開始下輪搶答。

關(guān)鍵詞：搶答器電路;JK觸發(fā)器應(yīng)用

一.方案設(shè)計

四路搶答器由按鍵輸入、按鍵清零、控制電路、輸出顯示四大模塊組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。其中按鍵輸入模塊采用四個點(diǎn)動按鍵實(shí)現(xiàn)，按鍵清零模塊采用一個點(diǎn)動按鍵實(shí)現(xiàn)，控制電路模塊采用JK觸發(fā)器74LS76實(shí)現(xiàn)，輸出顯示模塊采用發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)。

二.電路分析

1.電路組成

四路搶答器電路原理圖如圖2所示，S1～S4作為選手搶答按鍵開關(guān)，S5為系統(tǒng)清零按鍵開關(guān);D1～D4分別作為S1～S4對應(yīng)的發(fā)光二極管指示燈;74HC20是四輸入與非門電路，實(shí)現(xiàn)對JK輸入端的控制;74LS76是集成JK觸發(fā)器電路，是電路控制核心。

2.按鍵輸入

由于JK觸發(fā)器的CLK端是下降沿觸發(fā)，電路設(shè)計時應(yīng)該考慮低電平有效。因此電路由電阻與按鍵開關(guān)組成，輸出信號從電阻、按鍵開關(guān)連接處引出，接到JK觸發(fā)器的CLK端。電阻上端接電源VCC，按鍵開關(guān)下端接地。當(dāng)選手不按開關(guān)時，按鍵開關(guān)斷開，CLK信號是VCC，高電平‘1’;當(dāng)選手按下開關(guān)時，按鍵開關(guān)閉合，CLK信號是地，低電平‘0’。

3.控制電路

按下S5按鍵開關(guān)，執(zhí)行74LS76芯片的清零功能，輸出端Q為低電平‘0’，D1、D2、D3、D4發(fā)光二極管不發(fā)光。同時，反相輸出端為高電平‘1’，加在74LS20四輸入與非門U1A的輸入端，6腳輸出為低電平‘0’，74LS20四輸入與非門U1B的輸入端9腳與6腳相連，其他輸入端接VCC，8腳輸出高電平‘1’，即四路JK觸發(fā)器的J、K端接在一起，同時為‘1’，為搶答做好準(zhǔn)備。74LS76是集成JK觸發(fā)器電路，是電路控制核心，真值表如下：

假設(shè)先按下S1按鍵開關(guān)，U2A觸發(fā)器的CLK端得到下降沿，由于此時J、K端同時為高電平‘1’，JK觸發(fā)器的輸出端15腳電平的狀態(tài)由低電平‘0’變?yōu)楦唠娖健?’，D1發(fā)光二極管亮，同時，JK觸發(fā)器的反向輸出端14腳電平狀態(tài)變?yōu)榈碗娖健?’，74LS20集成與非門U1A的6腳輸出為高電平 ‘1’，U1B的8腳輸出為低電平‘0’，即四路JK觸發(fā)器的J、K端同時為‘0’，即使按下其他按鍵開關(guān)，輸出端也保持不變。

同理，按下其他按鍵開關(guān)，分析過程同上。

三.系統(tǒng)測試

1.測試儀器：數(shù)字式萬用表、直流穩(wěn)壓電源;

2.測試方法：將直流穩(wěn)壓電源電壓調(diào)至5V，為系統(tǒng)供電。按下S5開關(guān)，D1～D4發(fā)光二極管不發(fā)光。之后按下S1開關(guān)，D1發(fā)光二極管發(fā)光，按下其余按鍵開關(guān)，對應(yīng)的發(fā)光二極管不發(fā)光。按下S5開關(guān)，D1發(fā)光二極管滅。同理S2～S4測試方法同上。

3.測試出現(xiàn)問題及解決方法：

⑴按下清零開關(guān)S5后發(fā)光二極管一直亮不滅，檢測清零開關(guān)與芯片的清零端CD連接是否正確。

⑵選手按下開關(guān)時發(fā)光二極管亮，其他選手按下開關(guān)發(fā)光二極管也亮，沒有鎖存功能。檢測四輸入與非門74HC20工作是否正常。

⑶JK觸發(fā)器74LS76、四輸入與非門74HC20芯片供電采用直流5V，電源端與接地端不能接反。

四.總結(jié)

四路搶答器是以JK觸發(fā)器74LS76為設(shè)計核心的數(shù)字電子技術(shù)電路的應(yīng)用，具有簡單可靠、性價比高的特點(diǎn)，可應(yīng)用于知識競賽、文體娛樂等活動中，具有準(zhǔn)確性、公正性、直觀性?？梢愿玫卮龠M(jìn)參賽選手的競爭意識，讓選手體驗(yàn)賽場的壓力感。

參考文獻(xiàn)：

[1]康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分，高等教育出版社，2014.1

作者簡介：陳龍（1980--），男，天津?yàn)I海職業(yè)學(xué)院，講師，主要研究電子技術(shù)及應(yīng)用。本科，畢業(yè)于天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)。