多路抢答器
专 业:电子信息科学与技术 班 级: 09电本(1)班 姓 名: 吴志鹏 学 号: 090502135 指导教师: 周锦荣
2011年9月28 日-11月06日
一、 实验目的:
通过4路抢答器的设计,回顾所学数字电子电路、模拟电子电路的基础理论和基础实验知识。掌握时序电路,编程器件和各种集成电路的综合使用。555芯片的各种电路的使用方法。加强综合能力,培养电路设计能力,启发创新思想。
二、设计内容和要求:
1. 设计一个智力竟能抢答器,可同时供4名选手或4个代表队参加比赛,他们的编号分别是1,2,3,4各用一个抢答按钮(无抖动开关),按钮的编号与选手的编号相对应,分别是S1,S2,S3,S4。
2.为每位参赛选手设置一盏灯,编号分别为LED1,LED2,LED3,LED4用于抢答成功提示。
3. 给节目主持人设置一个自锁控制开关S ,用来控制系统的复位(主发光二级管灭灯)和抢答的开始(指示灯亮)。
4. 抢答具有锁存和提示功能。抢答开始后,若有选手按抢答按钮,则相应的指示灯(发光二级管)亮灯,同时输入被封锁,禁止其他选手抢答,直到主持人将主开关复位。等主持人重新按下开始按钮复位后才能重新抢答。
5. 确定设计方案,按功能模块划分元器件,设计分电路,画出总体的电路原理图,阐述基本原理。 三、设计的总体方案:
(1)主持人有开始键及复位键(用同一自锁开关按钮)。 (2)用LED 发光二级管提示参赛者抢答成功。
(3)通过使用555芯片的施密特触发器和晶闸管的配合使用使电路具有锁存功能。 四、设计原理
各部分电路原理:
1.555芯片的介绍 电路结构及其功能:
(图1)为555时基电路的电路结构和8角双列直插式的引脚图,有图可知555电路有电阻分压器、电压比较器,SR 锁存器、放电晶体管、输出反冲器5个部分组成。他的各个引脚功能如下: 1脚:GND(或Vss) 外接电源负端VSS 或接地,一般接地。 2脚:TR 低触发器。
3脚:OUT(或Vo) 输出端。
4脚:R 是直接清零端。当R 端接低电平,则电路不工作,此时不论TR 、TH 处于何电平,时基电路输出为“0”,该端部用时应接高电平
5脚:CO (或VC )为控制电压端。若此短外接电压,则可改变内部两个比较器的基准电压,当该端考电压为2/3VCC, 加在同相输入端,比较器C2的参考电压1/3VCC 加在方向输入端,与同相输入端的参考电压比较后,其结果作为基不用时,应将该端串入一只0.01UF 电容接地,以防引入高平干扰。
8脚:VCC 或VDD 外接电源VCC ,双极性时基电路VCC 的范围是4.5-16V,COMS 型时电路VCC 的范围为3-18V. 一般用5V 。
7脚:D 放电端。该端与放电管集电极相连,用做定时电容得放
电。电阻分压器由三个5K Ω的等值电阻串联而成。电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压,比较器C1的参本RS 触发器R 端的输入信号;低电平触发信号加在C2的同相输入端,与反向输入端的参考电压比较后,其结果作为基本RS 触发器S 的输入信号。基本RS 触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制。在1脚接地,5脚未外接电压,两个比较器C1
、C2基准电压分别为2/3VCC,1/3VCC的情况下,555的时基电路的功能表如下所示:
555接成施密特触发器 将555定时器的TH 和TR '两个输入端连在一起作为信号输入端,如图2所示:即得到施密特触发器。 由于比较器C1,C2的参考电压不同,因而SR 锁存器的置0信号(VC1=0)和置1信号(VC2=0)必然发生在输入信号V1的不同电平。
(图2)用555定时器接成的施密特触
因此,输出电压V0由高电平变为低电平和由低电平变为高电平
所对应的V1值也不相同,这样就形成了施密特触发特性。 为了提高比较器的参考电压VR1和VR2的稳定性,通常在VC0端
接有0.01UF 左右的滤波电容。
首先分析V1从0逐渐升高的过程:
当V1
当1/3Vcc<V12/3Vcc以后,VC1=0、VC2 =1,Q=0,故V0=V0L.因此VT +=2/3Vcc。
其次再看V1从高于2/3VCC开始下降的过程
当1/3Vcc<V1
△T=(VT+)-(VT-)=1/3Vcc 2. 可控硅的原理:
可控硅是可控硅整流元件的简称, 是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率半导体器件, 一般由两晶闸管反向连接而成. 它的功用不仅是整流,还可以用作无触点开关以快速接通或切断电路,实现将直流电变成交流电的逆变,将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电等等。可控硅和其它半导体器件一样,其有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等优点。它的出现,使半导体技术从弱电领域进入了强电领域,成为工业、农业、交通运输、军事科研以至商业、民用电器等方面争相采用的元件 可控硅T 在工作过程中,它的阳极A 和阴极K 与电源和负载连接,
组成可控硅的主电路,可控硅的门极G 和阴极K 与控制可控硅的装置连接,
组成可控硅
的控制电路。
从可控硅的内部分析工作过程:
可控硅是四层三端器件,它有J1、J2、J3三个PN 结图1,可以把它中间的NP 分成两部分,构成个PNP 型三极管和一个NPN 型三极管的复合管图2
当可控硅承受正向阳极电压时,为使可控硅导铜,必须使承受反向电压的PN 结J2失去阻挡作用。图2中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此,两个互相复合的晶体管电路,当有足够的门机电流Ig 流入时,就会形成强烈的正反馈,造成两晶体管饱和导通,晶体管饱和导通。 五、系统调试步骤:
1安装好芯片后,接通电源,按下主持人的开关S ,控制抢答开始的二极管灯亮,抢答开始。然后按下抢答按钮,当你按下的是几路,对应的那路发光二级管亮灯,同时蜂鸣器响发出声音,抢答成功。接着再按其他路的抢答按钮,对应的那路发光二级管不亮,则表示所接电路是正常的。然后再按下主持人的主开关S ,控制抢答开始的发光二级管灭灯,当再次按下主开关S 后,指示灯重新亮,第二轮抢答开始。然后重复按以上步骤,逐一观察每路是否都能正常工作,如果能正常工作,则电路的连接是正确的。如果有不能正常工作的则需进行电路检查, 调试过程中出现的问题和解决方案:
1. 刚开始,接通电源时控制抢答开始的发光二级管就亮灯,按下自锁主开关时,控制抢答开始的发光二级管却不灭了,说明开关的动作方向与预期的想反了。
解决方案:将开关卸下,换个方向焊接,接好后重新调试问题的
到解决了。
2. 调试过程中出现发光二极管亮度不明显,说明电源电压不够大,则需要加大电源电压。
3. 某些路的发光二级管不亮,可能是阴阳极接反了,则及时将他更改过来就行了。
六、电路的优点:该抢答器电路原理简单,所需器件少,而且实
用性强,电路可以很方便的改成任意多路的抢答器。
电路缺点: 该电路功能少,没有限时抢答功能,以及犯规提示功能。 七、电路改进:
1. 可以增加定时环节,当主持人按下开始抢答按钮时,定时器开始倒计时,如果在规定的时间范围内(30S )无人抢答,本次抢答无效,并封锁输入电路,禁止选手超时后抢答。
2. 可以增加一个环节,在主持人没有按开始按钮时,若有人抢答则犯规,用数码管锁存该选手的编号禁止他继续抢答。
3. PCB电路图可以更整齐,更小巧,用6*10的铜板做就会更美观
八、自我总结:
经过这次的课程设计,通过回顾所学数字电子电路的基础理论、模拟电子技术基础和相关的基础实验知识。对数字电路中的电路有了更深刻的理解,尤其是通过设计抢答器,对555芯片的运用以及由它构成的相电路,施密特触发器,多谐振荡器等工作原理有了深刻的理解和体会。之前对器件晶闸管的原理不清楚,通过这次在设计作品中运用该器件让我弄清了他的工作原理和性能。本次课程设计在自己和同学的帮助下顺利的结束了 九、参考文献
[1]童诗白 华成英. 模拟电子技术基础 [第四版].北京:高等教育出版社
[2]阎 石. 数字电子技术基础 [第五版].北京:高等教育出版社
十、所需器件: 器件清单列表
PCB原理图: