四路搶答器電路的設計

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

關鍵詞：搶答器電路;JK觸發器應用

一.方案設計

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，系統框圖如圖1所示。其中按鍵輸入模塊采用四個點動按鍵實現，按鍵清零模塊采用一個點動按鍵實現，控制電路模塊采用JK觸發器74LS76實現，輸出顯示模塊采用發光二極管實現。

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，S5為系統清零按鍵開關;D1～D4分別作為S1～S4對應的發光二極管指示燈;74HC20是四輸入與非門電路，實現對JK輸入端的控制;74LS76是集成JK觸發器電路，是電路控制核心。

2.按鍵輸入

由于JK觸發器的CLK端是下降沿觸發，電路設計時應該考慮低電平有效。因此電路由電阻與按鍵開關組成，輸出信號從電阻、按鍵開關連接處引出，接到JK觸發器的CLK端。電阻上端接電源VCC，按鍵開關下端接地。當選手不按開關時，按鍵開關斷開，CLK信號是VCC，高電平‘1’;當選手按下開關時，按鍵開關閉合，CLK信號是地，低電平‘0’。

3.控制電路

按下S5按鍵開關，執行74LS76芯片的清零功能，輸出端Q為低電平‘0’，D1、D2、D3、D4發光二極管不發光。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觸發器的J、K端接在一起，同時為‘1’，為搶答做好準備。74LS76是集成JK觸發器電路，是電路控制核心，真值表如下：

假設先按下S1按鍵開關，U2A觸發器的CLK端得到下降沿，由于此時J、K端同時為高電平‘1’，JK觸發器的輸出端15腳電平的狀態由低電平‘0’變為高電平‘1’，D1發光二極管亮，同時，JK觸發器的反向輸出端14腳電平狀態變為低電平‘0’，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觸發器的J、K端同時為‘0’，即使按下其他按鍵開關，輸出端也保持不變。

同理，按下其他按鍵開關，分析過程同上。

三.系統測試

1.測試儀器：數字式萬用表、直流穩壓電源;

2.測試方法：將直流穩壓電源電壓調至5V，為系統供電。按下S5開關，D1～D4發光二極管不發光。之后按下S1開關，D1發光二極管發光，按下其余按鍵開關，對應的發光二極管不發光。按下S5開關，D1發光二極管滅。同理S2～S4測試方法同上。

3.測試出現問題及解決方法：

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

⑵選手按下開關時發光二極管亮，其他選手按下開關發光二極管也亮，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

四路搶答器是以JK觸發器74LS76為設計核心的數字電子技術電路的應用，具有簡單可靠、性價比高的特點，可應用于知識競賽、文體娛樂等活動中，具有準確性、公正性、直觀性。可以更好地促進參賽選手的競爭意識，讓選手體驗賽場的壓力感。

參考文獻：

[1]康華光，電子技術基礎數字部分，高等教育出版社，2014.1

作者簡介：陳龍（1980--），男，天津濱海職業學院，講師，主要研究電子技術及應用。本科，畢業于天津職業技術師范大學。