智力竞赛抢答器设计.docx
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智力竞赛抢答器设计.docx
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智力竞赛抢答器设计
智力竞赛抢答器设计
1技术指标
设计一个四组抢答器,有人抢答时,蜂鸣器发声,同时优先抢答者对应的指示灯亮,而后抢答者对应的指示灯不亮。
主持人具有将抢答器复原的功能。
2设计方案及其比较
2.1方案一
图1.1用CC4042实现的四位抢答器电路图
工作原理:
主持人按下复位开关S,使与非门G2输出为1,此时时钟E0=1,故芯片处于信号0D~3D状态,当A~D中有一按钮先按下,例如A先按下,则O0=D0=1,O0’=0,对应的二极管亮,蜂鸣器响,同时,与非门G1输出高电平,G2输出低电平,则CP=0。
E0由”1”变”0”,处下降沿,第一信号被锁存,其他按钮按下也不起作用。
主持人清零,进行下一轮抢答。
所用器件引脚图及功能
E0时钟输入端
E1时钟方式控制端
D0~D3数据输入端
O0~O3原码数据输出端
O’0~O’3反码数据输出端
图1.2CC4042锁存器引脚图
H高电平
L低电平
↑低到高电平跳变
↓高到低电平跳变
X任意
表1CC4042锁存器功能表
输入
输出
E0
E1
D
O
O’
L
L
d
d
d’
↑
L
X
锁存
H
H
d
d
d’
↓
H
X
锁存
功能:
CC4042包含四个锁存器电路。
输入的数据在由E1选择的E0电平期间传送至O和O’输出端,当E1=0,在0E0电平期间传送,当E1=0,在0E0电平期间传送。
当E0电平转换时,输入端数据在此期间保持在输出端。
VDD正电源
VSS地
I1~I8数据输入端
O1,O2数据输出端
逻辑表达式Y=
图1.3CC4012四输入正向逻辑与非门
2.2方案二
图2.1用4D触发器所设计的4位抢答器电路图
工作原理:
主持人用K端清零后,开始抢答。
选手按下A~D任一个开关,例如,按下A开关,则1Q输出高电平,对应的二极管亮,蜂鸣器响。
同时,1Q’输出低电平,则与门G1输出低电平,与非门G2输出,使CLK处于高电平,触发器停止工作,其他选手若按下开关也不会起作用。
主持人清零,进行下一轮抢答。
所用器件引脚图及功能
VCC正电源
GND地
CLK时钟输入端
CLR’清零端
1D~4D输入端
1Q~4Q输出端
1Q’~4Q’反相输出端
图2.274ls175四D边沿触发器引脚图
H高电平
L低电平
↑低到高电平跳变
X任意
Q0规定的稳态输入条件建立前Q的电平
Q0’规定的补码稳态输入条件建立前Q’的电平或Q0的补码
表274ls174四D边沿触发器功能表
输入
输出
CLR’
CLK
D
Q
Q’
L
X
X
L
H
H
↑
H
H
L
H
↑
L
L
H
H
L
X
Q0
Q0’
功能:
CLR为清零端,低电平有效。
当CLR为高电平时,在时钟CLK上升沿作用下,Q与数据端D相一致,当CLK为高电平或低电平时,D对Q没有影响。
VCC正电源
GND地
1A~1D数据输入端
2A~2D数据输出端
1Y,2Y数据输出端
逻辑表达式Y=A·B·C·D
图2.374ls21两组四输入与门引脚图
VCC正电源
GND地
1A~4D数据输入端
1Y~4Y数据输出端
逻辑表达式Y=
图2.474ls00二输入四与非门引脚图
2.3方案三
工作原理:
主持人用S端清零后,RS触发器的
端均为0,4个触发器输出端1Q~4Q置”0”,灯不亮。
当主持人将S断开时,抢答器处于等待开始状态。
当有选手将A~D任一端按下时,例如按下D,74ls148的输出经RS锁存后,1Q=1,E1=1,74ls148处于禁止工作状态,封锁了其他键的输入,保证了抢答键的优先性,此时,4Q3Q2Q输出100,灯L4亮,蜂鸣器响。
主持人清零,继续下一轮抢答。
所用器材及功能
VCC正电源
GND地
E1输入使能端
E0输出使能端
GS优先编码状态标志
0~7数据输入端
A0~A2数据输出端
图3.274ls148优先编码器引脚图
表374ls148优先编码器功能表
输入
输出
E1
0
1
2
3
4
5
6
7
A0
A1
A2
GS
E0
H
X
X
X
X
X
X
X
X
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
L
L
X
X
X
X
X
X
X
L
L
L
L
L
H
L
X
X
X
X
X
X
L
H
L
L
H
L
H
L
X
X
X
X
X
L
H
H
L
H
L
L
H
L
X
X
X
X
L
H
H
H
L
H
H
L
H
L
X
X
X
L
H
H
H
H
H
L
L
L
H
L
X
X
L
H
H
H
H
H
H
L
H
L
H
L
X
L
H
H
H
H
H
H
H
H
L
L
H
L
L
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
L
H
功能:
当E1=1时,不论8个输入端何种状态,3个数据输出端均为高电平,编码器处于非工作状态。
当E1=0时,编码器工作,输入优先级别的次序为7,6,……,0。
输入有效信号为低电平,当某一输入端有低电平输入,且比它优先级别搞的输入端无低电平输入时,输出端才输出相对应的输入端的代码。
VCC正电源
GND地
1S’~4S’置位端
1R’~4R’复位端
1Q~4Q输出端
图3.474ls279锁存器引脚图
表474ls279锁存器功能表
H高电平
L低电平
Q输出
Q0输出的上一状态
输入
输出
S’
R’
Q
L
L
H
L
H
H
H
L
L
H
H
Q0
VCC正电源
GND地
1A~4D数据输入端
1Y~4Y数据输出端
逻辑表达式Y=
图3.474ls00二输入四与非门引脚
VCC正电源
GND地
1A~4D数据输入端
1Y~4Y数据输出端
逻辑表达式Y=A·B
图3.574ls08二输入与门引脚图
2.4方案比较
方案一是用CC4042锁存器和CC4011四输入与非门设计的四位抢答器电路。
所用的器材较少。
所用器材较少,操作过程相对简单。
方案二是用4D触发器、74ls21四输入与门及74ls00二输入与非门设计的四位抢答器电路。
所用器材较少,操作过程相对简单。
方案三是用74ls148优先编码器、74ls279锁存器、74ls00二输入与非门及74ls08二输入与门设计的四位抢答器。
所用的器材较多,过程较复杂,实际操作时,尽量不要采用。
3实现方案
方案三不适于实际操作,方案一和方案二都较简单,相对于方案二来说,方案一用的器材更少,实验原理也简单易懂。
因此采用方案一。
4调试过程及结论
调试过程中出现了很多的问题。
接通电源后,按下C、D开关,它们分别对应的二极管亮,但是,若按下A、B开关后,它们所对应的灯不亮,而且同时蜂鸣器不响。
对两个二极管单独通上电,发现第一个二极管不亮,第二个二极管亮,因此可知道,第一个二极管烧坏了。
解决方法是换一个好的二极管。
给蜂鸣器通上电,用万用表检查蜂鸣器正负两端,没有电压差,说明蜂鸣器内部断掉了。
解决方法是用一个二极管代替。
再查找第二个二极管不亮的原因,通上电源后,按下B开关,用万用表检查第二个二极管所在的这条电路,发现从O1’端出来连接的导线与O1’所在芯片的电压不同,O1’所在芯片为低电平而接上的导线这端却是电源电压,由此得到结论,O’所在芯片插的金属条是断了的。
解决方法,将导线直接贴在芯片上。
5心得体会
这次的课程设计是一次将理论结合实践的过程,我选择的课题是4位抢答器。
因为数电实验课上做过类似的抢答器,所以觉得应该很简单。
但是真正动手自己做的时候却发现真是“眼高手低”了。
过程中,遇到一个个难题,逼着自己去解决它们,学到了很多东西。
遇到的第一个难题是找不到足够多的方法。
查资料查到的都是类似的,却跟实验要求不全相同,而且大多数都是比课题要求还要难的。
我把查到的内容按照课题要求进行了修改。
预答辩的时候自己准备太不充分了,老师问的第一个问题我回答错了,第二个问题更是不知所云。
凡事还是要准备,正是“预则立,不预则废”。
连接实物对我来说不是很难,而且自己也尽量让所用的线最短,二极管也顺序排列。
可是用自制的电源检查的时候却不尽人意,而且出现的结果也没有规律。
于是到处进行检查调试,忙了很久,最后得出结论,面包板是坏的,二极管也坏了一个,蜂鸣器也不响。
我检查面包板后得出的结论是,面包板上有一个插芯片的那个孔与下面的孔是不相连的。
换上一个好的二极管,再把导线直接贴在芯片上,将蜂鸣器用一个二极管代替才成功完成了调试。
这个过程很艰辛,不过找出了问题的所在,也让我很有成就感。
最后是写课程设计说明书,首先要学会如何用仿真软件去画图,这是又是在逼着自己去学新的知识,经历了痛苦的过程,才可以获得成功。
6参考文献
[1]《数字电子技术基础》清华大学出版社2009年4月伍时和主编
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