简易三路抢答器.doc

郑州轻工业学院电子技术课程设计 题 目 简易三路抢答器 学生姓名 xx 专业班级 电信10-01班 学 号 5410010301xx 院 （系） 电气信息工程学院 指导教师 xx 完成时间 2012年06月22日 郑州轻工业学院课程设计（论文）任务书题目 简易三路抢答器 专业 电子信息10-1 学号5410010301xx 姓名 xx 主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容1阅读相关科技文献。2学习protel软件的使用。3学会整理和总结设计文档报告。4学习如何查找器件手册及相关参数。技术要求1. 要求电路实现抢答原理，即如果有一人比其余两人先按键，则此人获得回答权。要求说明抢答器的最小反应时间。2. 要求电路设置一个按键，此按键能够起到复位的作用。3. 要求电路能够通过声光的形式表明由谁获得回答权。主要参考资料1何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月2姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月3王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月4李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月5康华光，电子技术基础，高教出版社，2003完 成 期 限： 2012年06月22日 指导教师签章： 专业负责人签章： 2012 年 06月 11日简易三路抢答器目录概述I摘要1总体设计方案12.单元电路图22.1 四D触发器74L17522.1.1 四D触发器74L175的引脚图如图所示22.1.2 四D触发器74L175的逻辑图如图所示22.1.3 四D触发器74L175的功能表如图所示32.1.4 四D触发器74L175的真值表如图所示32.2 三输入或非门74LS1042.2.1 74LS10的引脚图如图所示42.2.2 74LS10的功能表如图所示43.主要器件以及主要元件的功能介绍53.1 D触发器53.2 或非门73.3 电阻83.4电容83.5 发光二极管83.6 与非门93.7 开关94.总电路原理图105.元件清单11结束语12致谢13参考文献14附录15简易三路抢答器概述随着我国经济和文化事业的发展，在很多公开场合要求有公正的竞争裁决，诸如证券，股票交易及各种智力竞赛等，因此出现了抢答器。抢答器是在竞赛、娱乐活动（抢答活动）中，能准确、公正、直观地判断出抢答者的机器。 一般，抢答器的电路主要有四部分组成：数字抢答电路、时序控制电路、报警电路以及可预置时间的定时电路。其中数字抢答部分有一个CD4511译码器和LED数码管显示器组成，可以将六位抢答者的按钮通过CD4511译码驱动LED数码管显示器显示出他们最先抢答者的序号。而时序控制电路的功能是当参赛选手按动抢答器时，使扬声器发声，这时抢答电路和定时电路停止工作。而且设定的时间60秒到达后若无人抢答，则报警电路工作。报警电路工作的条件是当设定时间到达后或者有人抢答时，报警电路被输入一个高电平，这时此电路工作。可预置时间的定时电路是通过74LS121实现的。但此次我们所制作的是简易的三位抢答器，因而没有定时电路部分，而数码管也用的是发光二极管代替的，因此不能显示分数或者抢答者的序号，只能显示出是否抢答成功。下面就为大家介绍我此次制作的三位简易抢答器。摘要 本课程设计论文详细讲述了本人此次课程设计的全过程和收获。 本文讲述的简易三路抢答器主要是由四D触发器74L175，一个三输入或非门，三个LED灯，及开关电路组成。其中74L175的清零端有主持人控制，当决定开始抢答时，主持人按下复位开关，宣布抢答开始，选手做出判断并按下开关，通过74L175进行信号筛选，先按下开关的选手使对应LED灯亮，同时锁住其他选手信号，直到主持人再次按下复位开关为止。 本文还记述了我在整个设计过程中的设计思路和每一步设计步骤，通过每一步认真的设计，最终完成整个电路的设计。关键词：三路抢答器，74L芯片，或非门 与非门IIII151总体设计方案以下是三路抢答器的具体方案流程： 下面我将结合具体元件详细讲述此方案的工作情况：其中F1是4D触发器，它具有公共置零端和公共CP端，F2由三个LED指示灯构成显示电路，F3为多谐振荡器。提供CP脉冲。抢答开始时，由主持人按下复位键，并宣布抢答开始，此时D1D2D3的输入均为零，输出Q1Q2Q3也均为零，所有LED都不工作，为熄灭状态，当有选手抢先回答时（假设不存在同时的问题）那么将Q1Q2Q3中只有一个为1，输入进入74L175中，输出也只有一个为1，对应的LED灯亮，同时由边路的或非门控制CP锁住其他选手信号。使得LED始终只有一个亮起。直到主持人再次按下复位开关。2.单元电路图2.1 四D触发器74L1752.1.1 四D触发器74L175的引脚图如图所示2.1.2 四D触发器74L175的逻辑图如图所示2.1.3 四D触发器74L175的功能表如图所示2.1.4 四D触发器74L175的真值表如图所示2.2 三输入或非门74LS102.2.1 74LS10的引脚图如图所示2.2.2 74LS10的功能表如图所示3.主要器件以及主要元件的功能介绍3.1 D触发器D触发器如图，其功能有：（1） D触发器有接受并记忆信号的功能；（2） D触发器属于脉冲触发方式（3） D触发器抗干扰能力强，工作速度快D触发器工作原理 主从JK触发器是在CP脉冲高电平期间接收信号，如果在CP高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器产生与逻辑功能表不符合的错误状态。边沿触发器的电路结构可使触发器在CP脉冲有效触发沿到来前一瞬间接收信号，在有效触发沿到来后产生状态转换，这种电路结构的触发器大大提高了抗干扰能力和电路工作的可靠性。下面以维持阻塞D触发器为例介绍边沿触发器的工作原理。 维持阻塞式边沿D触发器的逻辑图和逻辑符号如图9-7所示。该触发器由六个与非门组成，其中G1、G2构成基本RS触发器，G3、G4组成时钟控制电路，G5、G6组成数据输入电路。和分别是直接置0和直接置1端，有效电平为低电平。分析工作原理时，设和均为高电平，不影响电路的工作。电路工作过程如下。 (a) 逻辑图 (b) 逻辑符号 图9-7 维持阻塞型D触发器 CP=0时，与非门G3和G4封锁，其输出为1，触发器的状态不变。同时，由于至G5和至G6的反馈信号将这两个门G5、G6打开，因此可接收输入信号，使=，=。 当CP由0变1时，门G3和G4打开，它们的输出和的状态由G5和G6的输出状态决定。=，=。由基本RS触发器的逻辑功能可知，=。 触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。G3和G4打开后，它们的输出和的状态是互补的，即必定有一个是0，若为0，则经G4输出至G6输入的反馈线将G6封锁，即封锁了D通往基本RS触发器的路径；该反馈线起到了使触发器维持在0状态和阻止触发器变为1状态的作用，故该反馈线称为置0维持线，置1阻塞线。G3为0时，将G4和G5封锁，D端通往基本RS触发器的路径也被封锁；G3输出端至G5反馈线起到使触发器维持在1状态的作用，称作置1维持线；G3输出端至G4输入的反馈线起到阻止触发器置0的作用，称为置0阻塞线。因此，该触发器称为维持阻塞触发器。 由上述分析可知，维持阻塞D触发器在CP脉冲的上升沿产生状态变化，触发器的次态取决于CP脉冲上升沿前D端的信号，而在上升沿后，输入D端的信号变化对触发器的输出状态没有影响。如在CP脉冲的上升沿到来前=0，则在CP脉冲的上升沿到来后，触发器置0；如在CP脉冲的上升沿到来前=1，则在CP脉冲的上升沿到来后触发器置1。维持阻塞触发器的逻辑功能表如表9-4所示。 表9-4 触发器的逻辑功能表 说 明00复位11置位 依据逻辑功能表可得触发器的状态方程为 3.2 或非门处理信号 或非门的电路图1或逻辑是当任一输入,A或B,或者两者,为逻辑1时输出就为逻辑0.也可以理解为只有当A，B同时为0时，结果才为0. NOR用于汇编语言中的或非，在电路中则表示为或非门。 或非就是或的非的意思,也就是对或取反.或非的功能是将或功能的结果取反而得到的.所以如果或逻辑输出为1,或非逻辑则变为0,或逻辑输出为0,或非逻辑则变为1.这样就得到了或非门. 与“与非”门类似，单用“或非”门可以实现任意组合逻辑。3.3 电阻构成多谐振荡器3.4电容构成多谐振荡器3.5 发光二极管显示信号的重要元件发光二极管（LED）是用半导体材料制作的正向偏置的PN结二极管。其发光机理是当在PN结两端注入正向电流时，注入的非平衡载流子（电子空穴对）在扩散过程中复合发光，这种发射过程主要对应光的自发发射过程。按光输出的位置不同，发光二极管可分为面发射型和边发射型。我们最常用的LED是 InGaAsP/InP双异质结边发光二极管。-发光二极管的发光原理同样可以用PN结的能带结构来解释。制作半导体发光二极管的材料是重掺杂的，热平衡状态下的N区有很多迁移率很高的电子，P区有较多的迁移率较低的空穴。由于PN结阻挡层的限制，在常态下，二者不能发生自然复合。，而当给PN结加以正向电压时，沟区导带中的电子则可逃过PN结的势垒进入到P区一侧。于是在PN结附近稍偏于P区一边的地方，处于高能态的电子与空穴相遇时，便产生发光复合。这种发光复合所发出的光属于自发辐射，辐射光的波长决定于材料的禁带宽度Eg，即1.24m?;eV/Eg-发光二极管具有可靠性较高，室温下连续工作时间长、光功率电流线性度好等显著优点，而且由于此项技术已经发展得比较成熟，所以其价格非常便宜。因此在一些简易的光纤传感器的设计中，如果LED能够胜任，选用它作为光源即可大大降低整个传感器的成本。然而LED的发光机理决定了它存在着很多的不足，如输出功率小、发射角大、谱线宽、响应速度低等。因此，在一些需要功率高、调制速率快、单色性好的光源的传感器设计中，就不得不以提高成本为代价，选用其它更高性能的光源。3.6 与非门处理信号，控制CP3.7 开关4.总电路原理图101516R11KR21KR31KSB1SB2SB37475365Q1Q3Q2EN1EN2GNDVccVccGND2345610118R5 680R6 680R7 680VH1VH2VH3R91KSB4147Vcc74LSSD113412D3D25.元件清单元件数量大小74LS75174LS101电阻器74个1K，3个680六脚开关4LED灯3导线若干结束语历时一周的课程设计结束了，通过这次的课程设计，让我对于平时平日所学的知识又有了更深刻的认识了，对于自己的动手动脑能力也是很大的提高，通过这次设计，我要将平时课堂上书本里的东西转化为实实际际的这样一个电器，我觉得有很大的成就感，都说学以致用，这次也让我理解了数字电路对于日常生活是多么的重要。通过这次课程设计我复习了教材上的理论知识和实践技能，对于逻辑分析问题有了更进一步的掌握，设计过程中对于protel软件，也有了初步的了解和运用，对于以后掌握和运用数字电路知识也是很大的提升。 同时这次的设计也让我发现了自己的问题和不足，对于理论联系实际，以及将原理这些摆在纸上的东西拿出来都有不少的困难要克服。 由于此次时间稍有仓促，以及本人学艺不精，可能是设计不够尽善尽美，存在有不少的瑕疵和缺点，希望老师能批评指正，学生将不胜感谢，感谢老师的辛勤栽培，我以后会一如既往更加努力的学习。致谢在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助课题在选题及进行过程中得到黄春老师的悉心指导。没有老师平时的谆谆教导，我才有扎实的理论基础，才有可能在此基础上发挥创造，没有您，我也不可能会顺利的完成此次课程设计。谢谢您!感谢轻院的图书馆，在我需要查询资料时给了我莫大的支持，让我有坚实的材料后盾。感谢我的队友和组员，在我思路枯竭的时候，我们相互帮助，彼此伸出援手，才能碰撞出智慧的火花，我们是一个很好的团队，从不孤单，我不是一个人在孤军奋战，谢谢你们。最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学参考文献【1】何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月【2】姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月【3】李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月【4】康华光，电子技术基础，高教出版社，2003【5】王鲁杨，电子技术实验指导书，中