第九讲八人抢答器设计(4课时).ppt

数字电子技术,第九讲八人抢答器设计与仿真4课时,【设计案例】项目：4人抢答器的设计项目编号：SZSA2-1设计指标：1、4路开关输入；2、稳定显示与输入开关编号相对应的数字14；3、输出具有唯一性和时序第一的特征；4、一轮抢答完成后通过解锁电路进行解锁，准备进入下一轮抢答。任务要求：完成原理图设计、元器件选型、电路装接与调试、电路性能检测、设计文档编写（设计报告格式见附录B，标准电路图纸格式见附录C）。,二、抢答器的设计与调试,2.4八人抢答器,抢答器的组成框图：,抢答器的一般组成框图如上图所示。它主要由开关阵列电路、触发锁存电路、解锁电路、编码电路和显示电路等几部分组成。,二、抢答器的设计与调试,2.4八人抢答器,1、开关阵列电路：该电路由多路开关所组成，每一名竞赛者与一组开关相对应。开关应为常开型，当按下开关时，开关闭合；当松开开关时，开关自动弹出断开。2、触发锁存电路：当某一组开关首先被按下时，触发锁存电路被触发，在对应的输出端上产生开关电平信息同时为防止其他开关随后触发而造成输出紊乱，最先产生的输出电平反馈到使能端上，将触发电路封锁。3、解锁电路：一轮抢答完成后，应将触发器使能端强迫置1或置0（根据芯片具体情况而定），解除触发锁存电路的封锁，使锁存器重新处于等待接收状态，以便进行下一轮的抢答。4、编码电路：将触发锁存电路输出端上产生的开关电平信息转换为相应的8421BCD码。5、显示电路：将编码电路输出的8421BCD码经显示译码驱动器，转换为数码管所需的逻辑状态，驱动LED数码管显示相应的十进制数码。,二、抢答器的设计与调试,2.4八人抢答器,设计内容（示例）：1、电路设计及元器件选择开关阵列电路的设计下图所示为4路开关阵列电路。当任一开关按下时，对应输出为低电平，否则为高电平。,开关阵列电路,二、抢答器的设计与调试,2.4八人抢答器,触发锁存电路的设计下图所示为4路触发锁存电路。图中，74LS373为8D锁存器，74LS20为双-4输入与非门，74LS04为六-反相器。开关阵列电路连接在锁存器输入端，当所有开关均未按下时，锁存器输出全为高电平，的输出经4输入与非门和非门后的反馈信号为高电平，作用于锁存器使能端，使锁存器处于等待接受触发输入的状态；当任一开关按下时，输出信号中相应一路为低电平，则反馈信号变为低电平，作用于锁存器使能端，使锁存器被封锁，不再继续接受触发输入，输出保持在封锁前的状态。,二、抢答器的设计与调试,2.4八人抢答器,4路触发锁存电路,二、抢答器的设计与调试,2.4八人抢答器,解锁电路的设计下图所示为解锁电路，开关为常开开关。当开关打开时，中的低电平输出经4输入与非门和非门，再经过2输入或门后反馈至锁存器使能端，使锁存器被封锁；当开关闭合后，2输入或门的输出被强制设为高电平，送至锁存器使能端使得锁存器重新处于等待接受触发输入的状态。,解锁电路,二、抢答器的设计与调试,2.4八人抢答器,编码电路的设计下图所示为编码电路。图中74LS147为二-十进制优先编码器，当任意输入为低电平时，输出为相应输入编号的8421BCD码的反码，再经非门后被转换为8421BCD码。,编码电路,二、抢答器的设计与调试,2.4八人抢答器,译码显示电路的设计下图所示为译码显示电路。图中CD4511为显示译码驱动器，LC5011为共阴极数码管。输入的8421BCD码经显示译码后驱动数码管，显示相应的十进制数码。,译码显示电路,二、抢答器的设计与调试,2.4八人抢答器,4人抢答器总体电路设计,二、抢答器的设计与调试,2.4八人抢答器,做一做项目：8路触发锁存电路功能仿真测试项目编号：SZS2-1设计指标：8路开关输入；稳定显示与输入开关编号相对应的数字18；输出具有唯一性和时序第一的特征；一轮抢答完成后通过解锁电路进行解锁，准备进入下一轮抢答。任务要求：绘制八人抢答器原理图或直接绘制仿真电路图；列出八人抢答器的元器件清单；对电路进行仿真调试；,二、抢答器的设计与调试,2.4八人抢答器,绘制八人抢答器的印制板图；完成电路的焊接与装配；写出八人抢答器的调试要求，并按步骤对八人抢答器进行调测；完成设计文档的编写。,二、抢答器的设计与调试,2.4八人抢答器,作业：设计报告：SZS2-1,知识小结1、有些种类的组合逻辑电路使用较为频繁，为便于使用，把它们制成了标准化的中规模集成电路。通过对这些器件的介绍，了解中规模集成电路的构成特点、使用方法及使能端的处理，不必去记忆具体器件的功能，而是要掌握如何通过真值表、逻辑符号了解其使用方法。2、为了增加使用的灵活性，也为了便于功能扩展，在多数中规模集成的组合逻辑电路上都设置了附加的控制端（或称为使能端、选通输入端、片选端、禁止端等）。这些控制端既可用于控制电路的状态（工作或禁止），又可作为输出信号的选通,二、抢答器的设计与调试,输入端，还能用作输入信号的一个输入端以扩展电路功能，合理的运用这些控制端能最大限度的发挥电路的潜能。3、灵活的运用中规模集成电路还可以设计出任何其他逻辑功能的组合逻辑电路。,二、抢答器的设计与调试,、,附加题：1.八人抢答器除此方案外，能否有其它的方法实现？2.试设计一十六人抢答器，要求同八人抢答器。3.设计两个1位十进制的加法电路，要求有显示。,二、抢答器的设计与调试,思考题：1.若K1、K5同时按下，则输出会显示什么？为什么？2.若显示输出始终为4,则可能会是什么原因，试分析。3.若输出始终为“9”，试分析可能出现的原因。4.试阐述解锁电路的工作原理及锁存数据的工作过程。5.若k5按下，则编码器的输出A、B、C、D的电平分别是多少？6.为什么在编码器74147之后要加74LS04反相器？7.若输出无显示，试分析可能产生的原因。（至少说出3个原因）8.分别说出电阻R1、R2的作用。