《电子线路分析与应用教学课件作者梁玉国王平 学习情境七抢答器的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子线路分析与应用教学课件作者梁玉国王平 学习情境七抢答器的设计（158页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、情境八 抢答器设计 子情境一 方案设计 明确任务 1 学习抢答器的设计方法 2 设计抢答器的硬件电路 要求抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛 分别用8个按钮S0 S7表示 显示用一位LED 显示抢答成功的选手的号码 还要设计一个发光二极管电路 来显示主持人的状态 即按下抢答器开始按钮 二极管点亮 按下停止按钮时 二极管熄灭 3 初步分析方案的优越性 4 深入理解抢答器的设计原理 子情景一 方案设计 资讯基础知识 1抢答器设计的意义 抢答器 顾名思义就是用于比赛时 看哪位选手反应时间短 反应速度快 思维运转快的新型电子产品 随着社会科技技术的不断发展 它的应用场合也随之增加 技术含量大大提升
2、可靠性更高 目前 形式多样 功能完备的抢答器已广泛应用于电视台 商业机构 学校及企事业单位 它为各种竞赛增添了刺激性 娱乐性 子情景一 方案设计 抢答器的电路涉及到组合逻辑电路 触发器电路 译码显示电路还有计时电路 设计抢答器电路对学生来说是个很好的锻炼机会 既学习了相应的数字线路知识点 又通过实物制作 把学到的知识和实际问题联系起来 应用到实际生活中 增强学生的社会责任感 子情景一 方案设计 2方案设计方案一 用CD4511 CD4068各一个 电阻 开关 三级管和二级管若干及七段显示器构成抢答电路 本电路的控制方法是利用开关进行输入编码当按键第一次就接下时 输出由1111110变为所接下的
3、键值的BCD编码经40688输入与门和一个三级管控制后输出CD4511第五脚使其从底电平变为高电平 从而锁住CD4511 实现枪答功能 记数器利用两个CD40110和CD4011组合成30秒的加法记数器 此电路原理简单 制作方便 但显示不为倒计时 观看比较不直接 子情景一 方案设计 方案二 采用CD40175四D触发器 CD4511 CD4081四2输入与门各1个 电阻开关 二级管若干 构成枪答器 本电路工作原理也利用开关与二级管结合做编码用 同时在按钮按下的时候也发出一个脉冲到CD40175的CP输入端 使其输出在CP脉冲下翻转 利用四D触发器的四个 Q反 经CD4081与门后控制CD401
4、75的CP脉冲使其电路锁住封锁按键禁止抢答 倒计时电路采用CD4510与CD4511配合 本电路有两部分组成 子情景一 方案设计 方案三 采用74LS148集成优先编码器 集成RS触发器74LS279 集成译码显示电路74LS47 具体的元器件有一个10K欧姆的排阻 一个180欧姆的排阻 一个七段LED数码关 九个开关 抢答原理是 74LS148把开关的状态编码成三位数的状态 这三位数又分别接RS触发器的端 把对应的Q端置1 再接74LS47译码显示电路 显示开关的编号 方案框图如图1 子情景一 方案设计 具体的电路见图8 1 2 子情景一 方案设计 计划 分小组进行任务讨论 给出解决方案 自
5、己确定是否可行 要求要有自己独创性的思路 避免千篇一律 子情景一 方案设计 决策 分组讨论 写出针对不同市场需要的抢答器的分析报告 对各小组学习分析结果进行综合评价及指导 确定是否合理可行 应如何改进 子情景一 方案设计 参考实施方案 1 通过实践操作了解实际的抢答器的事物 1 观察抢答器的功能 2 观察抢答器的电路组成 子情景一 方案设计 3 分组讨论 子情景一 方案设计 抢答器的设计思路要宽 可以使用微处理器等先进的元器件 4 知识拓展 子情景一 方案设计 评价与作业 评价 1 根据学生报告情况进行分析 从好与不足两方面实事求是的进行评价 2 进行差异评价和鼓励评价 3 进行学习态度和主动
6、学习的意识方面进行评价 多鼓励 4 提醒学生将笔记报告存档管理 以备后用 作业 根据所学知识分析产品的开发取决于哪些因素 子情景一 方案设计 情境八 抢答器设计 子情境二 RS触发器电路设计 一 触发器概述 资讯基础知识 子情境二 RS触发器电路设计 触发器有两个最基本的特性 两个稳定状态 分别是低电平和高电平 可以分别表示二进制数码中的0和1 当有信号输入时 比如RS触发器的S和R端 任何一端电平发生变化时 触发器的两个稳定状态可以相互转换 输入信号消失后 已转换的稳定状态可以长期保存下来 即有记忆功能 因此 触发器常用来存储二进制信息 在现实生活中有着广泛的应用 常见的触发器的框图 如图2
7、 8 1 8 2 1常见触发器框图 子情境二 RS触发器电路设计 2基本RS触发器8 1电路结构由两个与非门组成的基本RS触发器如图8 2 2所示 图8 2 2 a 为逻辑图 分别把两个与非门的输入和输出端交叉耦合组成 图8 2 2 b 为基本RS触发器的逻辑符号 两个输入端的非号表明该输入端低电平有效 在图8 2 2 b 中在输入引脚上加小圆圈来表示 和为输出端 两者在触发器稳定状态下 相位相反 子情境二 RS触发器电路设计 子情境二 RS触发器电路设计 8 2逻辑功能 当 时 Q l 0 称触发器为置位状态 为 1 态 当 时 G1门与G2门的状态与1 相反 Q 0 1 称复位状态或 0
8、态 当 时 两个与非门原工作状态不受影响 触发器输出保持不变 相当于把D端某一时刻的电平信号存储起来了 这就是它具有的记忆功能 当 时 两个与非门输出都为 1 达不到Q与状态反相的逻辑要求 并且当两个输入信号负脉冲同时撤去 回到1 后 触发器状态将不能确定是1还是0 因此 使用时应禁止该情况的发生 子情境二 RS触发器电路设计 表8 2 1基本RS触发器的逻辑功能表 子情境二 RS触发器电路设计 状态转换图 子情境二 RS触发器电路设计 8 2 2电路仿真 子情境二 RS触发器电路设计 8 2 3设计并制作基本RS触发器 参照图8 2 4 设计的电路如图8 8 7 子情境二 RS触发器电路设计
9、 实施要点 1 分组讨论 并形成自己的设计方案 2 各组互相讨论方案的可行性并进行验证 首先对方案进行电路仿真 在连接开发板 3 指示灯的限流电阻 不能太小 也不能太大 主要是电阻一定要起到限流的作用 指示灯的点亮条件是1 8V到8 2V之间 电流在10毫安 由于74LS系列的TTL电路 输出的高电平不小于8 7V 输出的低电平不大于0 5V 所以说限流电阻应该在110欧姆到1000欧姆就可以了 子情境二 RS触发器电路设计 实施要点 4 电路仿真和实物制作是有区别的 仿真主要是逻辑仿真 比如高电平点亮指示灯 低电平熄灭指示灯 而实际电路除了点亮和熄灭之外 还有不同的亮度 当流过电流小时 指示
10、灯的亮度较暗 当流过电流大时 指示灯的亮度较亮 5 对于TTL门电路 闲置的输入端 即电路中没有使用到的输入端 一般不能悬空 主要目的是防止干扰信号从悬空输入端引入到电路中 发生逻辑错误 处理方法是 通过1到10k欧姆的电阻接电源 另外还要注意输出端 不能直接并联使用 子情境二 RS触发器电路设计 实施要点 6 对于CMOS电路 闲置的输入端 即电路中没有使用到的输入端 一般不能悬空 主要目的是防止干扰信号从悬空输入端引入到电路中 发生逻辑错误 处理方法 与门和与非门 闲置的输入端 应该接正电源或者是数字电源的高电平 或门和或非门 闲置的输入端 应该接地或者是数字电源的低电平 相同门电路的输出
11、端和输入端 可以并联使用 这样可以提高电路的驱动能力 7 安装调试要点 焊接时 电烙铁的功率不要太大 一般在小于等于35W 焊接时间要短 保证在3秒左右就可以 并且电烙铁要接地良好 必要时手腕上带上静电环 子情境二 RS触发器电路设计 计划 分小组进行任务讨论 给出解决方案 自己确定是否可行 要求要有自己独创性的思路 避免千篇一律 子情境二 RS触发器电路设计 决策 分组讨论 写出针对性的电路设计与分析报告 对各小组学习分析结果进行综合评价及指导 确定是否合理可行 应如何改进 子情境二 RS触发器电路设计 实施 1 分析功能组成 2 焊接与非门电路 3 焊接开关电路 4 焊接指示灯电路 5 整
12、机调试 分组讨论完成实践报告 子情境二 RS触发器电路设计 作业 1 预习边沿触发器 子情境二 RS触发器电路设计 情境八 抢答器设计 子情境三 同步触发器 明确任务 1 学习同步触发器 包括同步RS触发器 同步D触发器和同步JK触发器 2 了解触发器的典型电路结构 3 掌握各种同步触发器的逻辑特性 4 熟练不同触发器之间的逻辑转换 5 掌握利用与非门实现同步D触发器的电路设计 子情境三 同步触发器 资讯基础知识 8 3 1同步触发触发器概述工作原理 只有在CP端上出现时钟脉冲时 触发器的状态才能发生变化 具有这种时钟控制的触发器称为时钟触发器 又名同步触发器 与基本RS触发器不同 它只是在时
13、钟脉冲的上升沿或者下降沿到来时对输入信号有感觉 及输入信号的变化改变输出信号 即在脉冲的沿到来时 电路状态才可以发生变化 其他时间电路的状态不会发生变化 这种特性 提高了触发器电路的抗干扰能力和电路的可靠性 子情境三 同步触发器 1 电路结构同步触发器是在基本RS触发器的基础上增加了两个由时钟脉冲CP控制的门G3 G4组成的 如图8 3 1所示 图8 3 2为其逻辑符号 图中CP为时钟脉冲输入端 简单称为钟控端或CP端 R和S为信号输入端 8 3 2同步RS触发器 子情境三 同步触发器 图8 3 1同步触发器电路图8 3 2同步触发器逻辑符号 子情境三 同步触发器 2 逻辑功能当CP 0时 G
14、3和G4双输入与非门输出为1 相当于R S端子的信号不能输入到基本RS触发器中 信号被CP封锁 即根据基本RS触发器的基本性质 触发器的状态保持不变 即 当CP 1时 G3和G4双输入与非门输出为0 相当于R S端子的信号能输入到基本RS触发器中 信号被CP解锁 其输出状态仍由R S端子的信号和电路的原有状态 电路的逻辑见表2 3 1 子情境三 同步触发器 表8 3 1同步触发器功能表 子情境三 同步触发器 3 驱动表根据触发器的现态和次态的取值来确定输入信号取值的关系表 称为触发器的驱动表 也叫激励表 由表2 3 1可以列出表所示同步RS触发器的驱动表 表中的 号表示为任意值 可以为0 也可
15、以为1 驱动表对时序逻辑电路的分析和设计是很有用的 子情境三 同步触发器 4 特性方程触发器次态与R S及现态之间关系的逻辑表达式称为触发器的特性方程 根据表8 3 2可画出同步RS触发器次态的卡诺图 如图8 3 3所示 子情境三 同步触发器 5 状态转换图触发器的逻辑功能还可用状态转换图来描述 它表示触发器从一个状态变化到另一个状态或保持状态不变时 对输入信号R S端子提出的要求 图8 3 4所示状态转换图是根据表画出来的 图中的两个圆圈分别表示触发器的两个稳态 箭头表示在输入时钟信号CP作用下状态转换的情况 箭头线旁标注的R S值表示触发器状态转换的条件 例要求触发器由0状态转换到1状态时
16、 由图8 3 3可知 应取输入信号R 0 S 1 子情境三 同步触发器 图8 3 3同步RS触发器的状态转换图 子情境三 同步触发器 8 3 5同步JK触发器1 电路结构为了克服同RS触发器在R S 1时出现不定状态的另一种方法是将触发器输出端和的状态反馈到输入端 这样 G3和G4的输出不会同时出现0 从而避免了不定状态的出现 电路如图8 3 8 a 所示 图8 3 8 b 为其逻辑符号 J和K为信号输入端 子情境三 同步触发器 2 逻辑功能 子情境三 同步触发器 表8 3 7同步JK触发器的驱动表 子情境三 同步触发器 3 特性方程 图8 3 9同步JK触发器的卡诺图 子情境三 同步触发器 4 状态转换图 图8 3 7同步JK触发器的状态转换图 子情境三 同步触发器 8 3 4同步D触发器1 电路结构为了避免同步RS触发器同时出现R和S都为1的情况 可以在R和S之间介入非门G5 如图2 3 4所示 这种单输入的触发器称为D触发器 图所示为D触发器的逻辑符号 D为信号输入端 子情境三 同步触发器 2 逻辑功能 子情境三 同步触发器 同步D触发器驱动表 子情境三 同步触发器 3 特性方程
