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1、广东工业大学华立学院本科毕业设计（论文）多人抢答器电路（时序电路）设计与制作论文题目系部机械电气学部专业电子信息工程班级 05本自动化 2 班学号 1050581 学生姓名钟志贺指导教师王继任名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 27 页 - - - - - - - - - 摘要数字电路产品在生活中有着极其广泛的应用，包括计算机、 数字通信、 智能仪器仪表、自动控制及航天等领域中。 这些给人们带来了生活， 工作等方面带来了极大的方便。 数字电路的发展， 使得这门
2、课程对于我们来说是很有必要学好。数字电路设备实现简单， 速度和可靠性好。 在这次的数字电路制作中， 本人制作八路智能抢答器。 抢答器在比赛等场合中不可缺少的设备。本文就是从数字电路芯片的功能简介开始，利用功能不同的数字电路芯片的组合来实现多路抢答器的功能。首先简要的介绍了数字电路的发展和演变。然后介绍几个主要集成芯片的管脚功能和用法。 最后介绍多路抢答器的原理和设计过程。总结与改进部分， 讲一些电路在实际设计调试中的不足，并加以改进；SCH 图和 PCB 图均在附录中。关键词：置位；复位；抢答；计时名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - -
3、 - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 27 页 - - - - - - - - - AbstractThe figure vies for the answering device by the subject circuit and expands the circuit to make up . Have priority in code circuit , latch , decipher circuit and export the input signal of the entrant team on the display; Starting
4、the warning circuit with the control circuit and hosts switch, two the above-mentionedparts make up the subject circuit. Through timing circuit and decipher secondsignal function while outputs and realizes counting on the displaying that pulse produce circuit, form and expand the circuit. Through co
5、nnect up , weld , debug figure vie for answering device take shape after the work.Key word：Vie for answering the circuit Timing circuit Warning circuit Time sequence controlling 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 27 页 - - - - - - - - - 目录1 绪论1.1 题目背
6、景和应用1.2 国内研究发展情况1.3 论文构成及研究内容2抢答器基本元件特性和功能2.1 电阻的概念2.2 二极管的导电特性和结构2.3 基本 RS 触发2.3.1 基本 RS概念2.3.2 触发器特点2.3.3 触发器的基本分类2.3.4 触发器复位端和置位端的功能及使用方法2.3.5 基本 RS触发器的电路结构和功能2.4 D 触发器的特性2.4.1 D 触发器电路结构2.4.2 D 触发器真值表2.4.3 D 触发器状态转移图2.5 T 触发器的特性2.5.1 T 触发器电路结构2.5.2 T 触发器真值表2.5.3 T 触发器逻辑功能3 几种芯片的基本特征3.1 TTL7405 特性
7、3.1.1 TTL7405 基本概念3.1.2 TTL7405 逻辑图和引脚图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 27 页 - - - - - - - - - 3.1.3 TTL7405 真值表3.1.4 TTL7405 绝对最大额定值和适用环境条件3.2 TTL7430 特性3.2.1 TTL7430 基本概念3.2.2 TTL 7430 逻辑图和引脚图3.2.3 TTL7430 真值表3.2.4 TTL7430 绝对最大额定值和适用环境条件3.3 TTL7
8、4175 特性3.3.1 TT74175 基本概念3.3.2 TTL74175 逻辑图和引脚图3.3.3 TTL74175 真值表3.3.4 TTL74175 绝对最大额定值和适用环境条件4 抢答器设计原理和电路图4.1 输入电路部分4.1.1 4.1.2 输入电路工作原理4.2 信号处理部分4.2.1 信号处理原理图4.2.2 信号处理工作原理4.3 显示电路部分4.3.1 显示电路原理图4.3.2 显示电路工作原理4.4 总电路图5 时序电路的抢答器和组合电路的抢答器方案比较5.1 简易抢答器设计方案与电路说明5.1.1 逻辑要求5.1.2 电路组成5.1.3 步骤与要求5.1.4 总结与
9、分析5.2 由触发器构成改进型抢答器5.2.1 步骤与要求名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 27 页 - - - - - - - - - 5.2.2 总结与分析6 电路制作与调试6.1 布线原则6.2 故障检测6.3 连接线路6.4 操作与调试结论参考文献致谢名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 27 页 - - - - -
10、- - - - 绪言目前数字电子技术已经广泛的应用于计算机、自动控制、电子测量仪表、电视、雷达、通信等各个领域。随着集成技术的发展，尤其是中、大规模和超大规模集成电路的发展，数字电子技术的应用范围将会更广泛地渗透倒国民经济地各个部门，并将产生越来越深刻地影响。因此，数字电子技术是电类及计算机类各专业地主要计算基础课之一，也是现代电子工程技术人员所必备地专业基础知识。采用电子设计自动化的设计方式，电子设计自动化是现代数字系统设计的基本手段，不会使用电子设计自动化就无法适应信息社会对设计人员的要求。但是，对于初学者来说，学习使用经典的基础的设计方法与手段，了解一些常用数字集成电路的基本功能，设计较
11、小规模的数字系统，仍然是一条重要的必经之路。该选题可以培养我们的创新能力的动手能力，工程实践能力。 对于我们了解电路设计和原理有较大的作用。该电路是设计是为智力竞赛抢答所设计，具有反应迅速，精确无误，操作简单等特点。对各个电器元件都达到合理和正确的使用。思路通过我们集体讨论和详细查阅资料。在辅导老师的帮助下，分析的挑选，作出了比较清晰，适用，具有实际意义的电路设计图。在检查电路时，有对电路进行了更加严格和仔细的改进，明确的对各个元件的功能和使用范围进行核对，基本上完善了设计电路，使之具有可执行性和可操作性。1 所需元件：1.1. 电阻 51014 只， 7 个 LED 数码显示管，2 个 74
12、175 集成电路芯片，1 个 7430 集成电路芯片， 1 个 7405 集成电力芯片，7 个电位开关， 1 个 5V 电源， 7 个 D 触发器。2 元件的基本功能与引脚2.1 电阻 R：导体虽然容易导电，但都对电流有阻碍作用。在相同的电压作用下，通过不同导体的电流大小不同，表示不同导体对电流的阻碍作用不同。电阻就是为了描述导体对电流阻碍作用大小而引入的物理量。2.2 二极管： 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
13、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
14、1.24 m?;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、单色性名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 27 页 - - -
15、 - - - - - - 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。- 由于不同材料的禁带宽度不同，所以由不同材料制成的发光二极管可发出不同波长的光。另外，有些材料由于组分和掺杂不同，例如，有的具有很复杂的能带结构，相应的还有间接跃迁辐射等，因此有各种各样的发光二极管。2.3基本 RS 触发1触发器的基本概念触发器是由门电路构成的时序逻辑单元，它有一个或多个输入端，两个互补输出端，分别用 Q 和Q表示。其中 Q 的状态代表了触发器的状态，当 Q=0 时，表示触发器处于0 状态；当 Q=1 时，表示触发器处于1 状态。在一定的外界信号作用下，可以从一个稳定状态翻转
16、到另一个稳定状态，它是一个具有记忆功能的二进制信息存贮器件，是构成各种时序电路的最基本逻辑单元。2触发器的特点与门电路相比，具有两个稳定的状态0 和 1，在触发信号作用下，两个状态之间可以相互转换，若没有触发信号作用，触发器将保持原有的状态不变，所以说触发器具有“记忆”功能，这是门电路所没有的。3触发器的分类触发器按功能分有基本RS 触发器、 D 触发器、 JK 触发器、 T 触发器，触发器按触发方式分有基本触发器、电平触发器、主从触发器、边沿触发器。电平触发器是指触发器的状态变化不仅由触发信号控制，同时受时钟信号控制。在时钟信号高电平或低电平期间，触发器的状态才由触发信号控制。主从触发器是指
17、触发器在时钟信号高电平期间接收控制信号，下降沿时刻状态发生变化。边沿触发器是指触发器只在时钟信号上升沿或下降沿时刻接收控制信号并同时状态发生变化。边沿触发器的抗干扰性能最好。4触发器复位端和置位端的功能及使用方法名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 27 页 - - - - - - - - - 一般触发器和计数器都有复位端和置位端，分别用RD和 SD（或DR和DS）表示。若复位和置位信号为低电平有效，当需要直接复位（置0）时，就在DR端加低电平；当需要直接置位（
18、置1）时，就在DS端加低电平。若复位和置位信号为高电平有效，当需要直接复位或置位时，只要在相应复位端RD或置位端 SD加高电平信号即可。复位和置位方式又分为同步方式和异步方式。所谓同步方式，是指复位或置位信号必须与时钟信号配合才能实现相应功能。所谓异步方式，是指只要有复位或置位信号，无须时钟信号配合，就能实现相应功能。正常工作时，应使复位端和置位端处于无效状态。2.3.1 基本 RS 触发器的电路结构由两个与非门的输入和输出交叉耦合组成的基本RS 触发器如图 1.1(a)所示，图(b)为其逻辑符号。DR和DS为信号输入端， 它们上面的非号表示低电平有效， 在逻辑符号中用小圆圈表示 . Q和Q为
19、输出端，在触发器处于稳定状态时，它们的输出状态相反。2.3.2 逻辑功能下面根据与非门的逻辑功能讨论基本RS 触发器的工作原理。(1)当DR=0、DS=1 时，触发器置 0。因DR=0，G2输出Q=1，这时 G1输入都为高电平 1，输出 Q=0，触发器被置 0。使触发器处于 0 状态的输入端 /RD 称为置0 端，也称复位端，低电平有效。(2)当DR=1、DS=0 时，触发器置 1。因DS=0，G1输出 Q=1，这时 G2输入都为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页
20、，共 27 页 - - - - - - - - - 高电平 1，输出Q=0，触发器被置 1。使触发器处于 1 状态的输入端DS称为置 1端，也称为置位端，也是低电平有效。(3)当DR=1、DS=1 时，触发器保持原状态不变。如触发器处于Q=0、/Q=1 的 0状态时，则 Q=0 反馈到 G2的输入端， G2因输入有低电平 0，输出Q=1；Q=1 又反馈到 G1的输入端， G1输入都为高电平1，输出 Q=0。电路保持 0 状态不变。如触发器原处于 Q=1、Q=0的 1 状态时，则电路同样能保持1 状态不变。(4)当DR=DS=0 时，触发器状态不定。这时触发器输出Q=Q=1，这既不是 1 状态，
21、也不是 0 状态。而在DR和DS同时由 0 变为 1 时，由于 G1 和 G2电气性能上的差异，其输出状态无法预知，可能是0 状态，也可能是 1 状态。在实际上，这种情况是不允许的。1.3 特性表下面介绍两个名词。现态：是指触发器输入信号（DR、DS端）变化前的状态，用 Qn表示；次态：是指触发器输入信号变化后的状态，用Qn+1表示。触发器次态 Qn+1输入信号和电路原有状态（现态）之间关系的真值表称作特性表。因此，上述基本RS 触发器的逻辑功能可用下表所示的特性来表示。2.4D 触发器： D 出发器是由最基本的RS 触发器构成的。1电路结构D 触发器可由JK 触发器转换而成，如图2-3-4
22、(a)所示，只要在JK 触发器的K 端接一个非门，再接到J 端，引出一个控制端D，即可组成D 触发器。图2-3-4 (b)为 D 触发器的逻名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 27 页 - - - - - - - - - 辑符号。R 1k S C1 1J QQ1 R 1D S C1 QQD(a) 逻辑连接图(b) 逻辑符号图 2-3-4用 JK 触发器转换成D 触发器2真值表D 触发器实际上是JK 触发器中 JK 条件下的特殊电路。 当 D=0 时 Qn+1
23、=0 （相当于 J=0，K=1 时的情况），当 D=1 时 Qn+1=1（相当于 J=1，K=0 时的情况）。由此得到D 触发器的真值表。3.D 触发器的特性方程是Q=D；图中 D=Q/（应该是Q 的反），所以 Q=D=Q/ ，从这个状态方程中可以看出每来一个时钟脉冲触发器的状态就翻转一次。所以该电路是实现翻转功能的。2.4.1 特征方程Qn+1=D2.4.2状态转移图2.4.3D 触发器的真值表T 时钟触发器1电路结构名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 2
24、7 页 - - - - - - - - - 与 D 触发器相似， T 触发器也可由JK 触发器转换而成，如图2-3-5 (a)所示，只要将JK触发器的 J 端和 K 端，直接连接在一起， 引出一个控制端T，即可组成 T 触发器。图 2-3-5 (b)为 T 触发器的逻辑符号。R 1T S C1 QQR 1k S C1 1J QQD(a) 逻辑连接图(b) 逻辑符号图 2-3-5用 JK 触发器转换成T 触发器2真值表T触发器实际上是JK 触发器中 J=K 条件下的特殊电路。 当 T=0 时 Qn+1=Qn（相当于 J=K=0时的情况），当 T=1 时nnQQ1（相当于 J=K=1 时的情况）。
25、由此得到T 触发器的真值表2-3-4。表 2-3-4T 触发器真值表D 1nQ0 Qn1 nQ3逻辑功能根据真值表2-3-4 可知， T 触发器具有“保持”和“翻转”的逻辑功能。因此T 触发器又称为可控计数型触发器。2.5 集成芯片7405 的功能和引脚 :7405 是六角变频器开放集电极输出芯片,它的一般特性是, 该器件包含6 个独立的盖茨每个执行逻辑反转功能。开放集电极输出需要外部上拉电阻器进行适当的逻辑运算。并且它的一般方程: 注 : N1 (IOH)= 总最大输出电流为所有产出挂钩拉电阻N2 (IIH) = 总最大输入电流的所有投入与拉电阻N3 (IIL) = 总最大输入低电流的所有投
26、入与拉电阻2.5.1 TTL7405 的逻辑图和引脚图2.5.2 TTL7405 的真值表 : 输入输出A Y 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 27 页 - - - - - - - - - 1 0 0 1 2.5.3 绝对最大额定值供给电压 =7V 输出电压 =7V 储存温度范围-65 C to +150 C 输入电压 =5.5V 自由空气温度范围0 C to +70 C 2.5.4 适用环境条件 : 符号参数最小值中间值最大值单位VCC 电源电压4.7
27、5 5 5.25 V VIH 最 大 输 入 电压2 V VIL 最 小 输 入 电压0.8 V VOH 最 大 输 出 电压5.5 V IOL 最 小 输 出 电流16 MA TA 自 由 空 气 温度范围0 70 C :电气特性符号参数条件最小值Typ 最大值单位VI 输 入 钳 位电压VCC=Min, II= -12 mA -1.5 V ICEX 高 输 出 电流VCC=Min, IOL = MaxVIL= Max 250 UA VOL 低 输 出 电压VCC= Min, IOL = Max VIH = Min 0.2 0.4 V II 输 入 电 流和 最 大 输入电压VCC = Ma
28、x, VI = 5.5V 1 MA IIH 高 输 入 电流VCC = Max, VI = 2.4V 40 UA IIL 低 输 入 电流VCC = Max, VI = 0.4V -1.6 MA ICCH 电 源 电 流与高输出VCC = Max 6 12 MA ICCL 电 源 电 流VCC = Max 18 33 MA 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 27 页 - - - - - - - - - 与低输出2.6 集成芯片 7430 的功能和引脚 :7
29、430 是8 输入端与非门，它的一般特性是：该器件包含一个门的执行逻辑的NAND 功能。2.6.1 TTL7430 的逻辑图和引脚图2.6.2 TTL7430 的真值表输入输出ABCDEFGH Y 全都是 1 0 有一个或多个0 1 2.6.3 绝对最大额定值：供给电压 =7V 储存温度范围 -65 C to +150 C 输入电压 =5.5V 自由空气温度范围DM54 和 54： -55 C to +125 C DM74 : 0 C to +70C 2.6.4 适用环境条件符号参数DM5430 DM7430 单位最小中间最大最小中间最大VCC 电源电压4.5 5 5.5 475 5 5.25
30、 V VIH 高输入电压2 2 V VIL 低输入电压0.8 0.8 V VOH 高输出电流-0.4 -0.4 mA IOL 低输出电流16 16 mA TA 自 由 空 气 温 度范围-55 125 0 70 C2.6.4 电气特性 : 符号参数条件最小TYP 最大单位VI 输 入 钳 位电压VCC=Min, II= -12 mA-1.5 V VOH 高 输 出 电压VCC=Min, IOH = MaxVIL= Max2.4 3.4 V VOL 低 输 出 电压VCC=Min IOL = Max VIL= Min0.2 0.4 V 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -
31、 - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 27 页 - - - - - - - - - II 输 入 电 流和 最 大 输入电压VCC=MAX VI = 5.5V1 MA IIH 高 输 入 电压VCC=Max, VI= 2.4V 40 UA IIL 低 输 入 电压VC = Max, VI = 0.4V-1.6 MA IOS 短 路 输 出电流VCC =MAXDM54 -20 -18 -55 -55 MA DM74 ICCH 高 输 出 电压电流VCC=Max,1 2 MA ICCL 低 输 出 电压电流VCC=Max,
32、3 6 MA 2.7 集成电路 TTL74175 的逻辑和引脚：2.7.1 TTL7417L5 的逻辑图和引脚图: 74LS175的内部框图2.7.2TTL74175 的真值表 : 2.7.3绝对最大额定值: 供给电压 =7V 储存温度范围 -65 C to +150 C 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 27 页 - - - - - - - - - 输入电压 =5.5V 自由空气温度范围DM54 和 54： -55 C to +125 C DM74 :
33、0 C to +70C 2.7.4适用环境条件符号参数DM54174 DM74174 单位最小中间最大最小中间最大VCC 电源电压4.5 5 5.5 4.75 5 5.25 V VIH 最大输入电压2 2 V VIL 最小输入电压0.8 0.8 V VOH 最大输出电压-0.8 -0.8 MA IOL 最小输出电流16 16 MA F 时钟频率0 30 0 30 MHZ TW 脉 冲 宽度低时钟25 25 NS 高时钟10 10 NS 清20 20 NS TSU 建立数据时间20 20 NS TH 保持时间0 0 NS TREL 明确释放时间30 30 NS TA 自由空气温度范围-55 12
34、5 0 70 C3设计任务与要求3.1 设计一个智能竞赛抢答器，可同时供7 个选手或7 个代表队参加比赛，他们的编号分别是 1、2、3、4、 5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是、S1、 S2、S3、S4、S5、S6、S7。3.2 给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始 , 主持人按下复位按钮S0 使各触发器RD=0 执行复位，即Q0Q6 均为 0，而各触发器的反相端均为1，并加在8 输入与门7430 芯片的输入端，使外部的时钟脉冲能通过该与门加在各触发器的时钟端，但由于S1 S7均断开，使D1D7 均为 0，故使所有触
35、发器保持在 0 态3.3 抢答开始后，若有选手按动抢答开关按钮，编号立即锁存，同时扬声器给出音响提示。某个开关，如S1 先按下，输入D1=1，使 Q1=1，发出抢答信号，同时LED1 亮（模拟实际电路中的彩灯或电铃发声的控制开关）；此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。此时FF1 的反相端为0，将与门封锁，时钟脉冲不能再加入各触发器的时钟端，同时Q1 保持在 1 态，其他人的抢答将失效，实现了抢答功能；4 电路组成框图4.1 输入电路（按钮开关输入控制信号）4.1.1 原理图：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - -
36、- - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 27 页 - - - - - - - - - 4.1.2 控制原理 : 抢答前因 S1 S7均断开 , 他们的编号分别是S1、S2、S3、S4、S5、S6 、S7，各用一个抢答按钮,在通电之前 ,输入端均为0,触发器都不能工作,还没处于抢答的状态,电源电压为5V, 该电路由多路开关所组成，每一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。电路中，17为上拉和限流电阻。 当任一开关按下时，相应的输出为低电平，否则为高电平 , 此输入控制简单
37、, 方便 .但不能锁存 . 4.2 信号处理4.2.1 原理图 : 信号处理4.2.2 工作原理：给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始, 主持人按下复位按钮S0 使各触发器RD=0 执行复位，即Q0Q6 均为0，而各触发器的反相端均为1，并加在 8 输入与门 7430 芯片的输入端，使外部的时钟脉冲能通过该与门加在各触发器的时钟端，但由于S1 S7 均断开，使D1D7 均为 0，故使所有触发器保持在0 态，当其中一个开关按钮接通时，例如D1 接通，输入D1=1，使 Q1=1，而Q1 的另一个 =0，经过 8 输入与门7430 芯片的输入端，输出端变
38、为高电平1，又经 7405 芯片的输入端输入，经过处理后，输出端又变为低电平0，使得其他时钟脉冲都处于低电平，使得其他抢答器都是不能够工作，处于封锁状态， 起到了抢答的作用。回路中的电阻起到限流的作用，保护了每个触发器因电流过大而烧了触发器。4.3 显示电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 27 页 - - - - - - - - - 4.3.1 显示电路原理图4.3.2 工作原理： 某个开关， 如 S1 先按下， 输入 D1=1，使 Q1=1，发出抢答信
39、号， 同时 LED1亮（模拟实际电路中的彩灯或电铃发声的控制开关），起到了显示的功能，让其他人和主持人都清楚知道是哪个先抢到，并且同时其他抢答器都已经处于封锁的状态，都不能工作， 其他 LED 显示灯都不能，避免了有两个灯同时亮的情况出现。而七段数码显示管是显示译码器主要由译码器和驱动器两部分组成，通常这两者都集成在一块芯片中。显示译码器的输入一般为二 十进制代码，其输出的信号用以去驱动显示器件，显示出十进制数字来，由七段发光二极管组成的数码显示器的外形，利用字段的不同组合可分别显示出09十个数字。与它对比起来，优点是显示方便，制作简单。缺点是，所需二极管和电阻比较多。5 时序电路组成的抢答器
40、总原理图：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 27 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 27 页 - - - - - - - - - 7 时序电路的抢答器和组合电路的抢答器方案比较：简易抢答器设计方案的电路与说明（1）逻辑要求：用基本门电路构成简易型四人抢答器。A、B、C、D 为抢答
41、操作开关。任何一个人先将某一开关按下且保持闭合状态，则与其对应的发光二极管（指示灯） 被点亮，表示此人抢答成功；而紧随其后的其他开关再被按下，与其对应的发光二极管则不亮。（2） 电路组成： 电路如图 2.1 所示，电路中标出的74LS20 为双四输入端与非门，74LS05为六非门。简易抢答器设计与制作：方案一简易抢答器方案一方案二简易抢答器方案二 步骤与要求（1）检测 IC 用数字集成电路测试仪测试IC 的好坏。如果IC 上的字迹模糊，型号显示不清楚，通过自动扫描检测的方式可以检测其型号。（2）连接线路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - -
42、 - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 27 页 - - - - - - - - - 熟悉电路板。电路可以连接在自制的PCB（印刷电路板）上，也可以焊接在万能板上，或通过“面包板”插接。无论采用哪种电路板，在连接电路之前，都必须首先对电路板的结构、特点有足够的认识。尤其是第一次使用“面包板“的读者，必须事先掌握它的使用方法。 熟悉器件。 如果将 IC 芯片正面朝上， 开口朝前， 则 IC 引脚编号按逆时针方向排列，左前方第1 个引脚的编号为1。数字电路中IC 的电源往往不在电路中标出，一般情况下，左下方最后一个引脚为电源“”，编号最大的引脚（右前方第一
43、个引脚）为电源“”。在使用中，必须正确识别IC 的引脚。 按正确方法插好IC 芯片，参照图2.1 连接线路。 通电前要认真检查线路。注意：IC 芯片电源的正、负端连接是否正确；电源连线是否反接；电路板各管脚或焊点之间是否短路。待检查无误后方可通电。（3）操作与调试 通电后，分别按下A、 B、C、D 各键，观察对应指示灯是否点亮。 当其中某一指示灯点亮时，再按其他键，观察其他指示灯的变化。 在进行、操作步骤时，分别测试IC 芯片输入、输出管脚的电平变化，并完成表2.1 所示内容。表中，A、B、C、D 表示按键开关， “”表示开关动作无效；L1、L2、L3、L4表示 4 个指示灯。按键闭合或指示灯
44、亮用“1”表示，开关断开或指示灯灭用“0”表示。D C B A L4L3L2L1总结与分析（1）方案中采用了两种不同信号的数字集成电路，其中，74LS20 可以实现4 个输入信号与非的逻辑关系，称为四输入与非门。由于内部包含两个完全相同的电路，故称为双四输入与非门。 74LS05 可以实现非逻辑关系，称为非门，也称为反相器。其内部包含6 个非门，故称为六非门。集成逻辑门电路具有结构简单、体积小、重量轻、容易实现等特点。（2）电路中对逻辑事件的是与否用电路的电平高低来表示。表示逻辑事件的这种电信号只有高、低电平两种状态，故称为开关信号。为简单起见，用“1”和“ 0”两个符号表示高、低电平。如用“
45、1”表示高电平， “0”表示低电平则称为正逻辑电路，反之称为负逻辑电路。在数字电路中，如采用实训中使用的称为TTL 的集成器件，高电平一般在4.35V之间，低电平在00.7V 之间。（3）当输入 /输出开关信号的频率很低时，我们可以用万用表或逻辑笔来测量电路中的逻辑关系，分析电路。若输入/输出开关信号频率较高，可用示波器或逻辑分析仪测试并记录信号的波形，再根据波形图分析某一信号的变化规律及在任一时刻各信号间的逻辑关系。本实训电路中的输入信号为手动开关信号，频率很低， 所以我们用逻辑笔或万用来测试输入与输出信号之间的逻辑关系，并可用表2.1 直观地表示出来。（4）有了上面的基本知识，我们可以分析
46、电路的工作过程。初始状态 （无开关按下） a、b、c、d 端均为低电平，各与非门的输出端为高电平，反相器的输出则都为低电平（小于0.7V ） ，因此全部发光二极管不亮。当某一开关被按下后（如开关A 被按下），则与其连接的与非门的输入端变为高电平，这样该与非门的所有输入端均为高电平，根据与非关系，输出端则为低电平，反相器输出为高电平，从而点亮发光二极管。由于该与非门输出端与名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 27 页 - - - - - - - - - 其他
47、3 个与非门的输入端相连，它输出的低电平维持其他3 个与非门输出高电平。因此其他发光二极管都不亮由触发器构成的改进型抢答器电路如图所示。与简单抢答器比较，改进型抢答器电路减少了一个输入端，而在每一个输入端增加了两个与非门（图中的G4门 G9门） ，该电路作为抢答信号的接收、保持和输出的基本电路。S为手动清零控制开关，S1S3为抢答按钮开关。该电路具有如下功能：（1）开关 S作为总清零及允许抢答控制开关（可由主持人控制） ，当开关 S 被按下时抢答电路清零，松开后则允许抢答。输入抢答信号由抢答按钮开关S1S3实现。（2）若有抢答信号输入（开关S1S3中的任何一个开关被按下）时，与之对应的指示灯被
48、点亮。此时再按其他任何一个抢答开关均无效，指示灯仍“保持”第一个开关按下时所对应的状态不变。电路中， 6 个二输入与非门采用两个74LS00，3 个三输入与非门采用两个74LS20 内容与步骤(1)检测与查阅器件用数字集成电路测试仪检测所用的集成电路。通过查阅集成电路手册，标出图 5.1 中各集成电路输入、输出端的引脚编号。(2)连接电路按图 5.1 连接电路。先在实训电路板上插接好IC 器件。在插接器件时，要注意IC 芯片的豁口方向（都朝左侧），同时要保证IC 管脚与插座接触良好，管脚不能弯曲或折断。指示灯的正、负极不能接反。在通电前先用万用表检查各IC 的电源接线是否正确。(3)电路调试首
49、先按抢答器功能进行操作，若电路满足要求，说明电路没有故障。若某些功能不能实现，就要设法查找并排除故障。排除故障可按信息流程的正向（由输入到输出）查找，也名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 27 页 - - - - - - - - - 可按信息流程逆向（由输出到输入）查找。例如，当有抢答信号输入时，观察对应指示灯是否点亮，若不亮，可用万用表（逻辑笔）分别测量相关与非门输入、输出端电平状态是否正确，由此检查线路的连接及芯片的好坏。若抢答开关按下时指示灯亮，松开时
50、又灭掉，说明电路不能保持，此时应检查与非门相互连接是否正确，直至排除全部故障为止。(4)电路功能试验 按下清零开关S 后，所有指示灯灭。 按下 S1S3中的任何一个开关（如S1） ，与之对应的指示灯（D1）应被点亮，此时再按其他开关均无效。 按总清零开关S，所有指示灯应全部熄灭。 重复和步骤，依次检查各指示灯是否被点亮。(5)电路分析分析图实训电路，完成表各项内容，表中 1 表示高电平、开关闭合或指示灯亮；0 表示低电平、开关断开或指示灯灭。如果不能正确分析，可以通过试验检测来完成。SS3S2S1Q3Q2Q1L3L2L10001 0010 0100 0000 1001 1010 1100 10
51、00 结论与分析（1）在实训4 中，由于电路本身没有保持功能，所以抢答开关必须用手按住不动，指示灯才会点亮，若手松开指示灯就熄灭。这种操作方式十分不便。在本实训中，通过在输入端接入两个首尾交叉连接的双输入与非门，解决了这一问题。实验证明，该电路能将输入抢答信号状态“保持”在其输出端不变。比如抢答开关S1按下时，与其连接的与非门G5的输出端 Q1变为高电平，使与非门G1输出低电平，指示灯D1点亮；当开关S1松开后，与非门 G5的输出状态仍保持高电平不变，指示灯D1仍保持点亮状态。（2）在图 5.1 中，将与非门 G4、G5连接构成的电路既有接收功能同时又具有保持功能。在电路中可将与非门G4、G5
52、连接构成的电路看成一个专门电路，该电路能接收输入信号并按某种逻辑关系改变输出端状态。在一定条件下，该状态不会发生改变，即“保持”不变。（3）这类具有接收、保持记忆和输出功能的电路简称为“触发器”。触发器有多种不同的功能和不同的电路形式。掌握触发器的电路原理、功能与电路特点是本章学习的主要内容。目前，各种触发器大多通过集成电路来实现。对这类集成电路的内部情况我们不必十分关心，因为我们学习数字电子技术基础课程的目的不是设计集成电路的内部电路。学习时，我们只需将集成电路触发器视为一个整体，掌握它所具有的功能、特点等外部特性，使我们能合理选择并正确使用各种集成电路触发器。6 电路制作与调试：（1）布线
53、原则名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 27 页 - - - - - - - - - 首先，应便于检查、排除故障和更换器件。在数字电路制作过程中，有错误布线引起的故障，常占很大比例。 布线错误不仅会引起电路故障， 严重时甚至会损坏器件，因此，注意布线的合理性和科学性是十分必要的，正确的布线原则大致有以下几点：1.接插集成电路芯片时，先校准两排引脚，使之与实验底板上的插孔对应，轻轻用力将芯片插上， 然后在确定引脚与插孔完全吻合后，再稍用力将其插紧，以免集成电路
54、的引脚弯曲，折断或者接触不良。2.不允许将集成电路芯片方向插反，一般IC 的方向是缺口（或标记）朝左，引脚序号从左下方的第一个引脚开始，按逆时钟方向依次递增至左上方的第一个引脚。3.导线应粗细适当，一般选取直径为0.60.8mm 的单股导线，最好采用各种色线以区别不同用途，如电源线用红色，地线用黑色。4.布线应有秩序地进行，随意乱接容易造成漏接错接，较好的方法是接好固定电平点，如电源线、地线、门电路闲置输入端、触发器异步置位复位端等，其次，在按信号源的顺序从输入到输出依次布线。5.连线应避免过长，避免从集成器件上方跨接，避免过多的重叠交错，以利于布线、更换元器件以及故障检查和排除。6.当电路的
55、规模较大时，应注意集成元器件的合理布局，以便得到最佳布线，布线时，顺便对单个集成器件进行功能测试。这是一种良好的习惯，实际上这样做不会增加布线工作量。7.应当指出，布线和调试工作是不能截然分开的，往往需要交替进行，对大型电路元器件很多的，可将总电路按其功能划分为若干相对独立的部分，逐个布线、调试（分调），然后将各部分连接起来（联调）。（2）故障检查电路不能完成预定的逻辑功能时，就称电路有故障， 产生故障的原因大致可以归纳以下四个方面：1.操作不当（如布线错误等）2.设计不当（如电路出现险象等）3.元器件使用不当或功能不正常4.仪器（主要指数字电路实验箱）和集成器件本身出现故障。因此，上述四点应
56、作为检查故障的主要线索，以下介绍几种常见的故障检查方法：1) 查线法由于大部分故障都是由于布线错误引起的，因此， 在故障发生时， 复查电路连线为排除故障的有效方法。应着重注意：有无漏线、错线，导线与插孔接触是否可靠，集成电路是否插牢、集成电路是否插反等。2) 观察法用万用表直接测量各集成块的Vcc端是否加上电源电压；输入信号、时钟脉冲等是否加到实验电路上， 观察输出端有无反应。重复测试观察故障现象，然后对某一故障状态，用万用表测试各输入/输出端的直流电平，从而判断出是否是插座板、集成块引脚连接线等原因造成的故障。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - -
57、- - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 27 页 - - - - - - - - - 3) 信号注入法在电路的每一级输入端加上特定信号，观察该级输出响应，从而确定该级是否有故障，必要时可以切断周围连线，避免相互影响。4)信号寻迹法在电路的输入端加上特定信号，按照信号流向逐级检查是否有响应和是否正确，必要时可多次输入不同信号。5) 替换法对于多输入端器件，如有多余端则可调换另一输入端试用。必要时可更换器件，以检查器件功能不正常所引起的故障。6) 动态逐线跟踪检查法对于时序电路，可输入时钟信号按信号流向依次检查各级波形，直到找出故障点为止。7)
58、断开反馈线检查法对于含有反馈线的闭合电路，应该设法断开反馈线进行检查，或进行状态预置后再进行检查。以上检查故障的方法，是指在仪器工作正常的前提下进行的，如果电路功能测不出来，则应首先检查供电情况，若电源电压已加上，便可把有关输出端直接接到01 显示器上检查，若逻辑开关无输出，或单次CP 无输出，则是开关接触不好或是内部电路坏了，一般就是集成器件坏了（3）检测 IC 用数字集成电路测试仪测试IC 的好坏。 如果 IC 上的字迹模糊， 型号显示不清楚，通过自动扫描检测的方式可以检测其型号（4）连接线路1）先将个简单的线路连成回路。论采用哪种电路板，在连接电路之前，都必须首先对电路板的结构、特点有足
59、够的认识。尤其是第一次使用“面包板“的读者，必须事先掌握它的使用方法2）熟悉器件。如果将IC 芯片正面朝上，开口朝前，则IC 引脚编号按逆时针方向排列，左前方第 1 个引脚的编号为1。数字电路中IC 的电源往往不在电路中标出，一般情况下，左下方最后一个引脚为电源“”，编号最大的引脚（右前方第一个引脚）为电源“”。在使用中，必须正确识别IC 的引脚。3） 按正确方法插好IC 芯片，参照图2.1 连接线路。4） 通电前要认真检查线路。注意：IC 芯片电源的正、负端连接是否正确；电源连线是否反接；电路板各管脚或焊点之间是否短路。待检查无误后方可通电（5）操作与调试1）通电后，分别按下各开关S1 S7
60、，观察对应指示灯是否点亮。2）当其中某一指示灯点亮时，再按其他键，观察其他指示灯的变化3）在进行1） 、2）操作步骤时，分别测试IC 芯片输入、输出管脚的电平变化这个由时序电路组成的多人抢答器有其优点和缺点，优点是实用行比较强，元件的价格比较便宜，线路比较简单，没有涉及单片机芯片组成的复杂。缺点：不是采用数字显示管显示，并且显示完后不能锁存。图所示为四路开关阵列电路，从图上可以看出其结构非常简单。电路中R1R4为上拉和限名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 25 页，共 2
61、7 页 - - - - - - - - - 流电阻。当任一开关按下时，相应的输出为高电平，否则为低电平。图四路开关阵列电路(2) 触发锁存电路图 2-4-3 所示为 4 路触发锁存电路。图中，CC4042 为 4D 锁存器，一开始，当所有开关均未按下时， 锁存器输出全为高电平，经 4 输入与非门和非门后的反馈信号仍为高电平，该信号作为锁存器使能端控制信号，使锁存器处于等待接收触发输入状态；当任一开关按下时，输出信号中必有一路为低电平，则反馈信号变为低电平，锁存器刚刚接收到的开关被锁存，这时其它开关信息的输入将被封锁。由此可见， 触发锁存电路具有时序电路的特征，是实现抢答器功能的关键。说明： C
62、LK 代表为时钟脉冲输入端CP POL 代表为功能输入端M 图 2-4-3触发锁存电路(3) 编码器CC4532 为 83 线优先编码器， 当任意输入为高电平时，输出为相应的输入编号的8421码（ BCD 码）的反码。(4) 译码驱动及显示单元编码器实现了对开关信号的编码并以码的形式输出。为了将编码显示出来，需用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流。一般这种译码通常称为段译码显示驱动器。常用的段译码显示驱动器有CC4511 等。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 26 页，共 27 页 - - - - - - - - - (5) 解锁电路当触发锁存电路被触发锁存后，若要进行一下轮的重新抢答，则需将锁存器解锁。可将使能端强迫置或置（根据具体情况而定），使锁存顺处于等待歉收状态即可。具体实现方法请读者考虑。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 27 页，共 27 页 - - - - - - - - -
