数字电子电路课程设计三人智力抢答器.doc

摘要：简易三人抢答器是一名的裁判员，它的任务是从三名竞赛者中确定出最先的抢答者，并显示出最少反应时间。 1.系统总体方案设计 1.1电路组成和工作原理 根据上面所说的功能要求，智力竞赛抢答计事系统的组成框图如下图1-1所示。它主要有五部分组成： 图1-1 1.1.1抢答器 智力竞赛抢答器的核心。当参赛者的任意一位首先按下抢答开关事，抢答器即刻接受该信号，指使相应发光二极管亮（或音响电路发出声音），与此同时，封锁住其他参赛者的输入信号。 1.1.2抢答控制器 由三个开关组成。三名参赛者各控制一个，拨动开关使相应控制端的信号为高电平或低电平。 1.1.3清零装置 供比赛开始前裁判远使用。它能保证比赛前触发器统一清零，避免电路的误动作和抢答过程的不公平。 1.1.4显示、声响电路 比赛开始，当某一参赛者按下抢答器开关时，触发器就接受该信号，在封锁其他开关信号的同时，使该路的发光二极管发出亮光和蜂鸣器发出声响，以引起人们的注意。 1.1.5振荡电路 它应该提供给抢答器、计时系统和声响电路工作的控制脉冲。 1.2设计步骤及方法 下图1-2为三人简易抢答器系统的原理图。 图1-2 原理图 1.2.1抢答控制电路 该系统有开关A，B，C，分别有三名参赛者控制。常态时开关接地，比赛时，按下开关，使该端为高电平。为实验方便，抢答开关也可以利用实验箱上电平输出开关。拨动逻辑开关，相当于书车逻辑高低电平。 1.2.2抢答器 由有原理图看出，抢答器是由二个四管脚的D型触发器和与非门G1组成。它的工作原理是这样的：若参赛者A首先按下开关，使该端的输入信号为高电平，触发器输入端1D接受该信号是输出Q为高电平，相应的Q非为低电平，这个低电平信号同时送到与非门G1的输入端，与非门G1被封锁，使触发器的控制脉冲CP信号由于与非门G1封锁而被拘之门外，触发器2D和3D因为不具备CP脉冲信号而不接收开关B和C控制端送入的信号（其他的两种情况类同）。因此该电路只接收第一个输入的信号，即使此时其他参赛者也按下开关，但由于与非门已被封锁，信号是输入不进去的。 1.2.3清零装置 为了保证电路的正常工作，比赛开始前，裁判员都是要将各触发出发器的状态统一清零。本系统利用D触发器的异步复位端实现清零功能。由原理图可以看出，该D触发器的异步复位端为R，低电平有效。因此，将各触发器的异步复位端统一用一开关J控制，正常比赛时，使R非、S=0 非均处于高电平，用R =0非功能。 1.2.4显示、声响电路 声响显示电路需要在当有参赛者按下抢答开关时，相应电路的发光二极管亮，同时推动输出级的蜂鸣器发出声响。 显示电路由发光二极管与电阻串联而成，发光二极管正极接电源端，负极接D触发器的Q非端。当某参赛者按下开关，该触发器接受该信号使其输出Q端的状态为高电平，相应的Q非端为低电平，就有电流流过发光二极管是它发亮。 声响电路由两部分组成：一是由门电路组成的控制电路，二是三极管驱动电路。门控电路主要由或门组成，它的两个输入，一个来自抢答电路各触发器输出Q非的与非，他说明只要有一Q非为低电平，就使该与非门输出为高电平通过或门电路驱动蜂鸣器发声。 2．元器件选型 2.1电阻 因为物质对电流产生的阻碍作用，所以称其该作用下的电阻物质。电阻将会导致电子流通量的变化，电阻越小，电子流通量越大，反之亦然。没有电阻或电阻很小的物质称其为电导体，简称导体。不能形成电流传输的物质称为电绝缘体，简称绝缘体。 在物理学中，用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。 作用：主要职能就是阻碍电流流过，应用于限流、分流、降压、分压、负载与电容配合作滤波器及阻匹配等。数字电路中功能有上拉电阻和下拉电阻。 2.2开关 指一个可以使电路开路、使电流中断或使其流到其他电路的电子元件，接点的“闭合”表示电子接点导通，允许电流流过；开关的“开路”表示电子接点不导通形成开路，不允许电流流过。 2.3 D触发器 电平触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。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的状态出错。而边沿触发器允许在CP 触发沿来到前一瞬间加入输入信号。这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。边沿D触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器。 电路结构：该触发器由6个与非门组成，其中G1和G2构成基本RS触发器。 图2-1 工作原理 　　SD 和RD 接至基本RS 触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。当SD=1且RD=0时,不论输入端D为何种状态，都会使Q=0，Q非=1，即触发器置0；当/SD=0且/RD=1时，Q=1，Q非=0，触发器置1,SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平，不影响电路