在设计四人抢答器中灯全亮_四路竞赛抢答器的设计
1设计要求与方案论证
1.1设计要求
利用基本逻辑门电路、组合逻辑电路和触发器,设计一个四人抢答器,要求:
①每个参加者控制一个按键,用其发出抢答信号。
②主持人有一个控制按键,用于将电路复位。
③开始后,先按动按钮者将其对应的发光二极管点亮,其他3人对该电路不起作用。
1.2设计方案论证
① 方案一:用一片四D触发器74LS175和四输入2或非门CD4002实现。四D触发器输出经四输入或非门到四路抢答按键开关,加到触发器的四个输入端,同时经四输入或非门和反相器作为四D触发器的时钟信号,四D触发器清零端经上拉电阻接电源,同时经过清零控制开关到地。电路简单成本低,稍加扩展就能达到实用化。
② 方案二:用一片八线-三线优先编码器74LS148、四RS触发器74LS279和七段译码器74LS48实现数显四路(八路)抢答器,电路稍显复杂,但功能较完善。
方案二电路比较完善,但成本较高,而本课题要求四路抢答,方案一电路简单成本低,性价比高,能够满足课题要求,故采用方案一设计。
2抢答电路设计
2.1抢答电路框图
四路抢答器的总体框图如图1所示,由控制电路和抢答按键等组成。
控制电路由D触发器构成,完成基本的抢答功能。主持人控制清零复位按钮,当有选手按动抢答键,对应的指示灯点亮,指示对应选手的编号,同时逻辑电路封锁其他按键抢答输入电路,禁止其他选手抢答。
图1 四路抢答电路框图
2.2四路抢答器电路设计
四路抢答器在Multisim9.0环境下设计并仿真,设计电路如图2所示。电路
图2 四路抢答器电路图
由4D触发器74LS175、4输入或非门CD4002、6反相器74LS04、4个抢答按键、1个清零复位按键和4个发光二极管组成。抢答开始前,主持人按动“E”键清零复位,作好抢答准备,抢答队员开始抢答。若“A”键按下,对应的指示灯LED1点亮,此时,若“B”键或“C”键或“D”键按下,均不改变显示状态,维持LED1灯亮,A队回答完问题后,开始下一题抢答前,主持人必须按动“E”键清零。
3单元电路设计及元器件选择
3.1单元电路设计
(1)控制单元
控制单元由D触发器构成,接通电源时,输入状态为零,无输出指示,但由于触发器在电源接通瞬间,输出状态有不确定因素(由于本设计无开机复位电路),所以,在抢答前,主持人必须按一下“E”键清零,作好抢答前的准备。在没有按下抢答按键的情况下,D触发器输入全部为零,此时无时钟脉冲信号,D触发器仍保持原“0”状态。
(2)抢答按键
四个队分别控制四个抢答按键,对某一个问题进行抢答时,其中一个队按下按键,如“C”键,D触发器12脚输入为“1”,为对应的指示作好了准备。
(3)逻辑电路
逻辑电路为D触发器提供时钟脉冲信号,同时也为各抢答按键提供封锁信号。当某一按键如“C”键按下,“1”信号加入U2B的一个输入端,其输出“0”,经U3A输出“1”,为D触发器提供一时钟脉冲的上升沿触发信号,将12脚的“1”写入,10脚输出为“1”,点亮指示灯LED3,此信号经U1A输出为“0”,封锁抢答按键,即使此时有键按下,也都是“0”状态,对D触发器没有影响,不能改变输出指示状态。
3.2元件选择
由于课题只要求四路抢答,这里选用4D触发器74LS175,其内部逻辑电路和真值表如图3所示。
图3 74LS175芯片
逻辑电路采用4输入或非门CD4002,其功能已满足设计要求,内部逻辑电路如图4所示。
图4 CD4002芯片
由于74LS175 D触发器,需要时钟脉冲的上升沿触发,所以电路中使用一片74LS04六反相器,使时序满足触发器的要求。
4结论及说明
通过数字电路课程设计,使我对与非门以及触发器等芯片有了更深的了解,对课本上的知识有了进一步的掌握。本课题在Multisim9.0环境下仿真能够实现课题要求,另外又在实际环境中组装实际电路,通过调试完全满足设计要求。
四人抢答器由四个指示灯“LED1”、“LED2”、“LED3”、“LED4”,四个抢答按键“A”、“B”、“C”、“D”和一个控制按键“E”组成。主持人首先提出问题,在抢答前,主持人按一下控制按键“E”清零,为抢答做好准备。若有人抢答,队员按下抢答按键“A”或“B”或“C”或“D”,则对应的指示灯点亮,队员答题。在这个过程中,其他人即使按键,也不能改变指示灯的状态,不会给答题人造成影响。
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