数字电子电路课程设计三人智力抢答器.doc

简易三路抢答器1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 1-11.1.1 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，拨动开关使相简易三路抢答器2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VDD R R RDA DB DC5.1KΩJA BCGCC4012CP（500KHz（1Q +2QVD2RVSS2CP1CP2D1D1RCC40131Q V1R1CP 1DVCC4013DD1+CP(1KHz)Ta g a g... ...a gDCB DCBA CC4511CC40192CP（1HZ（QD QAQB CP—DCBA DCB —QD QACPa gAACP—=—PE=1图5简易三路抢答器3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简易三路抢答器4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-阻塞边沿简易三路抢答器5D 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，不影响电路的工作工作过程如下： CP=0 时，与非门 G3 和 G4 封锁，其输出 Q3=Q4=1，触发器的状态不变。

同时，由于 Q3 至 Q5 和 Q4 至 Q6 的反馈信号将这两个门打开，因此可接收输入信号 D，Q5=D，Q6=Q5 非=D 非当 CP 由 0 变 1 时触发器翻转这时 G3 和 G4 打开，它们的输入 Q3 和 Q4 的状态由 G5 和 G6 的输出状态决定Q3=Q5 非=D，Q4=Q6 非=D 非由基本 RS 触发器的逻辑功能可知，Q=Q3=D 触发器翻转后，在 CP=1 时输入信号被封锁这是因为 G3和 G4 打开后，它们的输出 Q3 和 Q4 的状态是互补的,即必定有简易三路抢答器6一个是 0，若 Q3 为 0，则经 G3 输出至 G5 输入的反馈线将 G5 封锁，即封锁了 D 通往基本 RS 触发器的路径；该反馈线起到了使触发器维持在 0 状态和阻止触发器变为 1 状态的作用,故该反馈线称为置 0 维持线,置 1 阻塞线Q4 为 0 时，将 G3 和 G6 封锁，D 端通往基本 RS 触发器的路径也被封锁Q4 输出端至 G6 反馈线起到使触发器维持在 1 状态的作用，称作置 1 维持线；Q4 输出至 G3 输入的反馈线起到阻止触发器置 0 的作用,称为置 0 阻塞线因此，该触发器常称为维持-阻塞触发器。

总之，该触发器是在 CP 正跳沿前接受输入信号，正跳沿时触发翻转，正跳沿后输入即被封锁,三步都是在正跳沿后完成，所以有边沿触发器之称与主从触发器相比,同工艺的边沿触发器有更强的抗干扰能力和更高的工作速度特征方程： Qn+1=D对边沿 D 触发器归纳为以下几点优点： 1.边沿 D 触发器具有接收并记忆信号的功能，又称为锁存器；2，边沿 D 触发器属于脉冲触发方式；, 3.边沿 D 触发器不存在约束条件和一次变化现象，抗干扰性能好，工作速度快CC4013 外部引线排列图 2-2简易三路抢答器7图 2-22.4 二极管是一种具有单向传导电流的电子器件在半导体二极管内部有一个 PN 结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的转导性一般来讲，晶体二极管是一个由p 型半导体和 n 型半导体烧结形成的 p-n 结界面在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场当外加电压等于零时，由于 p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这也是常态下的二极管特性2.5 三极管按材料分有两种：锗管和硅管而每一种又有 NPN 和 PNP 两种结构形式，但使用最多的是硅 NPN 和锗 PNP 两种三极管， （其中，N 表示在高纯度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而 p 是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电） 。

两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍 NPN 硅管的简易三路抢答器8电流放大原理 对于 NPN 管，它是由 2 块 N 型半导体中间夹着一块 P 型半导体所组成，发射区与基区之间形成的 PN 结称为发射结,而集电区与基区形成的 PN 结称为集电结,三条引线分别称为发射极 e、基极 b 和集电极 c 当 b 点电位高于 e 点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而 C 点电位高于 b 点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源 Ec 要高于基极电源 Ebo在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流了由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流 Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源 Eb 重新补给，从而形成了基极电流 Ibo.根据电流连续性原理得：Ie=Ib+Ic，这就是说，在基极补充一个很小的 Ib，就可以在集电极上得到一个较大的 Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic 与 Ib 是维持一定的比例关系，即：β1=Ic/Ib 式中：β1--称为直流放大倍数，集电极电流的变化量△Ic 与基极电流的变化量△Ib 之比为：β= △Ic/△Ib 。

式中 β--称为交流电流放大倍数，由于低频时 β1 和 β 的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β 值约为几十至一百多三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用结论与展望本次课程设计将我所学习的理论知识与实践活动想联系，增强了我的动手、动脑能力，从而达到学有所用，更明确目标，简易三路抢答器9为以后的学习树立了信心！对自己以前所学知识的巩固和今后的学习起了举足轻重的作用本次课程设计，更加深了我对电子技术的热爱，也激发了我对未知领域进军的斗志通过本次课程设计我收获很多，通过发现问题、解决问题，学到了不少东西认识到了自己所学的专业知识的实用性，基本掌握了常用电子电路的一般设计方法，提高了设计能力和实验技能，也掌握了 Protel99 的操作方法，因此使我熟悉了软件的使用，同时在电脑的电子设计和绘图操作上有了进一步提高加上在设计过程中遇到了一些问题，使得我得查找相关资料，从而增长知识的同时增强解决问题和动手的能力，锻炼我做事细心、用心、耐心的能耐这一课程设计，使我向更高的精神和知识层次迈向一大步所以在以后的学习生活中，我会努力学习，培养自己独立思考的能力，积极参加多种设计活动，培养自己的综合能力，从而适应社会的需求。

最后衷心感谢老师的悉心指导和同学的热心帮助!参考文献[1] 杨志忠 电子技术课程设计 机械工业出版社. 2008[2] 康华光. 电子技术基础（数字部分. 北京：高等教育出版社. 2000[3] 实用电子电路手册. 北京：高等教育出版社. 1992[4] 任为民. 数字电子电路学习和实验指导. 北京：广播电视大学社.[5]Protel 99 SE 入门与典型实例 北京 人民邮电出版社 2008[6]唐颖. 数字电子技术及实训 浙江大学出版社 2007附录 Protel 原理图（见。