四人抢答器设计指导书

2、抢答开关和输入电路，抢答开关和输入电路由4只按钮(仿直原理图中用4只单刀双掷开关代替)和4个π形微分电路组成。当按钮按下时，在按纽接通瞬间，输入电路向DFF送入一个负脉冲，使DFF的D端瞬间为0。采用微分电路可防止抢答者在主持人宣布抢答开始前就按下按钮不放从而实现提前抢答的弊端。
记忆环节则由4只DFF组成(图1.2中的74175)，当DFF处于锁存状态时，它能将脉冲到耒时的低电平锁存和记忆下来。
6.时钟脉冲源：为区分抢答者操作的时间差别，精度至毫秒级已经富富有余，故用低成本的555组成多谐振荡器(f=7kHz)即可充当时钟源。
(三)、电路框图
图1.1四人抢答器电路框图
三、电路组成与工作原理
图1.2是整机电路原理图，电路由5部份组成。
1、时钟源，由555方波发生器组成。其作用是给4只DFF提供时钟脉冲CLK，方波频率f为7KkHz左右。为实现电路的自锁和互锁，其复位端RD’受来自自锁和互锁的信号(原理图中与非门G2输出的信号)的控制，当该信号为高电平时，555方波发生器起振，为DFF提供时钟信号，触发器工作，接收并输出信号。当该信号为低电平时，触发器不接收信号，处于锁存状态。
b.允许抢答状态：解除对抢答按钮的封锁，使之一旦按下即可送出有效抢答信号。
c.状态间的切换应比较方便。
4.指示部分：电路应具备声光显示功能，可用发光二极管显示各人的抢答情况，用直流讯响器产生声音信号。
5.输入手段的考虑：抢和开关可采用简单的按钮，其常态为高电平，暂态为低电平。为防止抢答者提前按住按钮不放达到提前抢答成功的弊端，可考虑增设微分电路，将抢答信号变为负向窄脉冲。
4、自锁和互锁电路。自锁和互锁电路的作用是保证任何一个抢答者抢答成功时，便立即使时钟源停振，同时切断4个DFF的时钟CLK，使4个DFF同时进入锁存状态，不再接收信号。这样既保证了抢答成功者的指示发光管继续发光，实现自锁，同时也使其它3个开关失效，实现互锁。
自锁和互锁电路由一个4输入与非门G1和一个2输入与非门G2组成。4输入与非门的4个输入端分别接4个DFF的Q端，其输出经与非门G2送至555时钟源的复位端RE’(4脚)。当主持人未按复位按钮时，G2的输入端1为高电平时，G2等效一个非门，自锁和互锁电路等效为一个与门。RD’= Q1Q2Q3Q4。只要有一人抢答成功，4个DFF中有一个Q = 0，则RD’= 0，555方波发生器立即停振。DFF因失去时钟脉冲而处于锁存状态，全部开关失效，从而实现了自锁和互锁。
6、整机操作和工作过程
系统初加电时，电路处于随机状态,主持人应按动复位按钮使系统复位。这时4个DFF的Q端全为1,555的复位端RD’=1,方波发生器振荡，为4个DFF提供时钟脉冲CLK，4个DFF都可以接收耒自各自的抢答开关和输入电路的负脉冲信号，此时即可开始抢答。当有人抢答成功时，如按钮1先按下，则Q1=0，发光管Z1发光，同时自锁和互锁电路起作用，与非门G1输出为1，G2输出为0，方波发生器停振，DFF因无时钟而处于锁存状态，发光管Z1将继续发光，其馀开关全部失效，抢答结束。当主持人再次按动复位按钮后，便可开始下一轮抢答。
(一)题目
简易四人抢答器
(二)技术要求
1.实现抢答功能。一人按抢答键后，其它三人再按抢答按钮无效。
2.主持人具有系统复位、控制抢答开始的能力。
3.抢答成功应有灯光和音响显示。
4.电路应工作稳定可靠，操作方便，不会出现主持人宣布抢答前提前抢答成功和多人同时抢答成功的现象。
二、设计构思和电路框图
(一)设计流程
四、电路仿真和安装调试
1、电路仿真
学会使用仿真软件EWB是本次课程设计的主要目的之一。EWB是一个优秀的电子设计软件。它虚拟了一个可以对模拟和数字电子电路进行模拟仿真的工作台。本次设计要求先对指导书后提供的2个简单电路__彩灯电路和60进制计数器进行仿真，然后再对抢答器的原理电路进行仿真。在对原理电路进行仿真时,应先画出脉冲源，可暂时将555的4脚RD’端接高电平,同时在输出端〔3脚〕接一逻辑探针,仿真时若逻辑探针闪烁，说明电路已起振;若探针不亮或总亮，则表明振荡电路不工作，应立即检查电路排除故障，待电路正常后，再接各DFF的相关电路和自锁与互锁电路并仿真。
1.划分系统的功能部分
2.确定输入、输出元件形式
3.设计逻辑电路框图
4.各部分详细设计
(二)设计构思
1.抢答状态记忆部分：由于抢答人按抢答按钮之后会放手，故必须记忆其曾经抢答过的情况。这需要使用触发器。用其不同的二个状态区分“有效”抢答过和“尚未”抢答过二个不同的状态。
4个人参与抢答，需要四个触发器。
2、安装与调试
在进行完原理电路仿真后，可利用EWB软件画出安装图。用中规模集成电路74175—4DFF和2-4输入与非门7420以及555时基电路画出安装图。(注意，7420中有2个4输入与非门，其中一只作G1，另一只作2输入与非门G2)。电路画完经查无误即可对安装图进行仿真、调试，在确认工作正常后，可在面包板上进行电路组装。组装时要注意软件元件库中的4DFF与实际的74175芯片有一对管脚不同，软件元件库中的74175的14脚为4Q，15脚为4Q’，而实物74175的14脚为4Q’，15脚为4Q。
《数字电子技术》简易四人抢答器
课程设计指导书
《数字电子技术》课程设计
目的
1.学会仿真软件EWB的使用，掌握用EWB进行电路设计的基本方法。
2.综合运用数字电路的基本知识，设计并组装一个具有一定实际用途的逻辑装置。
3.掌握工程实际的设计工作过程和方法。
4.通过实际安装，学会数字电路的检查和调整方法。
一、设计题目和技术要求
3、声光显示电路。发光显示电路由4只发光二极管和4只限流电阻组成。发光二极管和限流电阻串联后接于电源VCC和DFF的Q端之间，当来自百度文库为0时，发光管承受正向电压导通而发光，发光显示电路与555时钟源电路有密切关系。555时钟源给DFF提供时钟CLK，若时钟源一直起振，则抢答后由于负脉冲已消失，DFF的输入端恢复髙电平，在CLK的作用下，Q端也为髙电平，发光管就不会再亮，实际上由于负脉冲的宽度极短，发光管瞬间发光的过程根本无法觉察。为了使发光管在负脉冲过后继续发光，应在Q=0的瞬间，就立即使时钟源停振，这样，DFF的Q=0的状态将被锁存记忆下来，保证发光管继续发光。这一过程由自锁和互锁电路实现。音响电路由图1.2中另一只的555和一只讯响器组成，555接成施密特电路，起倒相和提高输出功率的作用。当有人抢答成功时，自锁和互锁电路与非门G1端输出高电平，555施密特电路7脚输出低电平，讯响器获5V直流电压发出音响。
5、主持人复位按钮。复位按钮由主持人掌握，其作用是复位。当有人抢答成功时，由于自锁和互锁电路起作用，4个DFF因无时钟信号，都处于锁存状态，抢答成功者的发光管不会自行熄灭，欲使电路回到抢答前的状态，需要有一个复位过程，使555方波发生器重新起振。这个工作就由主持人通过复位按钮来实现。当主持人将复位按钮按下时，与非门G2输出为1，〔即555复位输入RD’=1〕，方波发生恢复振荡，此时由于了输入电路无负脉冲输入，DFF在CLK作用下，全部输出为1，4个发光管全不亮。当主持人松开复位按钮后，由于Q1、Q2、Q3、Q4输出全1，与非门G2输出(即555的复位端)为1，方波发生器起振，为4个DFF提供时钟CLK，可接收并锁存信号，为抢答作好了准备。
安装完应经指导教师检查后方可通电实验。
论文
1、课程设计论文是对整个设计工作的总结，也是评分的重要依据。要求书写整洁，图文并茂。不允许用打印稿和复印稿。
2、论文应含如下内容
设计题目技术要求，设计构思和电路框图，电路组成与工作原理，电路仿真、安装调试，设计的收获和心得体会。
要求文字部份应在5000字以上，一律用A4纸书写。图纸要求至少4张，其中原理图要求手画不得用打印图，仿真图和安装图可在仿真后打印。
2.互锁逻辑：任何人“有效”抢答后，应封锁其它三人的抢答按健，这样才能实现抢答功能。具体手段可以是封锁其它人的抢答按键，使其送不出有效的抢答信号；也可以是使触发器工作于锁存状态不能接受来自抢答按键的信号，比如封锁触发器的时钟信号。或让时钟源停振。
3.主持人复位按钮。电路应具有二个状态。
a.系统复位状态：清除所有的抢答记忆信号。