电子技术基础

2设计任务书智力竞赛抢答器任务要求：（1）三组参赛者在进行抢答时（用3组彩灯代表），当抢先者按下面前的按钮时，抢答器能准确地判断出抢先者，并以声、光为标志。

要求声响、光亮时间经过书那关9秒倒计时后自动熄灭。

（2）抢答器应具有互锁功能，某组抢答后能自动封锁其他各组进行抢答。

（3）抢答器应有计时功能，计时间60秒后自动停止。

（4）系统应具有一个总复位开关。

实验原理：本课程设计的核心为抢答模块，其由四个触发器组成。

抢答模块的主要功能是互锁，不论是抢答还是犯规，一旦一个选手先按下开关，其触发器首先触发，并且这个触发器的输出将其它三个触发器CP脉冲输入屏蔽掉，从而达到互锁的目的。

３三人抢答器基本电路电路图３.174LS20的结构74LS20在数字电路中应用很广其内部含有两个四输入与非门，内部结构见图３.1.1。

图３.1.1其中1，2，4，5，9，10，12，13管脚分别为两个与非门的输入端，6和8管脚分别为输出端，其功能表如图1.1.2。

图1.1.3为74LS20芯片的外部引脚图，其各个管脚与图３.1.1相对应。

图３.１.２功能表有图1.1.2可以看出当输入端只要有低电平是无论其他三个管脚输入电平是高还是低，其输出都为高电平。

当四个输入端都是高电平时输出为低电平。

其可以实现某些特定的功能。

３.２双JK 触发器JK 触发器是数字电路触发器中的一种电路单元。

JK 触发器具有置0、置1、保持和翻转功能，在各类集成触发器中，JK 触发器的功能最为齐全。

在实际应用中，它不仅有很强的通用性，而且能灵活地转换其他类型的触发器。

双JK 触发器顾名思义就是内部含有两个JK 触发器，下面对JK 触发器进行分析。

（a）(b)图３.2.1其中（a）是JK 触发器的逻辑图，(b)是逻辑符号。

其功能分析如下。

输入输出A B C D Y X X X x L HX X X L X HX X L X X HX L X X X HH H H H H L当cp=0时，R=S=1，Q n+1=Q n触发器的状态保持不变。

当cp=1是，Q n+1=J Q+K Q n下面就cp=1进行特性分析。

表３.2.2所示是JK触发器的特性表，其中列出了触发器的现态Q n和输入信号J，K在不同组合条件下的次态值。

表３.2.2JK触发器的特性表Q n J K Q n+1Q n J K Q n+1000 001 010 01101110010111011111特性方程从表３.2.2中可以写出JK触发器次态的逻辑表达式，经简化可以得到其特性方程如下Q n+1=J Qn+K Q n状态图JK触发器的状态图如图３.2.3所示，它可以从表３.2.2中导出。

由于存在无关变量（以X表示，既可以取0，也可以取1），所以4根方向线实际对应表中的8行，读者可以自己找到它们之间的对应关系。

图３.2.34数码管显示电路４数码管显示电路４.１５５５定时电路555定时器介绍：555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。

一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。

555定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V工作，7 555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、C MOS或者模拟电路电平兼容。

555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。

555定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 2.9.1和图 2.9.2所示。

它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。

它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/34.1.1５５５定时器的内部结构图555电路的工作原理555电路的内部电路方框图如图4.1.1所示。

它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为和。

A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。

当输入信号输入并超过时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。

是复位端，当其为0时，555输出低电平。

平时该端开路或接VCC。

Vc是控制电压端（5脚），平时输出作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01uf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。

555定时器应用555定时器单稳态触发器4.1.2555构成的单稳态触发器上图4.1.2为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。

D为钳位二极管，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端Vo输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。

并使2端电位瞬时低于，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个稳态过程，电容C开始充电，Vc按指数规律增长。

当Vc充电到时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，输出Vo从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。

波形图见图4.1.3图4.1.3（即为延时时间）决定于外接元件R、C的大小。

暂稳态的持续时间Tw=1.1RCTw4.274LS161计数器图4.2.174LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能。

4.34511译码器CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。

可直接驱动LED显示器。

CD4511是一片CMOS BCD—锁存/7段译码/驱动器，引脚排列如图2所示。

其中a b c d为BCD码输入，a为最低位。

LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。

BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，B1端应加高电平。

另外CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。

LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。

a～g是7段输出，可驱动共阴LED数码管。

另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观图3是CD4511和CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只CD4511和LED数码管即可。

所谓共阴LED数码管是指7段LED的阴极是连在一起的，在应用中应接地。

限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300Ω的限流电阻。

4511引脚图其功能介绍如下：BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。

LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。

它主要用来检测数码管是否损坏。

LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。

LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。

A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。

a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电4511真值表输入输出LE BT LI D C B A a b c d e f g显示X X0X X X X11111118X01X X X X0000000消隐011000011111100 011000101100001 011001011011012 011001111110013 011010001100114 011010110110115 011011000111116 011011111100007 011100011111118 011100111110119 01110100000000消隐01110110000000消隐01111000000000消隐01111010000000消隐01111100000000消隐01111110000000消隐111X X X X锁存锁存4.4数码管共阴极数码管图4.4.1数码管由4511译码器驱动就可以显示0到9是个数字。

5蜂鸣器驱动电路当导线五为高电平时，蜂鸣器就能工作。