數(shù)字電子技術(shù)項(xiàng)目教程 課件 項(xiàng)目3 智力競賽搶答器的設(shè)計(jì)與制作

任務(wù)3.1集成觸發(fā)器

任務(wù)3.2雙音報(bào)警器的仿真與制作

任務(wù)3.3智力競賽搶答器的制作任務(wù)3.1集成觸發(fā)器觸發(fā)器是一個(gè)具有記憶功能的二進(jìn)制信息存儲(chǔ)元件,是構(gòu)成多種時(shí)序電路的最基本邏輯單元。觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),即“0”和“1”,在一定的外界信號(hào)作用下,可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。觸發(fā)器的種類很多,按照電路結(jié)構(gòu)形式的不同,觸發(fā)器可分為基本觸發(fā)器、時(shí)鐘觸發(fā)器,其中時(shí)鐘觸發(fā)器又分為同步觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器等。根據(jù)電路結(jié)構(gòu)功能的不同,觸發(fā)器可以分為RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器和T'觸發(fā)器。3.1.1基本RS觸發(fā)器基本RS觸發(fā)器是各類觸發(fā)器中最簡單的一種,是構(gòu)成其他觸發(fā)器的基本單元。其電路結(jié)構(gòu)可由與非門組成,也可由或非門組成,下面討論由與非門組成的基本RS觸發(fā)器。1.電路組成及邏輯符號(hào)由兩個(gè)與非門的輸入和輸出端交叉耦合構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器電路如圖31(a)所示,圖31(b)為其邏輯符號(hào)。

為信號(hào)輸入端,上面的非號(hào)表示低電平有效,在邏輯符號(hào)中用小圓圈表示;是兩個(gè)互補(bǔ)輸出端,當(dāng)觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),它們的輸出狀態(tài)相反。2.觸發(fā)器的狀態(tài)1)觸發(fā)器的輸出狀態(tài)2)觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)和次態(tài)觸發(fā)器輸入信號(hào)變化前的狀態(tài)稱為現(xiàn)態(tài),又稱原狀態(tài),用Qn

表示。觸發(fā)器輸入信號(hào)發(fā)生變化以后的狀態(tài)稱為次態(tài),又稱新狀態(tài),用Qn+1表示。3.邏輯功能分析下面根據(jù)與非門的邏輯功能討論基本RS觸發(fā)器的工作原理。4.特性表觸發(fā)器次態(tài)Qn+1與輸入信號(hào)及電路原有狀態(tài)(現(xiàn)態(tài))Qn

之間關(guān)系的真值表稱作特性表。因此,上述基本RS觸發(fā)器的邏輯功能可用表31所示的特性表來表示。5.基本RS觸發(fā)器的應(yīng)用舉例例3.1運(yùn)用基本RS觸發(fā)器消除機(jī)械開關(guān)振動(dòng)引起的干擾。解

機(jī)械開關(guān)接通時(shí),由于振動(dòng)會(huì)使電壓或電流波形產(chǎn)生“毛刺”,如圖32所示。在電子電路中,一般不允許出現(xiàn)這種現(xiàn)象,因?yàn)檫@種干擾信號(hào)會(huì)導(dǎo)致電路工作出錯(cuò)。利用基本RS觸發(fā)器的記憶作用可以消除上述開關(guān)振動(dòng)所產(chǎn)生的影響,開關(guān)與觸發(fā)器的連接方法如圖33(a)所示。設(shè)單刀雙擲開關(guān)原來與B點(diǎn)接通,這時(shí)觸發(fā)器的狀態(tài)為0。

當(dāng)開關(guān)由B撥向A時(shí),有一短暫的浮空時(shí)間,這時(shí)觸發(fā)器的均為1,Q仍為0。當(dāng)中間觸點(diǎn)與A接觸時(shí),A點(diǎn)的電位由于振動(dòng)而產(chǎn)生“毛刺”。但是,首先是B點(diǎn)已經(jīng)成為高電平,A點(diǎn)一旦出現(xiàn)低電平,觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為1,其次即使A點(diǎn)再出現(xiàn)高電平,也不會(huì)再改變觸發(fā)器的狀態(tài),所以Q端的電壓波形不會(huì)出現(xiàn)“毛刺”,電壓波形如圖33(b)所示。綜上所述,基本RS觸發(fā)器的特點(diǎn)可歸納為以下幾點(diǎn):(1)基本RS觸發(fā)器具有置位、復(fù)位和保持(記憶)的功能。(2)由與非門組成的基本RS觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào)是低電平有效,由或非門組成的基本RS觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào)是高電平有效,屬于電平觸發(fā)方式。(3)基本RS觸發(fā)器存在約束條件。(4)當(dāng)輸入信號(hào)發(fā)生變化時(shí),輸出即刻就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化,即抗干擾性能較差。3.1.2同步觸發(fā)器前面介紹的基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)是由

端的輸入信號(hào)直接控制的,任何時(shí)候只要觸發(fā)端信號(hào)出現(xiàn)干擾,觸發(fā)器立刻就會(huì)做出反應(yīng),從而導(dǎo)致電路的抗干擾性比較差。在實(shí)際工作中,觸發(fā)器的狀態(tài)不僅要由

端的信號(hào)來決定,而且要求觸發(fā)器按一定的節(jié)拍翻轉(zhuǎn),為此,需要在電路中加入時(shí)鐘脈沖控制端CP。電路在時(shí)鐘脈沖CP的作用下,根據(jù)輸入信號(hào)翻轉(zhuǎn),沒有時(shí)鐘脈沖輸入時(shí),電路的狀態(tài)保持不變。這種具有時(shí)鐘脈沖CP控制端的觸發(fā)器稱為時(shí)鐘觸發(fā)器,又稱為同步觸發(fā)器。同步觸發(fā)器主要有同步RS觸發(fā)器、同步D觸發(fā)器等。1.同步RS觸發(fā)器1)電路組成及邏輯符號(hào)同步RS觸發(fā)器是在基本RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上增加了兩個(gè)由時(shí)鐘脈沖CP控制的與非門G3、G4組成的,如圖35(a)所示,圖35(b)所示為其邏輯符號(hào)。圖中CP為時(shí)鐘脈沖輸入端,簡稱鐘控端或CP端,R和S為信號(hào)輸入端,為信號(hào)輸出端。輸入端框內(nèi)的C1為控制關(guān)聯(lián)標(biāo)記,1為標(biāo)識(shí)序號(hào),說明1R和1S受C1控制。2)邏輯功能由此,可以得出同步RS觸發(fā)器的特性表,如表33所示。3)特性方程觸發(fā)器次態(tài)Qn+1與R、S及現(xiàn)態(tài)Qn

之間關(guān)系的邏輯表達(dá)式稱為觸發(fā)器的特性方程。根據(jù)表33可畫出同步RS觸發(fā)器Qn+1的卡諾圖,如圖36所示。由此可得出同步RS觸發(fā)器的特性方程為:2.同步D觸發(fā)器1)電路組成及邏輯符號(hào)為了避免同步RS觸發(fā)器出現(xiàn)兩個(gè)觸發(fā)信號(hào)同時(shí)等于1的情況的發(fā)生,可以在R和S端之間接入一個(gè)非門G5,使R和S端永遠(yuǎn)處于不同的電平,電路如圖38(a)所示。這種只有一個(gè)觸發(fā)信號(hào)輸入的觸發(fā)器稱為D觸發(fā)器。D觸發(fā)器又稱為數(shù)據(jù)觸發(fā)器,它是將數(shù)據(jù)存入或取出的基本單元電路。D觸發(fā)器的邏輯符號(hào)如圖38(b)所示。圖中D為輸入端,Q和

為互補(bǔ)輸出端。由表34可知,同步D觸發(fā)器的邏輯功能為:當(dāng)CP由0變?yōu)?時(shí),觸發(fā)器翻到和D相同的狀態(tài);當(dāng)CP由1變?yōu)?時(shí),觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。3)特性方程根據(jù)特性表可寫出D觸發(fā)器的特性方程為同步D觸發(fā)器沒有不定狀態(tài),在CP=1時(shí),具有置0和置1功能,其輸出狀態(tài)總是跟隨D端輸入信號(hào)變化。3.1.3邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器和之前介紹的基本RS觸發(fā)器以及同步觸發(fā)器不同,邊沿觸發(fā)器僅在時(shí)鐘脈沖上升沿或者下降沿到達(dá)時(shí)才接收信號(hào),使電路的輸出狀態(tài)跟隨輸入信號(hào)改變,而在時(shí)鐘其他時(shí)間內(nèi),觸發(fā)器的狀態(tài)不會(huì)改變,從而提高了觸發(fā)器電路工作的可靠性和抗干擾能力。觸發(fā)脈沖的上升沿是指時(shí)鐘脈沖CP由低電平正躍到高電平(↑)瞬間電壓的變化;而下降沿則是指CP由高電平負(fù)躍到低電平(↓)瞬間電壓的變化。邊沿觸發(fā)器主要有邊沿D觸發(fā)器和邊沿JK觸發(fā)器。1.邊沿D觸發(fā)器1)邏輯符號(hào)圖310所示為邊沿D觸發(fā)器的邏輯符號(hào),D為信號(hào)輸入端,框內(nèi)的“>”表示觸發(fā)器按邊沿觸發(fā)方式工作。在圖310(a)中,時(shí)鐘脈沖輸入端C1框外不帶小圓圈,表示用時(shí)鐘脈沖CP上升沿(或稱正躍變)觸發(fā),為上升沿D觸發(fā)器的邏輯符號(hào)。在圖310(b)中,C1框外加了小圓圈,表示用時(shí)鐘脈沖CP下降沿(或稱負(fù)躍變)觸發(fā),為下降沿D觸發(fā)器的邏輯符號(hào)。2)邏輯功能【仿真掃一掃】

上升沿有效D觸發(fā)器功能測試。在Multisim中連接電路如圖311所示。其中,脈沖發(fā)生器每2秒鐘產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘脈沖,通過開關(guān)使輸入信號(hào)在0和1之間切換,通過電平指示燈和示波器,觀察D觸發(fā)器的Q輸出端的狀態(tài)和D觸發(fā)器輸出動(dòng)作的特點(diǎn)。示波器的波形圖如圖312所示,其中第一個(gè)波形是時(shí)鐘脈沖的波形,第二個(gè)波形是觸發(fā)器輸出端Q的輸出波形。初始狀態(tài)觸發(fā)器輸入端D接地,在第1個(gè)CP到來之前,按下控制鍵,D接高電平,在CP時(shí)鐘上升沿到來之前,觸發(fā)器輸出端燈不亮,保持原來狀態(tài),CP時(shí)鐘上升沿到來瞬間,燈亮,輸出端Q由0翻轉(zhuǎn)到1;按下控制鍵,D接低電平,但輸出端Q保持1不變,直到第2個(gè)時(shí)鐘上升沿到來,輸出端才瞬間由1翻轉(zhuǎn)到0。由此可見,上升沿D觸發(fā)器只有在CP上升沿作用瞬間才會(huì)翻轉(zhuǎn)到和輸入端D相同的狀態(tài),而在CP其他時(shí)間內(nèi),不管D端輸入信號(hào)如何變化,觸發(fā)器的輸出狀態(tài)不會(huì)改變。(1)上升沿D觸發(fā)器的特性表。根據(jù)仿真實(shí)例的分析歸納,可以得出上升沿D觸發(fā)器的特性表,如表35所示。(2)觸發(fā)器的特性方程。圖310(a)所示上升沿D觸發(fā)器的特性方程為:Qn+1=D(CP上升沿有效)。2.邊沿JK觸發(fā)器1)邏輯符號(hào)JK觸發(fā)器是另一類常用觸發(fā)器,除了時(shí)鐘輸入之外,這

種

觸

發(fā)

器

有兩個(gè)控制輸入端。這兩個(gè)控制信號(hào)分別為J和K,JK觸發(fā)器是以集成電路的發(fā)明人JackKilby的名字命名

的。邊

沿JK觸

發(fā)

器

的

邏

輯

符

號(hào)

如

圖314所

示。圖314(a)所示為由時(shí)鐘脈沖CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器的邏輯符號(hào),圖314(b)所示為由時(shí)鐘脈沖CP上升沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器的邏輯符號(hào)。2)邏輯功能(1)JK觸發(fā)器的特性表。通過仿真或?qū)嶒?yàn)即可得出JK觸發(fā)器的特性表。下面討論如圖314(a)所示的下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器的特性表。JK觸發(fā)器在時(shí)鐘脈沖的觸發(fā)沿根據(jù)J和K輸入的狀態(tài)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。當(dāng)加載時(shí)鐘脈沖后,觸發(fā)器的輸出取決于J和K輸入的狀態(tài)。如圖315(a)所示,當(dāng)J輸入高電平且K輸入低電平時(shí),觸發(fā)器將在時(shí)鐘脈沖的觸發(fā)邊沿(下降沿)進(jìn)入置位狀態(tài)(Q為高電平)。如果它本來就是置位狀態(tài),那么它將保持在置位狀態(tài)。如圖315(b)所示,當(dāng)J輸入為低電平且K輸入為高電平時(shí),觸發(fā)器將在時(shí)鐘脈沖的觸發(fā)邊沿(下降沿)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)(Q為低電平)。如果它本來就是復(fù)位狀態(tài),那么它將保持在復(fù)位狀態(tài)。如圖315(c)所示,當(dāng)J和K輸入都是高電平時(shí),觸發(fā)器將在時(shí)鐘脈沖的觸發(fā)邊沿變成與原來狀態(tài)相反的狀態(tài)(比如原來觸發(fā)器為0狀態(tài),現(xiàn)在輸出變?yōu)?狀態(tài)),即翻轉(zhuǎn)。如圖315(d)所示,當(dāng)J和K輸入都為低電平時(shí),觸發(fā)器將保持原來的狀態(tài)不變。根據(jù)以上結(jié)論,可以得出下降沿JK觸發(fā)器的特性表,如表36所示。(2)JK觸發(fā)器的特性方程。圖314(a)所示下降沿JK觸發(fā)器的特性方程為3.1.4常用集成觸發(fā)器1.集成上升沿D觸發(fā)器74LS741)引腳排列圖和邏輯符號(hào)2.集成下降沿JK觸發(fā)器74LS1121)引腳排列圖和邏輯符號(hào)74LS112為雙下降沿JK觸發(fā)器,該觸發(fā)器內(nèi)含兩個(gè)相同的JK觸發(fā)器,它們都帶有異步置0和異步置1輸入端,屬于下降沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器,其引腳排列圖和邏輯符號(hào)如圖319所示。2)邏輯功能表38是74LS112的功能表,從表中可以看出74LS112具有以下功能:3.1.5仿真實(shí)驗(yàn):集成觸發(fā)器邏輯功能的仿真測試1.單次脈沖產(chǎn)生器按圖323(a)連接電路,連續(xù)按J1鍵,探針亮暗交替,構(gòu)成單次脈沖產(chǎn)生器,在圖323(a)選中除探針X1以外部分,點(diǎn)擊Place菜單下的Replacebysubcircuit生成如323(b)所示的單次脈沖子電路。2.74LS74的邏輯功能測試按圖324連接電路,并根據(jù)表39進(jìn)行測試及記錄,并分析其邏輯功能,完成表310。輸入端的“1”表示接高電平,“0”表示接低電平,輸出端“1”表示探針亮,“0”表示探針滅。3.74LS112邏輯功能測試按圖325連接電路,并根據(jù)表311進(jìn)行測試及記錄,分析74LS112的功能,完成表312。任務(wù)3.2雙音報(bào)警器的仿真與制作3.2.1555定時(shí)器及其應(yīng)用555定時(shí)器又稱為時(shí)基電路,因其電路結(jié)構(gòu)簡單、功能靈活、使用方便而得到廣泛的應(yīng)用,只要在其外部接少數(shù)電阻和電容,就可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器等。555定時(shí)器根據(jù)電路內(nèi)部器件的類型可分為雙極型(TTL型)和單極型(CMOS型)兩種,電源電壓的使用范圍較廣,雙極型為5~16V,單極型為3~18V,每種類型的定時(shí)器電路都有單定時(shí)器電路和雙定時(shí)器電路。1.555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)及其功能1)電路結(jié)構(gòu)555定時(shí)器內(nèi)部電路及引腳圖如圖326所示,一般由分壓器、比較器、觸發(fā)器和開關(guān)及輸出等部分組成。(1)電阻分壓器。電阻分壓器由三個(gè)等值的電阻串聯(lián)而成,將電源電壓VCC分為三等份,作用是為比較器提供兩個(gè)參考電壓UR1、UR2。若控制端CO懸空,則比較器C1的同相輸入端參考電壓

比較器C2的反相輸入端參考電壓

若控制端CO外加控制電壓(2)比較器。比較器由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的集成運(yùn)算放大器C1、C2構(gòu)成。C1用來比較參考電壓UR1和閾值輸入端電壓UTH的大小,確定UO1的狀態(tài);C2用來比較參考電壓UR2和觸發(fā)輸入端電壓UTR的大小,確定UO2的狀態(tài)。(3)基本RS觸發(fā)器。與非門G1和G2構(gòu)成基本RS觸發(fā)器,由集成運(yùn)算放大器C1、C2的輸出信號(hào)UO1和UO2決定其輸出端

的狀態(tài)。2.555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器的重要特點(diǎn)就是能夠把變化非常緩慢的輸入脈沖波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖,而且由于具有滯回特性,所以抗干擾能力很強(qiáng),因此在脈沖的產(chǎn)生和整形電路中應(yīng)用廣泛。1)電路結(jié)構(gòu)將555定時(shí)器的閾值輸入端TH和觸發(fā)輸入端

連在一起作為輸入信號(hào)ui的輸入端即可構(gòu)成施密特觸發(fā)器,電路結(jié)構(gòu)如圖327(a)所示。3)滯回特性由上述分析可見,電路的正向閾值電壓與負(fù)向閾值電壓不同,圖328是施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性曲線,它直觀地反映了施密特觸發(fā)器的滯回特性。回差電壓ΔUT又稱為滯回電壓,其定義為上限閾值電壓和下限閾值電壓之差,3.555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有如下特點(diǎn):(1)它有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)狀態(tài);(2)在外來觸發(fā)脈沖的作用下,能夠由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)狀態(tài);(3)暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時(shí)間后,將自動(dòng)返回到穩(wěn)定狀態(tài),而暫穩(wěn)狀態(tài)時(shí)間的長短,與觸發(fā)脈沖無關(guān),僅取決于電路本身的參數(shù)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字系統(tǒng)和裝置中,一般用于定時(shí)、整形以及延時(shí)等。住宅小區(qū)樓梯間的延時(shí)燈就是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的一個(gè)典型應(yīng)用。3)暫穩(wěn)狀態(tài)時(shí)間(輸出脈沖寬度)暫穩(wěn)狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間又稱輸出脈沖寬度,用tW表示。它由電路中電容兩端的電壓來決定,tW≈1.1RC。4.555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器1)電路結(jié)構(gòu)將555定時(shí)器放電管的集電極通過電阻R1接電源VCC,再通過R2、C與地相接,將閾值電平輸入端與觸發(fā)輸入端直接相連,接于R2、C之間,多諧振蕩器的電路如圖330(a)所示。4)改進(jìn)電路圖330(a)所示電路占空比不可調(diào),若將電路的充放電回路分開,則構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器,電路如圖331所示。3.2.2555定時(shí)器應(yīng)用電路和雙音報(bào)警器的仿真測試1.多諧振蕩器仿真測試(1)單擊Multisim元器件欄中的“PlaceMixed”按鈕,如圖332所示,從彈出的對(duì)話框的“Family”欄中選“TIMER”,再在“Component”欄中選“LM555CM”,如圖333所示,點(diǎn)擊對(duì)話框右上角的“OK”按鈕將555電路調(diào)出放置在繪圖區(qū)。(2)從Multisim軟件元器件欄中調(diào)出其他元件,并從基本界面右側(cè)調(diào)出虛擬雙蹤示波器,按圖334在繪圖區(qū)建立仿真實(shí)驗(yàn)電路。(3)打開仿真開關(guān),雙擊示波器圖標(biāo),觀察屏幕上的波形,示波器面板設(shè)置如圖335所示。利用屏幕上的讀數(shù)指針對(duì)波形進(jìn)行測量,并將結(jié)果填入表314中。2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器仿真測試(1)按圖336在Multisim中畫出仿真電路。其中,信號(hào)源從元器件欄的“Source”電源庫中調(diào)出,選取對(duì)話框“Family”欄的“SIGNAL_VOLTAG...”,然后在“Component”欄中選“CLOCK_VOLTAGE”,點(diǎn)擊對(duì)話框右上角“OK”按鈕,將其調(diào)入繪圖區(qū),然后雙擊圖標(biāo),在彈出的對(duì)話框中,將“Frequency”欄設(shè)為5kHz,“Duty”欄設(shè)為90%,點(diǎn)擊對(duì)話框下方“確定”退出;XSC1為虛擬4蹤示波器。(2)打開仿真開關(guān),雙擊虛擬4蹤示波器圖標(biāo),從打開的放大面板上可以看到Vi、VC和Vo的波形,如圖337所示。4蹤示波器面板設(shè)置如圖337所示。(3)利用屏幕上的讀數(shù)指針讀出單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間,并與用公式tW=1.1RC計(jì)算的理論值比較。3.雙音報(bào)警電路的仿真測試用兩個(gè)555定時(shí)器構(gòu)成一個(gè)雙音報(bào)警電路,請(qǐng)根據(jù)圖338連接電路和設(shè)置參數(shù),使用虛擬示波器觀察U1輸出端波形和U2輸出端波形,同時(shí)觀察LED1和LED2的工作情況。調(diào)整示波器面板參數(shù),使U1輸出端和U2輸出端波形清晰可見,波形參考圖如圖339所示。3.2.3雙音報(bào)警器的制作1.工作原理圖338所示為模擬救護(hù)車變音警笛聲的雙音報(bào)警器電路原理圖,圖中U1和U2兩片555定時(shí)器都接成多諧振蕩器的工作方式。其中,U1輸出的方波信號(hào)通過R5去控制U2的5腳電平。當(dāng)U1輸出高電平時(shí),LED1點(diǎn)亮,LED2不亮,由U2組成的多諧振蕩器電路輸出頻率較低的一種音頻;當(dāng)U1輸出低電平時(shí),LED2點(diǎn)亮,LED1不亮,由U2組成的多諧振蕩器電路輸出頻率較高的另一種音頻。因此,U2的振蕩頻率被U1的輸出電壓調(diào)制為兩種音頻頻率,使揚(yáng)聲器發(fā)出“嘀、嘟、嘀、嘟、……”的與救護(hù)車鳴笛聲相似的變音警笛聲,同時(shí)紅色和綠色兩個(gè)發(fā)光二極管交替閃亮,實(shí)現(xiàn)了雙音報(bào)警。雙音報(bào)警電路的波形圖如圖339所示。2.元器件清單雙音報(bào)警電路的元器件清單如表315所示。3.電路制作與調(diào)試(1)根據(jù)雙音報(bào)警器電路原理圖畫出電路連接圖。NE556是雙定時(shí)器,一片NE556集成了兩個(gè)555定時(shí)器,其引腳排列圖如圖340所示。(2)根據(jù)畫出的電路連接圖,在面包板上搭建電路。(3)調(diào)試注意事項(xiàng)如下:①

電路加+5V直流電壓。②

如果兩個(gè)LED燈不能交替點(diǎn)亮或者揚(yáng)聲器的聲音不能清楚地區(qū)別出兩個(gè)音,請(qǐng)輕輕調(diào)節(jié)電位器R5,直至雙音報(bào)警器紅色和綠色發(fā)光二極管交替閃亮,而且揚(yáng)聲器清楚地發(fā)出“嘀、嘟、嘀、嘟、……”的聲音。任務(wù)3.3智力競賽搶答器的制作3.3.1智力競賽搶答器電路結(jié)構(gòu)與工作原理1.邏輯要求由觸發(fā)器構(gòu)成的智力競賽搶答器可以允許四名選手進(jìn)行搶答,任何一名選手先將某一按鍵按下,則與其對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管(指示燈)被點(diǎn)亮,同時(shí)蜂鳴器發(fā)出響聲,表示此人搶答成功;而緊隨其后的其他按鍵再被按下均無效,指示燈仍保持第一個(gè)按鍵按下時(shí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)不變。電路設(shè)有主持人控制的復(fù)位操作按鍵,當(dāng)主持人按下復(fù)位按鍵后,搶答電路清零,松開后則允許下一輪搶答。2.電路組成根據(jù)電路的邏輯功能設(shè)計(jì)出的電路如圖341所示,該電路由集成觸發(fā)器74LS175、雙4輸入與非門74LS20、四2輸入與非門74LS00、六反相器74LS04以及由555定時(shí)器構(gòu)成的脈沖產(chǎn)生電路構(gòu)成。其中S1、S2、S3、S4為4路搶答按鍵,S5為主持人復(fù)位按鍵。74LS175為四D觸發(fā)器,其內(nèi)部具有4個(gè)獨(dú)立的D觸發(fā)器,4個(gè)觸發(fā)器的輸入端分別為D1、D2、D3、D4,輸出端為

四D觸發(fā)器具有共同的上升沿觸發(fā)的時(shí)鐘端(CP)和共同的低電平有效的清零端3.3.2利用Multisim對(duì)電路進(jìn)行仿真測試1.繪制仿真電路在Multisim中參照?qǐng)D343繪制智力競賽搶答器的仿真電路。2.運(yùn)行仿真,驗(yàn)證電路功能(1)打開仿真開關(guān),按下清零開關(guān)J5后,所有指示燈滅。(2)分別按下J1、J2、J3、J4各鍵,觀察對(duì)應(yīng)指示燈是否點(diǎn)亮。(3)當(dāng)其中某一指示燈點(diǎn)亮?xí)r,再按其他鍵,觀察其他指示燈的變化。3.3.3制作電路1.元器件清單智力競賽搶答器的元器件清單如表316所示。2.電路的制作與調(diào)試(1)應(yīng)用AltiumDesigner軟件設(shè)計(jì)印制電路板。參考印制板圖如圖344所示。(2)制版。(3)安裝與調(diào)試。①

在印制板上安裝時(shí)要注意安裝工藝要求,注意集成電路的安裝方向,指示燈的正負(fù)極。②

安裝完成后,仔細(xì)檢查,用萬用表檢查各集成電路電源線連接是否正確,檢查無誤后,再通電調(diào)試。③

驗(yàn)證功能是否正確。

項(xiàng)

目

小

結(jié)(1)觸發(fā)器是數(shù)字系統(tǒng)中常用的邏輯單元,它是一個(gè)具有記憶功能的二進(jìn)制信息存儲(chǔ)元件,是構(gòu)成多種時(shí)序電路的最基本邏輯單元。觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),即“0”和“1”,在一定的外界信號(hào)作用下,可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。(2)根據(jù)邏輯功能的不同,觸發(fā)器可以分為RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器和T'觸發(fā)器。(3)基本RS觸發(fā)器是由兩個(gè)與非門(也可以是兩個(gè)或非門)輸入