智力竞赛抢答器逻辑电路设计

如图（3－3）所示抢答器由控制电路、显示电路和声音提示电路3部分组成。锁存型D触发器CD4042、与非门IC2-1CD4042等元器件组成抢答控制电路；Q1—Q4、LED1~LED4等元器件组成显示电路；与非门IC3CD4011等元器件组成声音提示电路。J1A—J4A是抢答按钮，J5A位按钮。四位锁存器D触发器CD4042是整个电路的核心器件，当POL6脚接高电平时，D触发器的输出状态由输入时钟脉冲的极性决定，即CP=1时，传输数据，CP=0时锁存数据。

当Q1—Q4没有按下时，CD4042的个输入端D1~D4经过电阻R1~R4上拉为高电平，因此其输出端Q1~Q4均输出高电平，Q1-Q4输出为低电平，Q1—Q4均截止，发光二极管LED1~LED4均不亮。此时与非门IC2-1CD4012输出低电平，由U4A、U6A CD4011等元器件组成的门控多谐振荡器处于停振状态，提示音电路不工作。同时与非门U3ACD4042输出低电平，使得U5A CD4011输出高电平，即CP=1，D触发器处于数据传输状态。假如SA1被按下，此时D1=0，Q1=0，使得U2A4042输出为高电平 ，U5A CD4011为低电平，即CP=0，D触发器转入锁存状态，再按下其他按钮，电路不再响应。同时CD4042的Q1=1，VY1接通，LED1点亮，显示第一路抢答。

在按下S1A的同时，与非门U3A输出高电平，门控多谐振荡器起振，由Q5驱动扬声器发出提示音。门控振荡器的振荡频率由R14、C1的参数决定，振荡频率约为800HZ。

SA5是复位按钮，按下J5A，可使与非门U5A CD4011的一个输入端置零，其输出变为高电平，即CP=1，电路又回到Q1~Q4=1，Q1~Q4=0的初始状态，为下一轮抢答做好准备，其他3路的工作原理与之相同。 （5）总电路仿真分析

四、电路的安装与调试

数字电路系统的设计完成后，一个重要的步骤是安装调试。这一步是对

设计内容的检验，也是设计修改的实践过程，是理论知识和实践知识综合应用的重要环节。安装调试的目标是使设计电路满足设计的功能和性能指标，并且具有系统要求的可靠性、稳定性、抗干扰能力。这里简要叙述安装调试数字电路的几个步骤。

（1） 检测电路元件

最主要的电路元件是集成电路，常用的检测方法是用仪器测量、用电路实验或

用替代方法接入已知的电路中。集成电路的检测仪器主要用集成电路测试仪，还可用数字电压表作简易测量。实验电路则模拟现场应用环境测试集成芯片的功能。替代法测试必须具备已有的完好工作电路，将待测元件替代原有器件后观察工作情况。

除集成电路芯片外，还应检测各种准备接入的其他各种元件，如三极管、电阻、电容、开关、指示灯、数码管等。应确信元件的功能正确、可靠才能装入电路安装。

（2） 电路安装

数字电路系统在设计调试中，往往是先用面包板进行试装，只有试装成功，经 调试确定各种待调整的参数合适后，才考虑设计成印制电路。

试装中，首先要选用质量较好的面包板，使各接插点和接插线之间松紧适度。安装中的问题往往集中在接插线的可靠性上，特别需要引起注意。

安装的顺序一般是按照信号流向的顺序，先单元后系统、边安装边测试的原则进行。先安装调试单元电路或子系统，在确定各单元电路或子系统成功的基础上，逐步扩大电路的规模。各单元电路的信号连接线最好有标记，如用特别颜色的线，以便能方便断开进行测试。 （3） 系统调试

系统调试试将安装测试成功的各单元连接起来，加上输入信号进行调试，发现 问题则先对故障进行定位，找出问题所在的单元电路。一般采用故障现象估测法（根据故障情况估计问题所在位置）、对分法（将故障大致所在部分的电路对分成两部分，逐一查找）、对比法（将类型相同的电路部分进行对比或对换位置）等。

系统测试一般分静态测试和动态测试。静态测试时，在各输入端加入不同电平值，加高电平（一般接1千欧以上电阻到电源）、低电平（一般接地）后，用数字万用表测量电路各主要点的电位，分析是否满足设计要求。动态测试时，在各输入端接入规定的脉冲信号，用示波器观察各点的波形，分析它们之间的逻辑关系和延时。

除了调试电路的正常工作状态外，另外特别要注意调试初始状态、系统清零、预置等功能，检查相应的开关、按键、拨盘是否可靠，手感是否正常。

五、总结与体会

1、结果分析：

当在主持人将开关S5A清零宣布抢答开始命令后，S1A、S2A、S3A先后将开关闭合后后，LED1亮，说明CD4042将1组的信号锁存 ，LED1亮，扬声器发出声响，主持人判别出第一组抢答成功，其他组的显示不亮，没有抢答成功（如图3-13）所示。从以上结论可以看出本电路的设计符合设计要求。 2、总结

这次设计培养了我运用所学理论知识和技能，分析解决计算机应用实际问题能力。 以及掌握设计计算机课题的思想和方法，树立严肃认真工作作风和调查研究、查阅技术文献、资料、手册及编写技术文献的能力。 同时在生产实践中所涉及的一些实践问题，又促使我带着疑问积极地探索。进行设计从知识技能的准备到心理的充分认识都具备了较好的基础。