搶答器原理的設(shè)計(jì)

張伯淳

[摘 要]運(yùn)用所學(xué)的數(shù)字電子技術(shù)原理與芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合對(duì)邏輯組合電路的理解以及對(duì)真值表數(shù)據(jù)的運(yùn)用，設(shè)計(jì)出一臺(tái)可以普遍運(yùn)用的搶答器。所謂搶答，即廣大綜藝節(jié)目或趣味競(jìng)賽節(jié)目中必備的環(huán)節(jié)，而一款精準(zhǔn)的搶答器則是必不可少的，幾名選手通過(guò)摁下?lián)尨鸢粹o，使芯片一個(gè)端口輸入高電平。通過(guò)與門和與非門的控制，才能輸出高電平。輸入端只有摁得最快的那一端輸入高電平，才會(huì)輸出高電平。若兩個(gè)端口或多個(gè)端口輸入高電平，則輸出低電平。在總的輸出端口Y處接一LED指示燈，用指示燈的亮滅進(jìn)行顯示是否搶答完畢。這樣，使用這一原理即可完成搶答的工作。設(shè)計(jì)核心是對(duì)芯片多余功能的改造，使芯片達(dá)到即不影響原功能，又刪減了多余功能的效果。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字電子技術(shù)；答器；芯片；門電路；真值表

中圖分類號(hào)：TP273.5；TN791 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）09-0111-02

1、數(shù)字電子技術(shù)及電子產(chǎn)品的概況

當(dāng)今社會(huì)，科技飛速發(fā)展，電子技術(shù)作為不可或缺的部分也在飛速發(fā)展。電子技術(shù)的兩大部分：模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主力軍。自1946年第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生以來(lái)，集成電路的集成度起來(lái)越高，現(xiàn)在的大型計(jì)算機(jī)依靠超大規(guī)模集成電路進(jìn)行計(jì)算，每秒運(yùn)算次數(shù)可用“億億次”計(jì)數(shù)，現(xiàn)在正在研究的人工智能計(jì)算機(jī)，依靠人工智能進(jìn)行工作。計(jì)算速度的普遍提升提高了一些大型企業(yè)的運(yùn)做效率，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供不小的幫助，數(shù)字控制這一方面也在不斷發(fā)展和應(yīng)用，從數(shù)字控制機(jī)床出現(xiàn)以來(lái)，人們一直試圖用計(jì)算機(jī)對(duì)多臺(tái)機(jī)床進(jìn)行控制，目前可以利用電子計(jì)算機(jī)對(duì)幾十臺(tái)幾百臺(tái)的數(shù)字控制機(jī)床進(jìn)行集中控制。對(duì)于芯片這一電子產(chǎn)品，現(xiàn)狀不容樂(lè)觀。我國(guó)的芯片產(chǎn)業(yè)即集成電路產(chǎn)業(yè)與世界先進(jìn)相比，差距依然很大。作為數(shù)字電子技術(shù)的重要產(chǎn)品，發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)的重要性及必要性已有所共識(shí)。數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展則必需要順應(yīng)市場(chǎng)的需求，數(shù)字化是電子技術(shù)的必須之路。在當(dāng)今時(shí)代，革新速度加快，這種革新表現(xiàn)在可編程邏輯器件中，使得電子產(chǎn)品趨向精細(xì)化，方便化發(fā)展。

2、關(guān)于為搶答的主體設(shè)計(jì)部分

2.1 整體設(shè)計(jì)模塊

此搶答器的原理圖如圖2.1（附錄1）。原理很簡(jiǎn)單，即A、B、C三個(gè)端口任一端口輸入高電平，Y端輸出高電平，要完成這一原理，需要用到圖2.2.1和圖2.2.2兩個(gè)芯片，這們分別能完成的功能是：

圖2.2.1的A端輸入高電平，B、C端輸入低電平或B端輸入高電平，A、C端輸入低電平或C端輸入高電平，AB端輸入低電平，則會(huì)輸出低電平。圖2.2.2的輸入兩端口任意一端輸入高電平，則會(huì)輸出高電平。為了改進(jìn)A、B、C同時(shí)輸入高電平， 輸出高電平這一原理，則需要改進(jìn)圖2.2.2，使其任意一輸入端拉出一根線與輸出端作為兩輸入端接在“與”門上。改進(jìn)后的效果即是：只有上端輸入高電平，下端輸入低電平，才會(huì)輸出Y。這樣，用圖2.2.1的輸出端做為圖2.2.2的輸入端的上端線；將圖2.2.1的輸入端A、B、C拉出三根線接入一“與”門后輸出的端口做為圖2.2.2的輸入端的下端線，即可完成這一功能。

原理圖：

當(dāng)A端、B端、C端輸入低電平時(shí)，Y端輸出低電平。

當(dāng)A端、B端輸入低電平，C端輸入高電平時(shí)，Y端輸出高電平。

當(dāng)A端、C端輸入低電平，B端輸入高電平時(shí)，Y端輸出高電平。

當(dāng)A端輸入低電平，B端、C端輸入高電平時(shí)，Y端輸出低電平。

當(dāng)A端輸入高電平，B端、C端輸入低電平時(shí)，Y端輸出低電平。

當(dāng)A端輸入高電平，B端、C端輸入低電平時(shí)，Y端輸出高電平。

當(dāng)A端、C端輸入高電平，B端輸入低電平時(shí)，Y端輸出低電平。

當(dāng)A端、B端輸入高電平，C端輸入低民平時(shí)，Y端輸出低電平。

當(dāng)A端、B端、C端輸入高電平時(shí)，Y端輸出低電平。

像這樣的話，搶答器的功能也就體現(xiàn)出來(lái)了。

2.2 兩個(gè)芯片的分別介紹

2.2.1 裝置的第一部分

這個(gè)芯片是由三個(gè)輸入端經(jīng)過(guò)“與非”門的彎化輸出一個(gè)值。

“與”門，即所有端口均輸入高電平，才會(huì)輸出高電平。若有任意一個(gè)或幾個(gè)端口輸入低電平，則整體輸出低電平。

“非”門，即低電平經(jīng)過(guò)可以變成高電平，高電平經(jīng)過(guò)可以變成低電平。

原理圖：

當(dāng)A、B、C均輸入低電平時(shí)，輸出Y為低電平。

當(dāng)C輸入高電平，A、B輸入低電平時(shí)，輸出Y為高電平。

當(dāng)B輸入高電平，A、C輸入低電平時(shí)，輸出Y為高電平。

當(dāng)B、C輸入高電平，A輸入低電平時(shí)，輸出Y為低電平。

當(dāng)A輸入高電平，B、C輸入低電平時(shí)，輸出Y為高電平。

當(dāng)A、C輸入高電平，B輸入低電平時(shí)，輸出Y為低電平。

當(dāng)A、B輸入高電平，C輸入低電平時(shí)，輸出Y為低電平。

當(dāng)A、B、C均輸入高電平時(shí)，輸出Y為低電平。

比較我們想要的搶答功能，此裝置多了一項(xiàng)，即三個(gè)端口全部輸入高電平時(shí)輸出高電平。若想要它輸出低電平，則需要第二部分裝置2.2.2裝置的第二部分，這第二部分是由2個(gè)輸入輸入端口C，D及一個(gè)輸出端口Y構(gòu)成。

其功能是由多個(gè)“與非”門完成的讓2.2.1的三個(gè)輸入端經(jīng)“與”門后作2.2.2圖的D輸入端，讓2.2.1的輸出端作為2.2.2圖的C輸入端，圖2.2.2如下：

原理圖：

當(dāng)輸入C、D均輸入低電平時(shí)，輸出Y為低電平。

當(dāng)C輸入低電平，D輸入高電平時(shí)，輸出Y為低電平。

當(dāng)C輸入高電平，D輸入低電平時(shí)，輸出Y為高電平。

當(dāng)C輸入高電平，D輸入高電平時(shí)，輸出Y為低電平。

依據(jù)上述原理，連接圖2.2.1與圖2.2.2即可。

3、 心得體會(huì)

萌生出設(shè)計(jì)此芯片的想法得有1年多。以前對(duì)工科感興趣，正好有認(rèn)識(shí)的人在核電站工作，便對(duì)電氣工程科目做了初步的了解。高中邏輯電路部分的學(xué)習(xí)能使我理解的更透徹一些。一次偶然間，讀到了一個(gè)關(guān)于數(shù)字電子技術(shù)的PPT，里面介紹的芯片千奇百怪，都能完成各式各樣的功能，最初，我被一個(gè)奇怪的芯片吸引，想要完成一個(gè)霓虹燈的設(shè)計(jì)。無(wú)奈設(shè)計(jì)到最后發(fā)現(xiàn)只是拐了一個(gè)彎路，沒(méi)什么實(shí)用價(jià)值。但是通過(guò)此設(shè)計(jì)也長(zhǎng)了教訓(xùn)，那就是可以在不改變?cè)性O(shè)計(jì)的情況下，通過(guò)增加和刪減剔除無(wú)用的功能，增加有用的功能。也可以多個(gè)芯片同時(shí)使用來(lái)滿足一個(gè)芯片所不能達(dá)到的效果，就這樣，在一次綜藝節(jié)目里，我對(duì)其重要的道具——搶答器產(chǎn)生了興趣，聯(lián)想到曾經(jīng)見(jiàn)到過(guò)的芯片，應(yīng)對(duì)其無(wú)用的功能進(jìn)行改裝。與另外一芯片的結(jié)合便可完成。于是這搶答器便設(shè)計(jì)出來(lái)了。

結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)今這個(gè)信息化快速發(fā)展的社會(huì)，數(shù)字電子技術(shù)勢(shì)必成為主流。根據(jù)數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品也勢(shì)必廣泛普及。就目前的發(fā)展情況而言，每一個(gè)電視節(jié)目，每一個(gè)電腦的軟件，都離不開(kāi)基礎(chǔ)的數(shù)字電子技術(shù)原理。在我的家鄉(xiāng)，我的學(xué)校，黑板早已被大屏幕取代，現(xiàn)代化教學(xué)提高了教育質(zhì)量。數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展定會(huì)成為信息化發(fā)展的主力軍。

參考文獻(xiàn)

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