基于74LSll2JK觸發(fā)器的搶答器設(shè)計(jì)

摘要：根據(jù)JK觸發(fā)器在每個(gè)時(shí)鐘脈沖作用時(shí)間內(nèi)，其狀態(tài)只變化一次，而且不同引腳都可以使觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生改變的特性，給出了用JK觸發(fā)器來設(shè)計(jì)搶答器的設(shè)計(jì)方法及仿真，同時(shí)給出了用74LSll2JK觸發(fā)器設(shè)計(jì)搶答器的最優(yōu)設(shè)計(jì)方法及思路。
關(guān)鍵字：JK觸發(fā)器；搶答器；清零；屏蔽

O 引言
    搶答器是利用觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)主持人開關(guān)清零、搶答者搶答及屏蔽未搶答成功者的一種儀器，它通過搶答者的指示燈顯示并指示出第一搶答者。故可廣泛應(yīng)用于各種智力搶答比賽中。本文以74LSll2觸發(fā)器設(shè)計(jì)三人搶答器為例，給出了其設(shè)計(jì)方法。

1 設(shè)計(jì)要求
    根據(jù)一般搶答器的現(xiàn)場使用情況，本搶答器應(yīng)符合以下要求：
    (1)應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)主持人開關(guān)和三人搶答開關(guān)；
    (2)按下主持人開關(guān)，個(gè)人指示燈滅，并解除對搶答人的封鎖，這要求電路中的主持人開關(guān)可以使電路恢復(fù)到初始狀態(tài)；
    (3)按下個(gè)人開關(guān)，自身的指示燈亮，同時(shí)封鎖其他人的搶答；這要求電路具有記憶功能及屏蔽功能。
    本設(shè)計(jì)采用的74LSll2是雙下降沿J-K觸發(fā)器，其功能表如表1所列。

2 設(shè)計(jì)方案
    搶答器設(shè)計(jì)具有多種方案，下面給出的幾種方案的設(shè)計(jì)電路：
    第一種方案是利用清零，搶答者的起始端接GND。搶答成功者比別人領(lǐng)先按下開關(guān)時(shí)，J由0變?yōu)?，Q變?yōu)楦唠娖?，變?yōu)榈碗娖?，并通過與非門封鎖其他人的搶答開關(guān)。其電路如圖1所示。

    第二種方案是利用端使觸發(fā)器置1而有效清零，指示燈接在端。搶答前，搶答開關(guān)接在高電平上，搶答成功者比別人搶先接下開關(guān)，其將接于低電平，K端由0變?yōu)?，對應(yīng)指示燈變亮，同時(shí)屏蔽其他搶答者。其電路如圖2所示。

    第三種方案是利用端清零，搶答前，搶答者開關(guān)接地，搶答成功者，將領(lǐng)先將開關(guān)接到高電平，并提供給JK觸發(fā)器一個(gè)下降沿，在J、K同為1的情況下，觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，指示燈變亮，同時(shí)屏蔽其他搶答者開關(guān)。其電路如圖3所示。

    第四種方案的清零原理與上述幾種方案相同。搶答前，搶答者開關(guān)接地，搶答成功者先于別人將開關(guān)接于高電平，然后指示燈變亮。該方案的原理電路如圖4所示。

    第五種方案是利用使觸發(fā)器置1清零，搶答者利用搶答，搶答原理不再贅述。其電路如圖5所示。

    在上述方案中，74LS74是雙D觸發(fā)器，只要將74LSll2的J、K端同時(shí)接至高電平，即可利用以上五種方案中的方案三、四、五來設(shè)計(jì)一種簡單的搶答器。

3 設(shè)計(jì)方法
    只要明白觸發(fā)器的原理，就可利用觸發(fā)器設(shè)計(jì)智力搶答器，從而一步步實(shí)現(xiàn)要實(shí)現(xiàn)的功能。
3．1 清零功能的實(shí)現(xiàn)
    實(shí)現(xiàn)清零功能的關(guān)鍵是主持人開關(guān)的設(shè)計(jì)。JK觸發(fā)器中有兩個(gè)端口可以不受Cp控制，可直接控制輸出(即、端)，考慮到主持人開關(guān)一般都是由指示燈亮到指示燈滅，因此，對應(yīng)不同的清零方法，應(yīng)將指示燈接到不同的輸出端(Q、端）。如果利用清零，則應(yīng)該將指示燈接到Q，反之，則應(yīng)該將指示燈開關(guān)接到端，不用的、應(yīng)該接高電平。但應(yīng)注意：、不能同時(shí)為O，否則，開關(guān)應(yīng)該用能自復(fù)原的開關(guān)。
3．2 搶答功能的實(shí)現(xiàn)
    JK觸發(fā)器的指示燈可以由、、Cp、J、K等五個(gè)端口分別控制輸出指示燈的亮與滅，所以，可以用五種方法實(shí)現(xiàn)搶答功能，但一定要考慮到、端不可同時(shí)為1的情況，另外，不同的方法也具有不一樣的Cp輸入頻率要求。
3．3 搶答失敗的屏蔽
    要實(shí)現(xiàn)屏蔽搶答未成功者的功能，可以利用的邏輯電路有與門、或門、與非門、或非門四種，選擇門電路后，對應(yīng)不同的門電路，可以選擇接輸入端，其方法(以與非門為例)是：與非門要求在所有輸入都為1的情況下輸出為0，故應(yīng)將起始是1的輸出端接到與非門的輸入端，然后確定起始開關(guān)此時(shí)是從高電平接到低電平還是從低電平接到高電平。一般情況下，為了防止外界對整體電路的影響，搶答時(shí)通常是將開關(guān)從低電平接到高電平，最后，反推選擇的接到門電路的JK輸出端是否符合要求即可。本文所述各種方案的利弊比較如表2所列。

所以，綜合所有因素，可以確定方案三為最佳方案。

4 結(jié)束語
    JK觸發(fā)器控制清零端的端口包括2種方案，而實(shí)現(xiàn)搶答功能的方案有5種，實(shí)現(xiàn)屏蔽其他人的開關(guān)包括4種方案。它們各有利弊，只要明白
JK觸發(fā)器的原理，然后根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能，就可以設(shè)計(jì)出搶答方案。最后，再綜合考慮各方案的利弊，從而設(shè)計(jì)出最佳方案。另外，由于D觸發(fā)器是JK觸發(fā)器接到一起就可以實(shí)現(xiàn)，因此，本文所介紹的方案三、四、五也適用于D觸發(fā)器。