張伯淳

[摘 要]運用所學的數(shù)字電子技術原理與芯片內部結構設計，結合對邏輯組合電路的理解以及對真值表數(shù)據(jù)的運用，設計出一臺可以普遍運用的搶答器。所謂搶答，即廣大綜藝節(jié)目或趣味競賽節(jié)目中必備的環(huán)節(jié)，而一款精準的搶答器則是必不可少的，幾名選手通過摁下?lián)尨鸢粹o，使芯片一個端口輸入高電平。通過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，才會輸出高電平。若兩個端口或多個端口輸入高電平，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。設計核心是對芯片多余功能的改造，使芯片達到即不影響原功能，又刪減了多余功能的效果。

[關鍵詞]數(shù)字電子技術；答器；芯片；門電路；真值表

中圖分類號：TP273.5；TN791 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）09-0111-02

1、數(shù)字電子技術及電子產品的概況

當今社會，科技飛速發(fā)展，電子技術作為不可或缺的部分也在飛速發(fā)展。電子技術的兩大部分：模擬電子技術和數(shù)字電子技術成為經濟發(fā)展的主力軍。自1946年第一臺電子計算機誕生以來，集成電路的集成度起來越高，現(xiàn)在的大型計算機依靠超大規(guī)模集成電路進行計算，每秒運算次數(shù)可用“億億次”計數(shù)，現(xiàn)在正在研究的人工智能計算機，依靠人工智能進行工作。計算速度的普遍提升提高了一些大型企業(yè)的運做效率，為經濟發(fā)展提供不小的幫助，數(shù)字控制這一方面也在不斷發(fā)展和應用，從數(shù)字控制機床出現(xiàn)以來，人們一直試圖用計算機對多臺機床進行控制，目前可以利用電子計算機對幾十臺幾百臺的數(shù)字控制機床進行集中控制。對于芯片這一電子產品，現(xiàn)狀不容樂觀。我國的芯片產業(yè)即集成電路產業(yè)與世界先進相比，差距依然很大。作為數(shù)字電子技術的重要產品，發(fā)展芯片產業(yè)的重要性及必要性已有所共識。數(shù)字電子技術的發(fā)展則必需要順應市場的需求，數(shù)字化是電子技術的必須之路。在當今時代，革新速度加快，這種革新表現(xiàn)在可編程邏輯器件中，使得電子產品趨向精細化，方便化發(fā)展。

2、關于為搶答的主體設計部分

2.1 整體設計模塊

此搶答器的原理圖如圖2.1（附錄1）。原理很簡單，即A、B、C三個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，則會輸出高電平。為了改進A、B、C同時輸入高電平， 輸出高電平這一原理，則需要改進圖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。改進后的效果即是：只有上端輸入高電平，下端輸入低電平，才會輸出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A端、B端、C端輸入低電平時，Y端輸出低電平。

當A端、B端輸入低電平，C端輸入高電平時，Y端輸出高電平。

當A端、C端輸入低電平，B端輸入高電平時，Y端輸出高電平。

當A端輸入低電平，B端、C端輸入高電平時，Y端輸出低電平。

當A端輸入高電平，B端、C端輸入低電平時，Y端輸出低電平。

當A端輸入高電平，B端、C端輸入低電平時，Y端輸出高電平。

當A端、C端輸入高電平，B端輸入低電平時，Y端輸出低電平。

當A端、B端輸入高電平，C端輸入低民平時，Y端輸出低電平。

當A端、B端、C端輸入高電平時，Y端輸出低電平。

像這樣的話，搶答器的功能也就體現(xiàn)出來了。

2.2 兩個芯片的分別介紹

2.2.1 裝置的第一部分

這個芯片是由三個輸入端經過“與非”門的彎化輸出一個值。

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

“非”門，即低電平經過可以變成高電平，高電平經過可以變成低電平。

原理圖：

當A、B、C均輸入低電平時，輸出Y為低電平。

當C輸入高電平，A、B輸入低電平時，輸出Y為高電平。

當B輸入高電平，A、C輸入低電平時，輸出Y為高電平。

當B、C輸入高電平，A輸入低電平時，輸出Y為低電平。

當A輸入高電平，B、C輸入低電平時，輸出Y為高電平。

當A、C輸入高電平，B輸入低電平時，輸出Y為低電平。

當A、B輸入高電平，C輸入低電平時，輸出Y為低電平。

當A、B、C均輸入高電平時，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，即三個端口全部輸入高電平時輸出高電平。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個輸入輸入端口C，D及一個輸出端口Y構成。

其功能是由多個“與非”門完成的讓2.2.1的三個輸入端經“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：

當輸入C、D均輸入低電平時，輸出Y為低電平。

當C輸入低電平，D輸入高電平時，輸出Y為低電平。

當C輸入高電平，D輸入低電平時，輸出Y為高電平。

當C輸入高電平，D輸入高電平時，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

萌生出設計此芯片的想法得有1年多。以前對工科感興趣，正好有認識的人在核電站工作，便對電氣工程科目做了初步的了解。高中邏輯電路部分的學習能使我理解的更透徹一些。一次偶然間，讀到了一個關于數(shù)字電子技術的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，我被一個奇怪的芯片吸引，想要完成一個霓虹燈的設計。無奈設計到最后發(fā)現(xiàn)只是拐了一個彎路，沒什么實用價值。但是通過此設計也長了教訓，那就是可以在不改變原有設計的情況下，通過增加和刪減剔除無用的功能，增加有用的功能。也可以多個芯片同時使用來滿足一個芯片所不能達到的效果，就這樣，在一次綜藝節(jié)目里，我對其重要的道具——搶答器產生了興趣，聯(lián)想到曾經見到過的芯片，應對其無用的功能進行改裝。與另外一芯片的結合便可完成。于是這搶答器便設計出來了。

結束語

在當今這個信息化快速發(fā)展的社會，數(shù)字電子技術勢必成為主流。根據(jù)數(shù)字電子技術設計出的產品也勢必廣泛普及。就目前的發(fā)展情況而言，每一個電視節(jié)目，每一個電腦的軟件，都離不開基礎的數(shù)字電子技術原理。在我的家鄉(xiāng)，我的學校，黑板早已被大屏幕取代，現(xiàn)代化教學提高了教育質量。數(shù)字電子技術的發(fā)展定會成為信息化發(fā)展的主力軍。

參考文獻

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