八路竞赛抢答器的设计方案.docx

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八路竞赛抢答器的设计方案

八路竞赛抢答器的设计方案

一，设计题目、目的及要求

1.1设计题目

8路抢答器的设计

1.2设计目的

1、熟悉74ls148、74ls28、74ls29的功能和应用掌握其工作原理，并熟练运用它们。

2、熟悉面包板的使用。

3、掌握数字抢答器的工作原理以及制作方法。

4、增强动手能力，把握严谨的工作态度。

5、熟练运用所学习的模电及数电知识。

1.3设计要求

1、八个选手或代表队参加比赛，编号0，1，2，3，4，5，6，7，各用一个抢答按钮，其编号与参赛者的号码一致。

此外，一个按钮给主持人用来清零；

2、抢答器具有数据锁存功能，并将所锁存的数据用数码管显示出来；

3、数码管不显示后动作选手编号，只显示先动作选手编号，并保持到主持人清零为止；

4、选手只有在主持人说开始抢答后才能开始抢答拨动开关。

5、并且抢答结束后裁判没有清零，选手不得动自己的开关。

二、方案设计

2.1、总体设计思路

按照题目的要求，经过自己的思考与分析以后，将思路确定。

要满足题目所说的，要能完成抢答功能，当某一个选手输入后，屏幕上能显示出该选手的号码，同时通过锁存能限制其他选手的抢答，并且自己抢答后，由于锁存效果也不能反悔。

当抢答开始时，主持人未说开始抢答时，裁判的开关置于清零端，由于此时数码管处于灭灯状态，所以无论选手如何操作，数码管也不会有数据显示，由此想到用裁判来控制清零端，当裁判清零时，即可清除数码管上的数字，并且由于开始时屏幕上不能有显示，所以当裁判置于开始端的时候，数码管译码器的灭灯输入端依然是灭灯输入，只有当选手触发时才能改变电平，输入内容。

另外锁存端必然是反馈锁存，所以要使用后面芯片的信号来反馈给前面的芯片的使能端以控制其使能输入，由此阻断其他选手的输入信号。

锁存后如果没有其他信号去解锁，系统就处于禁止工作状态不能再工作，所以想到要用裁判清零来控制使能端，在消除数码管显示的同时来解锁使能端，让电路恢复其功能。

2.2、方案设计

2.2.1设计方案1（个人方案）

根据以上思路，决定使用以下流程图作为本次课程设计的方案，基本能实现抢答器的功能，可以完成说明书上的要求。

流程图如图2-1所示。

7段共阴极数码管

图2-1

根据上面的流程图，由于有8个选手故选用74ls1488-3译码器，同时含有使能输入段用于锁存，并且含有使能输出端用于反馈。

数码管译码器选用74ls48七段译码器，用裁判来控制清零端BI/RBO，另外由于74ls148锁存后A0，A1，A2，GS输出端全部变成高电平，会影响数码管上的数据，所以需要锁存器来保持输出数据不改变，由此想到用RS锁存器来保持数据，当R=S=0时状态保持，数据不会改变。

最后数码管选用七段共阴极数码管以配合74ls48。

因此得出以下电路图，自我设计电路图如图2-2所示。

图2-2

分析说明

由于选手1的输出数据是0，而当74ls148输入0的时候，输出端A0、A1、A2的输出电位不会改变，所以我们对选手1采用的是强制置一法，直接将选手一通过高电平接到数码管译码器的BI/RBO端和反馈端。

74ls148的使能输入端EI是低电平有效，当EI为高电平时，会使输出端A0、A1、A2全部为高电平，所以裁判清零端必须是清零时，接低电平，开始可以不接，这样也同时满足了74ls48的灭灯输入，当BI/RBO为高电平时输入数据，为低电平时清零，即屏幕变黑，这样完成了裁判的功能，裁判左边要接一个电阻防止裁判悬空时电路短路，但是这样之后在运用裁判功能时，如果裁判未动而选手擅自将拨下去的开关拨起来就会使裁判开始行使功能时产生高阻态，进而阻止电路的运行，所以裁判未拔起开关时，选手不能动开关。

参照74ls148功能表，其输出电位与74ls48的输出是相反的，由此想到利用反相器，但是这样就不具有保持数据的功能，由此想到利用74ls279芯片，由4个RS触发器组成，并且其输入都是R非和S非，当R=S=0时，就可以起到保持数据的功能，当R=S=1时，输出端Q为1正好起到反相的功能，同时解决反相以及保持数据的问题，由于74ls148时低电平输入，所以选手采用低电平输入，右接电阻保持电位防止短路，运用74ls279将74ls148的GS输出端接在上面后，根据真值表，GS初始是高电平，然后在信号输入时会变成低电平，由此使Q输出变成高电平正好起到反馈锁存的作用。

根据分析说明，完成上述电路图。

原理说明

首先是各个选手对应的号码0、1、2、3、4、5、6、7，每个选手所站的位置为SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6、SW7。

裁判的清零端是置于低电平，开始是将开关置于下方，当宣布比赛开始时，裁判将开关置于下方，开始抢答，这时选手按下抢答按钮，例如第一次是六号先按下抢答按钮，这时74ls148的6号输入端会变成低电平，然后输出端A1、A2会由高电平变成低电平，GS也会由高电平变成低电平，由此第一个，第三个，第四个RS触发器的R非和S非输入端都会变成低电平，输出端Q为高电平，所以74ls48的输入端C、B、BI/RBO就会变成高电平，根据74ls48真值表，输出6同时由于第一个右端输出高电平，故74ls148的使能端EI以及RS触发器的R端会变成高电平，另外由于EI端变成高电平，其输出端A0、A1、A2都会变成高电平，所以R非和S非都变成高电平，由此保持数据，实现锁存功能，其他选手输入无效，并且自己无法反悔，裁判清零，使BI/RBO输入端以及EI输入端均变成低电平，选手拔起开关，抢答器可再次工作。

2.2.2方案2（小组设计方案）

小组设计方案如图2-3所示

图2-3

上述设计方案是利用D锁存器，利用与非门将输出端连接做锁存信号，利用LE端变成低电平阻止选手信号的输入，从而起到锁存的作用，裁判清零会使LE变成高电平，恢复电路功能。

2.3方案比较

小组方案明显优于自己设计的方案，小组方案实现的功能更为强大和便捷，更有利于抢答的实现，另外小组方案均使用的弹簧开关，符合抢答器的风格，自己设计的方案也能实现要求的功能，基本完成功能，但布线较为繁琐，小组方案布线较为简单，易懂直观，一定程度上降低了错误出现的概率。

，

3、器件选择

3.1电阻

电阻均选用10K的电阻

3.274LS148

3.2.1功能表

74LS148功能表如表3-1所示

表3-1

3.2.2管脚图

74LS148管脚图如图3-1所示

图3-1

3.3.3功能介绍

该芯片为16脚芯片，EI为使能输入端，低电平有效，EI为高电平时，输出全为高电平，GS为使能输出端，只有EI为低电平并且满足0到7有低电平输入时，GS才有低电平输出，才能满足电路要求。

3.374ls279

3.3.1管脚图

74LS279管脚图如图3-2所示

图3-2

3.3.2功能表

74LS279功能表如表3-2所示

表3-2

3、功能介绍

这次设计用到其中两个，R非等于S非等于低电平时输出为高电平，R非等于S非等于高电平时，保持数据。

3.474LS48

3.4.1管脚图

74LS48管脚图如图3-3所示

图3-3

3.4.2功能表

74LS48功能表如表3-3所示

表3-3

3.4.3功能介绍

译码器，本设计中由于使用的是共阴极数码管，需要高电平输出的译码器，所以使用74LS48优先译码器。

四、部分电路设计

4.1抢答电路

抢答器电路如图4-1所示

图4-1

由选手开关和74ls148芯片构成，作为选手的输入端，用于选手抢答，将抢答信号输入到锁存电路。

4.2锁存电路

锁存电路如图4-2所示

图4-2

由74ls148芯片和74ls279芯片构成，74ls279将74ls148输入的信号做转换与反馈实现锁存功能。

4.3输出显示电路

输出显示电路如图4-3所示

图4-3

本电路由74ls48和共阴极数码管组成，用于显示抢答选手的号码，便于分别。

5、调试与检测

5.1、调试中故障及解决办法

第一次连完电路，电路无法显示0，原因是0号选手的低电平输入并不会改变输出电平，后改用强制置0法，成功输出0。

调试中发现当裁判按下开始键后，选手如果连续将开关闭合在开启，裁判端会由于高阻态而出现电平不能被确定，所以只有裁判先清零，才能保证下一次的运行。

5.2、调试与运行结果

按照上述方案解决问题后，连出正确的电路图，根据正确的操作方法可以得到预期的结果。

6、仿真操作步骤及使用说明

用proteus仿真软件进行仿真，将原件摆放好，按照图示电路连接好，首先裁判置于开始端，然后选手抢答，输出数据，能得到预期结果，说明仿真成功，没有出现问题，仿真电路图如图6-1所示

图6-1

结束语

通过这次课程设计，进一步深化了对数电、模电的学习以及理解，同时在实验中也对各种芯片有了新的了解，认识了更多的芯片，也学会了运用更多的芯片，这些必将有利于今后的学习。

同时，通过本次设计，自己的动手能力也有了很大的提升，从设计电路图到仿真到实物连接，从思考到动手，从芯片的认识到连接电路图到仿真软件的应用，在本次设计后，我对这些都有了全新的认识，对电路图的理解以及仿真软件的应用都上升到了一个新的高度，在大家的一起努力下，完成了电路图的设计与仿真，也培养了团队合作能力以及大家的动手能力，在团队合作中，我们团队的凝聚力也在逐渐变强，大家的距离在缩短。

虽然自己的设计不太成功，但是，通过这次课程设计，我找到了很多自己的不足，也学会了很多，总结了很多。

总之，通过这次设计我学会了很多也提升了很多，不仅是学习上的，还有生活上的，这次课程设计，获益匪浅。

参考文献

【1】周惠朝.常用电子元件及典型应用.电子工业出版社，2005

【2】康华光.电子技术基础-数字部分（第五版），高等教育出版，2006.1

【3】高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社，2002

【4】陈永甫主编.数字电路基础及快速识图.人民邮电出版社，2006.5

【5】包亚萍主编.数字逻辑设计与数字电路实验技术.中国水利出版社，2003

附录电路图

个人电路图如图附录-1所示

图附录-1

小组电路图如图附录-2所示

图附录-2