数字抢答器设计.docx
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数字抢答器设计
西安邮电学院
数字电路课程设计报告书
——数字抢答器
题目：
抢答器的设计
一实验目的
1、掌握四人智力竞赛抢答器电路的设计、组装与调试方法。
2、熟悉数字集成电路的设计和使用方法。
3、掌握小型数字系统的设计方法、组装、和调试技术，将孤立、零碎的电路及电子学知识融汇到实际产品中去。
4、巩固数字电子技术所学的理论，着重解决工程实践的动手能力、创新
能力和进行综合设计的能力
二实验要求
1.抢答器同时供4名选手抢答，分别用4个按钮DI~D4表示。
2.设置一个系统清除和抢答控制开关S,该开关由主持人控制。
3.抢答器具有锁存与显示功能。
即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
4.抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如
10秒）。
当主持人启动"开始"键后，定时器进行计时（0~9）。
5.参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，绿灯亮，并保持到主持人将系统清除为止。
6.如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，禁止抢答，定时显示器上显示9,显示抢答人组号的数码管此时显示无用字符，且红灯亮。
7.在主持人未启动“开始”键前，如有抢答者则其对应的红灯亮，同时数码管显示其号码。
8选做功能：
要求不仅要显示组号，还要显示抢答的次序。
三使用元件
所用器材如下图所示：
-H-l_L心片
数量
-H-l_L心片
数量
555
一片
74LS161
一片
74LS75
一片
74LS32
一片
74LS48
两片
74LS20
一片
74L04
一片
数码管
两个
74L08
一片
发光二极管
2个
电容:
0.01uf
一个
电阻
5个
电容：
4.7uf
一个
面包板
一块
四总体方案的设计
如图所示为总体方框图。
其工作原理为：
接通电源后，主持人开关开始时接地处于禁止状态，编号显示器灭灯，开关灯灭，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始"端，宣布"开始"，开关灯亮，抢答器工作，同时定时器倒计时。
选手犯规提前抢答时，抢答器完成：
编号锁存、编号显示以及对应红灯亮。
选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：
优先判断、编号锁存、编号显示。
当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。
如果再次抢答必须由主持人再次将开关接地并重新复位。
数字抢答器框图:
五单元电路的设计
1、输入控制电路：
此电路要求能够区分抢答者是否违规：
若输入的抢答信号是在“抢答开始”命令下达之前发出，则该抢答者犯规，输入控制电路应发出“抢答无效”信号，并配合抢先信号锁定电路使抢答者所在组对应的指示灯亮；若抢答信号是在“抢答开始”命令下达之后发出，则抢答有效。
经过分析，我认为主持人控制可以用控制电源开关来实现，判断抢答信号是否有效可以用抢先信号锁定电路配合基本的与非门和发光二极管来实现。
2、脉冲产生电路
产生脉冲的波型为
SW-SPDT
3、编码电路:
用8线-三线优先编码器（即芯片74148）来实现。
经过本人分析，并结合74148的功能表可知，当74LS75的输出端Q1,Q2,Q3,Q4分别接74148的6，5，4，3输入端时，则经过七段显示译码器后，最终输出将为1，2,3,4。
4、译码显示电路：
译码电路把“有效”或“无效”抢答的抢答者小组序号用数码管
显示出来。
若超出答题时间，译码器将会一直显示为7,此时再抢答也不会起作用。
译码电路用七段显示译码器74LS48和数码管实现。
只要将各个管脚对应到连接起来，就能正确到显示计时、犯规
和抢答者的序号。
其真值表及逻辑电路图分别如图5和图6:
输入
输出
显示字符
D3
D2
D1
D0
a
b
c
d
e
f
g
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
2
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
3
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
4
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
5
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
6
0
1
1
1
1
1
1
0
IIQ
0
Q
0
0
7
1
0
0
01
J56
7
1
U8
1
9
1
A
1
1
8
1
0
0
12
11
1
2
1
0
1
0
1
1
9
图574LS48真值表
U6
7
1
2
13
12
11
10
9
15
14
A
QA
B
QE-
C
QC
D
QD
BI/RBO
QE*
RBI
QF
LT
qG
74LS48
6
A
5、用一片74LS16174LS04译码器74LS48做成。
把161做成模十
计数器，开始时置数端为0110,161的输出端各接一个非门，就做成了倒计时计数器，再经过48译码，数码管显示9,当从0110一直循环到1111，完成一次循环后，当它再变成0000时，非门输出的结果是1111，这时4个信号接入一个与非门出来接到161的CTt端，完成保持功能，主持人开关直接接到161的LD端，而161的CTp端接的是74ls148的YeX端，161非完的输出信号接入74IS48并接数码显示管，当有人在规定时间内抢答时，CTp变0,161输出保持，数码显示管锁定时间，当有人提前抢答时，因为这时LD端为0,所以161输出处于锁定状态，对计时没有影响，当10秒后无人抢答时，CTt端为0,161又处于锁定状态，时间不变，四与非门的输出信号是和前面说过的YX的非相与接入抢答电路部分的74IS48的RBO端，10秒后无人
抢答时，抢答电路的74IS48停止工作，数码显示管显示0,直到主持人重新开始重置和开始。
74LS161功能真值表:
计数器输入
译码器输入
数码管的示数
0110
1001
9
0111
1000
8
1000
0111
7
1001
0110
6
1010
0101
5
1011
0100
4
1100
0011
3
1101
0010
2
1110
0001
1
1111
0000
0
计时电路图：
6、时序控制电路：
由74LS148编码器，74LS75D触发器，74LS48译
码器和数码管组成
7、抢答、锁存：
电路图的逻辑功能测试:
由上述所有设计思路结合图7,我在电脑上用仿真系统软件对电路进行了调试，最终调试成功。
功能都符合要求。
而且我在面包板上接的电路也调试成功，各项基本功能都很完整。
调试过程如下所示:
功能测试一：
有效抢答测试
在主持人控制端接高电平后74LS75中D1接高电平，即在主持人发出“抢答开
始”命令后的第10秒钟，第一组有人抢答，左边电路显示抢答者组号1,同时
绿灯亮，显示抢答有效，此时2号选手虽然也按下开关，但其数码管并不显示数
功能测试二：
无人抢答测试
在主持人控制端接高电平后计时电路计到第10秒后74LS75中D4接高电平,即第四组有人在10秒后抢答。
此时视为无效抢答。
此时下边电路显示无用字符7，同时红灯亮，显示为无效抢答。
功能测试三：
违规抢答测试
主持人还没按下开关，选手就开始抢答
时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：
1主持人将控制开关打开后，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作
状态
2当参赛选手按动抢答键时，抢答电路和定时电路停止工作。
3当设定的抢答时间到，无人抢答时，同时抢答电路和定时电路停止
工作，且数码管计时为零，且红灯亮。
S^V2SW-SPDT
SW-SPDT
U12
SW3
D0
Q0
QC
D1
Q1
Q1
D2
Q2
D3
Q2
Q3
E0/1
E2/3
_I
7
U62
A
QA
1
B
QE
2
C
QC
D
on
BI/RBO
QE
RBI
QF
LT
QG
U?
0A（
1
A
2
A：
3
4
GS
5
6
7
EI
EO
13
4
SW-SPDT
11
7
74LS75
16
-^T5
14
10
74LS48
13
12
11
10
9
12131234
74148
97
SW1
六•总系统电路图（附后面）
U11
C5
0.1u
R3
150k
RCQ
V
DC
CV
U8
C1
4.7uf
D
N
TRgTH
555
SW1
U56
U2
7404
U3
74LS08
D0
Q0
D1
Q1
D2
Q2
D3
Q3
RCC
ENP
ENT
CLK
LOAD
MR
121
11
7404
A
7404
U12
16
D0
Q0
Q0
D1
Q1
Q1
D2
Q2
Q2
D3
Q3
Q3
-E0/1
-E2/3
U99
7404
IU62
7
1
2
6
453
AQA
BQE
CQC
DQD
BI/RBOQERBIQF
LT
74LS48
iU46
74LS21
C
QC
D
QD
BI/RBO
QE
RBI
QIF
LT
QG
12
SW1
SW-SP
?
:
A9
74LS32
U1234
SW11
4.7k
4
1
S^V2SW-SPDT
SW-SPDT
SW-SPD
7404
3
1
U1
3
14
6
1
2
74LS161
4
5
U?
:
A
7
10
2
4
5
6
7
13
4
1
15
14
10
9
8
74LS75
74LS32
3
A
74LS08
U89
1
2
U567
7404
7404
U6
7
13
A
1
B
2
6
1U
4
U35
74LS48
6
74LS20
SW-SI
DT
U5657
7
0
1
2
1
3
4
EI
74148
5
6
7
D2
LED-R
U32-
74LS32
QA
QB
D1
LED-B.L
1
1
g24
U?
74LS08
血.9
9
15
14
13
12
11
10
9
15
.14
U1234
SW11
七•心得体会及分析
在这次数字电路课程设计中，我充分地把数电理论知识应用于实际，感觉收获颇多。
经过翻阅和查找大量有关抢答器这方面的资料后才初步画出了各部分的电路图，经过之后的仿真和修改最终设计出
了自己感觉还比较满意的整体图
设计好的电路图要简单，可行性高，这样便于在面包办上连接电路。
连接电路前应先设置好每个芯片的位置，尽量使布线简单清楚，不能跳线，这样有便于检查问题。
插板前要先测试所用元器件是否有损坏的，否则连接好的电路将达不到所需结果并且一旦出现问题就很难找出问题所在。
例如，数码管本身坏了而使得显示的结果是错的；由于面包板的质量不好有时会使得电路短路或断路;二极管显示红绿灯不亮，有可能正负极接反，或者忘记接地线。
各个元器件的工作电压是不能超过他本身的最大承受电压的，否则很容易损坏元器件。
这两周的实习，让我对以往所学的知识有了更深入的了解，设计电路图，考察的是自己对器件功能的认识以及自己的逻辑思维能力，连接电路，考验的是自己的耐心，而分析电路，就考察的是自己对各部分电路以及整个电路的认识，对各部分功能的准确分析。
实习的过程中肯定少不了问题，通过对问题的分析研究，可以更好的认识电路，当然，和同学一起研究出现的问题，也可以学到他们分析问题的方法，可以更好的把握整个电路。
总之，这次课程设计很好的体现了一个人分析问题和解决问题的能力。
附录（参考文献）：
王毓银主编《数字电路逻辑设计》（第三版）高等教育出版社
西安邮电学院数字电路课程设计成绩鉴定表
学生姓名
班级/学号
承担任务实验室（单位）
电路与电子技术基础
教学部
所在部门
电子工程学院
实施时间
2011年12月19日一2011年12月30日
具体内容
第一周
讲授数字电路的设计方法及需要注意的问题；选定题目，并设计电路，完成电路设计；电路仿真；领取元器件，开始组装电路；
第二周
组装电路；老师验收电路；写实验报告；实验总结；
成绩鉴定
学习内容
（40分）
基本功能完成情况（25分）
扩展功能完成情况（10分）
其它（5分）
接受单位评价
（20分）
实践能力（10分）
学习态度（6分）
学习纪律（4分）
报告鉴定
（40分）
报告内容与实践过程紧密结合（20分）
报告质量（主题、结构、观点、逻辑、资料、字数20分）
评阅教师姓名
张春茗
职称讲师成绩
评语
评阅教师签字
年月日
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