数电课程设计八路抢答器.docx

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数电课程设计八路抢答器

数字电子技术课程设计报告

八路抢答器的设计

专业：

班级：

姓名：

学号：

指导老师：

XXXXXXXX学院

日期：

2016年01月02日

指导教师评语

摘要

为了巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力，以及学生的动手能力和从事电子电路工作的基本技能，特此开设数字电子技术课程设计。

希望通过这种综合训练，使学生掌握设计的基本方法，提高动手组织实验的基本技能，培养分析解决电路问题的实际本领，为以后毕业设计和从事电子电路实际工作打下基础。

本文介绍了利用74系列常用集成电路芯片以及NE555定时器设计的数码管显示八路抢答器。

该抢答器除了具有基本的抢答功能外，还具有倒计时和报警功能。

设计思路按照由优先编码电路、全加器译码电路显示抢答信号，由NE555定时器产生计数脉冲形成定时电路显示抢答剩余时间，由时序控制电路控制LED灯报警，提示抢答无效。

通过本次课程设计，掌握了数字电子技术中一些常用集成芯片的使用，对Multisim模拟仿真软件的使用更加熟练，知道了如何去选择相应的器件以及一些器件的特性，通过对设计中一些问题的解决，提高了分析解决问题的能力，为以后的学习打下了坚实的基础。

[关键词]：

八路抢答器、74系列芯片、倒计时

一、设计任务

1.1系统功能要求

设计一个简易多路抢答器，具体要求如下：

基本功能：

（1）该多路抢答器，可同时供8名选手参加比赛,他们的编号分别是1、2、3、4、5、6、7、8，各用一个抢答按钮，按钮的编号和选手的编号相对应，分别是S1-S8。

（2）该多路抢答器有两个主控开关，分别用来控制系统的清零（编号显示LED数码管灭灯）和抢答的开始（抢答倒计时计数器开始计数）。

（3）该抢答器具有数据锁存和显示的功能。

抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存,并在LED数码管上显示出选手的编号。

此外，要封存输入电路，禁止其他选手抢答,优先抢答选手的编号一直保持到按下主控开关将系统清零为止。

扩展功能：

（1）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以设定（在0s-70s之间设定）。

当按下主控开关启动抢答后，要求定时器立即倒计时，并在LED数码管上显示。

（2）参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，LED数码管上显示选手的编号和倒计时时间，并保持到按下主控开关将系统清零为止。

（3）如果定时抢答的时间已到（计数器数码管显示“00”），却没有选手抢答,本次抢答无效，系统指示灯亮提示超时，并锁存输入电路，禁止超时抢答，计数器LED数码管上显示“00”。

1.2数字电路设计要求

（1）运用所学数字电子技术知识,设计系统框图和系统电路原理图，并绘制系统原理电路图。

（2）理解掌握系统电路以及各单元电路的基本原理，学会熟练使用电路中各集成元器件。

1.3Multisim仿真实验要求

根据数字电路设计要求，用Multisim完成系统电路仿真，给出基本功能和扩展功能的仿真结果，要求与数字电路设计相符，并完整实现系统的功能。

二、设计内容

2.1八路抢答器系统原理

系统中有两个主控开关，主控开关一负责系统（抢答信号）的清零，主控开关二负责抢答的开始。

接通电源后，分别将两个主控开关置“1”，抢答器开始工作，倒计时计数器按照设定的计时时间开始计时。

若在设定的时间内有选手成功抢答，则会通过优先编码电路、SR锁存器封锁其他抢答通道信号，并通过四位全加器、译码电路由LED数码管显示抢答信号编号；若在设定的时间内无选手抢答，则计数器LED数码管上显示“00”，计数器停止计数信号通过时序电路送到报警电路，指示灯报警。

并且，优先编码电路受扩展电路中的定时信号控制，当计数器计数到0，则封锁抢答电路，停止抢答，再次抢答必须按下主控开关将系统清零。

在扩展电路中，由NE555定时器产生计数脉冲，控制抢答时间，并通过LED数码管显示。

倒计时结束后，产生控制信号封锁抢答电路，同时，若有抢答信号，则封锁倒计时电路，停止计数。

2.2系统框图与原理图设计

2.2.1系统框图

图一系统框图

2.2.2系统原理图

图二系统原理图

2.3各单元电路设计

2.3.1抢答电路设计

抢答电路模块使用优先编码器74LS148、锁存器74LS279、全加器7483来实现8路信号的抢答并对抢答信号进行锁存，同时在LED数码管上显示抢答信号。

该电路主要完成两个功能：

一是判断抢答信号的先后，并锁存最先抢答者的信号，同时经译码电路在LED数码管上显示相应的抢答编号；二是在得到抢答信号后封存输入电路，禁止其他选手抢答。

抢答电路工作过程：

开关S置于接地端时，SR触发器的S、R端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端为0，使之处于工作状态。

当开关S置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S6），74LS148的输出

为010，经SR锁存后,输出信号为3’b101，再经四位全加器加一运算，译码显示为“6”。

同时，锁存器Q4输出信号与扩展电路反馈回的信号共同作用屏蔽编码器，使其他按键操作无效，只要有一组选手先按下抢答器，就会将编码器封锁，不再对其他组进行编码，保证了抢答者的优先权。

通过74LS148译码器显示抢答组别编号1-8。

如有再次抢答需由主持人将主控开关重新置“清除”状态，然后再进行下一轮抢答。

抢答电路原理图如图三（该模块所用芯片引脚图见附录）：

图三抢答电路原理图

2.3.2倒计时电路设计

倒计时电路通过脉冲产生电路、十进制同步计数器74LS192来实现计数功能，并通过译码电路在LED数码管上显示计数值。

当主控开关闭合，计数器按照设定的时间开始计时。

当有抢答信号时，计时停止，LED数码管上显示抢答信号到来时的计时值；若无抢答信号，则计数到“00”后停止，同时输出低电平到时序控制电路，控制超时指示灯亮，提示倒计时时间到，选手抢答无效。

其中，脉冲产生电路由NE555定时器产生脉冲序列。

倒计时时间的设定根据74LS192的边沿触发、预置数的特性由按键来设置，可通过按键S11、S12、S13、设置十位，按键S14、S15、S16设置个位，可在0s-70s之间设置。

图四555定时器脉冲电路

图五倒计时电路

三电路调试及仿真测试结果

3.1抢答电路调试及测试结果

（1）主控开关1闭合，数码管显示“0”，表示清零完毕，仿真结果如图六所示：

图六主控开关1闭合仿真图

（2）主控开关1闭合且主控开关2闭合（启动倒计时），8位选手开始抢答，假设6号选手最先抢答，仿真结果如图七所示：

图七6号选手最先获得抢答信号仿真图

（3）根据系统功能要求，6号选手已获得抢答机会，其他选手抢答无效，LED数码管上始终显示最先抢答选手的编号，仿真结果如图八所示：

图八屏蔽其他抢答信号的仿真图

3.2NE555脉冲产生电路调试及测试结果

NE555定时器输出信号是脉冲波，为十进制同步可逆计数器74LS192提供上升沿，使其在上升沿时刻进行减计数，仿真结果如图九所示：

图九NE555脉冲产生电路仿真图

3.3倒计时电路调试及测试结果

根据系统功能要求，这里分别将设置开关S11、S14、S15、S16断开，将S12、S13闭合，设置倒计时时间为60秒；将设置开关S11、S12、S13闭合，S14、S15、S16断开，设置倒计时时间为70秒，仿真结果如图十和图十一所示：

图十倒计时时间60秒仿真图

图十一倒计时时间70秒仿真图

3.4总体电路调试及测试结果

（1）主控开关1和主控开关2闭合，倒计时（这里设置倒计时时间为60秒）开始，选手开始抢答，如图十二所示：

图十二抢答开始仿真图

（2）假设6号选手获得抢答机会，其他选手抢答无效，如图十三所示：

图十三6号选手获得抢答机会仿真图

（3）若在规定时间内无人抢答，提示灯变红色提示超时，各选手抢答无效，如图十四所示：

图十四无人抢答提示超时仿真图

四设计心得与总结

设计心得：

1.超时提示LED指示灯的限流电阻不能过大，在仿真过程中因限流电阻过大导致倒计时结束指示灯也不工作，将相应的限流电阻减小之后，指示灯正常工作。

2.常见的数码管大都10个引脚，其中8个引脚为段码（abcdefgh），另外两个引脚接高电平（共阳极）或低电平（共阴极）。

在仿真过程中为简化线路，使用的是Multisim中四个引脚的数码管。

3.对电路中用到的74系列芯片应熟练掌握，仿真过程中因对74系列芯片各引脚功能不熟悉，以致于连接错误，电路不能正常工作，在通过查阅《数字电子技术》以及上网查阅相关资料后，改正连接错误，电路正常工作。

设计总结：

通过本次数字电子技术课程设计，我把数字电子技术、模电子技术的知识运用到了实际的电路设计中去。

通过设计八路抢答器，在实践中把课本上的抽象知识转化具体的实践，对设计电路的趣味性有了很大的提高，激发了自己动手的积极性。

对74系列芯片有了一定的了解，在模块的组合和元件的使用方面也增加了认识，同时也锻炼了自己的动手能力和思维能力。

五参考文献

【1】阎石.《数字电子技术基础》（第五版），高等教育出版社

【2】康华光.《电子技术基础》（数字部分）（第五版），高等教育出版社

六附录

74LS192相关资料：

图十五74LS192引脚图

输入

输出

MR

PL

UP

DWN

P3

P2

P1

P0

Q3

Q2

Q1

Q0

1

X

X

X

X

X

X

X

0

0

0

0

0

0

X

X

d

c

b

a

d

c

b

a

0

1

1

X

X

X

X

加计数

0

1

1

X

X

X

X

减计数

74LS192真值表

功能说明：

74LS192为双时钟方式的十进制可逆计数器。

INTUP为加计数时钟输入端，INTDWN为减计数时钟输入端。

CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。

C0为进位输出：

1001状态后负脉冲输出。

B0为借位输出：

0000状态后负脉冲输出。

NE555相关资料：

图十六NE555引脚图

功能说明：

引脚功能如上图所示，1脚为地端，2脚为触发输入端，3脚为输出端，输出的电平状态受触发器控制，而触发器受比较器6脚和下比较器2脚的控制。

NE555内部含有两个电压比较器，一个分压器，一个RS触发器，一个放电晶体管和一个功率输出级。

输出端输出的是秒脉冲信号。

74LS148相关资料：

图十七74LS147引脚图

功能说明：

16脚为电源脚，接电源；8脚为接地脚；I0-I7引脚为输入信号，低电平有效；A2、A1、A0分别为二进制编码输出信号，5号引脚E1为使能输入端；15号引脚E0为使能输出端；14号引脚GS为优先编码输出端。

74LS279相关资料：

图十八74LS279引脚图

功能说明：

和

同时为高电平时

为高电平，

和

有一个为低电平输出

则为低电平，当

和

同时为低电平时，输出Q不定；当

为低电平，

为高电平时，输出Q为低电平；当

为高电平，

为低电平时，输出Q为高电平；当

为高电平，

为高电平时，输出Q保持原来的电平值。

7483N相关资料：

图197483N引脚图

功能说明：

A1~A4，B1~B4上输入二进制加数，C0、GND接地，Vcc接电源，在S1~S2上得四位相加，C4是相加后的总进位。

主要元器件清单：

名称

说明

数量

LED数码管

共阴极

3

74LS279

DIP封装

2

74LS192D

DIP16封装

2

NE555

DIP8封装

1

7483

DIP封装

1

74F148D

DIP封装

1

轻触开关

4脚

若干

电阻

直插式

若干

电容

直插式

若干

逻辑门芯片

DIP封装

若干