八路抢答器实验报告

1 1 系别 电子工程系系别 电子工程系 班级 电子班级 电子 101 学号 学号 10010101231001010123 姓名 李光杰姓名 李光杰 指导老师 佘明辉指导老师 佘明辉 2011 年 6 月 23 日星期四 2 2 八路智力竞赛抢答器设计八路智力竞赛抢答器设计 一 实验目的一 实验目的 掌握抢答器的工作原理及其设计方法 学会用 Multisim8 软件操作实验内容 掌握设计性试验的实验方法 二 实验要求二 实验要求 八路智力竞赛抢答器功能要求 基本功能基本功能 1 设计一个智力竞赛抢答器 可同时供 8 名选手或 8 个代表队参加比赛 他们的编号分别是 0 1 2 3 4 5 6 7 各用一个抢答按钮 按钮的编号 与选手的编号相对应 分别是 S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 2 给节目主持人设置一个控制开关 用来控制系统的清零 编号显示数码 管灭灯 和抢答的开始 3 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 要封锁输入 电路 禁止其他选手抢答 优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零 为止 扩展功能扩展功能 1 抢答器具有定时抢答的功能 且一次抢答的时间可以由主持人设定 当 节目支持人按下 开始 按钮后 要求定时器立即倒计时 并在显示器上显示 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 显示器上 显示选手的编号和抢答时刻的时间 并保持到主持人将系统清零为止 3 如果定时抢答的时间已到 却没有选手抢答 则本次抢答无效 系统封 锁输入电路 禁止选手超时后抢答 时间显示器上显示 00 三 实验原理三 实验原理 3 3 根据对功能要求的简要分析 将定时抢答器电路分为主题电路和扩展电路 两部分 主体电路完成基本的抢答功能 即开始抢答后 当选手按动抢答器按 钮时 能显示选手的编号 同时能封锁输入电路 禁止其他选手抢答 扩展电 路完成定时抢答及报警功能 比赛开始时 接通电源 节目主持人将开关置于 清零 位置 抢答器处 于禁止工作状态 编号显示器灭灯 定时显示器上显示设定时间 当节目主持 人宣布 抢答开始 同时将控制开关拨到 开始 位置 抢答器处于工作状态 定时器开始倒计时 若定时时间到 却没有选手抢答时 系统报警 并封锁输 入电路 禁止选手超时后抢答 若选手在定时时间内按动抢答按钮时 抢答器 要完成以下四项工作 1 优先编码器电路立即分辨出抢答者的编号 并由锁存 器进行锁存 然后由译码显示电路显示编号 2 扬声器发出短暂声响 提醒节 目主持人注意 3 控制电路要对输入编码电路进行封锁 避免其他选手再次进 行抢答 4 控制电路要使定时器停止工作 时间显示器上显示剩余的抢答时间 并保持到主持人将系统清零为止 当选手将问题回答完毕时 主持人操作控制 开关 使系统回复到禁止工作状态 以便进行下一轮抢答 上述方案所示抢答器的工作过程 主持人按动开始抢答的开关后 最先抢 答的选手的电平信号先经过优先编码器 再依次经过数据锁存器 此时已经限 制了其他选手的抢答 信号再经过译码器和七段数码显示器 将最先抢答的该 4 4 选手的编号显示出来 并同时产生报警信号 到此完成的是抢答功能 如果没 有人抢答 30 秒减计数器减到 00 时也会发出报警信号 此时完成计时功能 它的优点表现在以下几个方面 这种方案原理比较简单 主持人对整体电 路的控制只需几个门电路就可完成 不必用特别的芯片来组成控制电路 更容 易实现报警提示功能 在有选手抢答后或者计时开始和结束时 既减少了布线 使整个电路更直观简单 又降低了产生错误的可能性 四 实验器材四 实验器材 元器件元器件 74LS48 74LS279 74LS148 数码管一个 开关 电阻 电容若 干 五 实验步骤五 实验步骤 1 抢答电路设计 抢答电路的功能有两个 一是能分辨出选手按按钮的先后 并锁存优先抢 答者的编号 供译码显示电路用 二是要使其他选手的按钮操作无效 因此 选用优先编码器 74LS148 和 RS 锁存器 74LS279 以及译码显示电路完成上述功能 74LS14874LS148 是一八线 三线优先编码器 该编码器由 8 个信号输入端 3 个二 进制输出端 输入输出均为低电平有效 EI 为输入使能端 低电平有效 当 EI 为低电平时 编码器处于工作状态 EO 为输出使能端 只有在 EI 0 且所有输 入都为 1 时 输出为 0 GS 表征编码器的工作状态 当且仅当 EI 为低电平 且 输入至少有一各为有效电平时 GS 才有效 因此 可根据 EI EO GS 功能扩 展端的特点 对电路进行相应控制 编码器在抢答电路中功能是判断抢答者的 编号 74LS27974LS279 是由 4 个 RS 锁存器组成 且均为与非门构成的 RS 锁存器 其中 1S 和 3S 有两个输入端 S1 和 S2 均为相与的关系 本设计中 将 S2 均接高电 平 仅利用 S1 控制输出 其引脚图如图四所示 下表为 SR 锁存器的功能真值 表 值得注意的是 S 和 R 不能同时为高电平 否则输出不确定 74LS4874LS48 为七段显示译码器 该集成译码器设有多个辅助控制端 以增强器 件的功能 BI RBO 为灭灯输入 当 BI 0 时 所有字形熄灭 LT 为试灯输入 5 5 当 LT 0 且 RBO 1 时 显示字形为 8 常用于检测自身的好坏 RBI 为动态灭灯 输入 当 LT 1 RBI 0 且输入均为 0 时 输出均为低电平 数码管 灭零 译码器 74LS48 输出高电平有效 用以驱动共阴极数码管 七段显示译码器 一般与七段数码显示器相连 共同构成四输入端的数码显示电路 根据各芯片功能及抢答器的功能要求 抢答器电路如下所示 图 11 数字抢答器电 路 工作原理 KeyA H 为八位选手的抢答开关 Key space 单刀双掷开关设为 主持人控制开关 当主持人控制开关置于清零状态时 触发器的 R 端为低电平 输出端全部为低电平 于是 74LS48 的 BI 为高 显示器灭灯 74LS148 的选通 输入端 ST 为高电平 74LS148 处于工作状态 此时锁存电路不工作 当 SW9 置 于开始状态 优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态 74LS279 的 1R 1S 6 6 均为高电平 由真值表可知 输出 1Q 为低电平 从而使 74LS148 输入使能端为 低电平有效 即抢答器处于等待工作状态 若有选手 假设为 6 选手 按动抢 答开关 即闭合 key G 优先编码器 74LS148 输入端 I3 接低电平有效 则输出 A2A1A0 为 100 A2A1A0 分别接至 4S 3S 2S 根据 RS 锁存器真值表 2Q3Q4Q 输出分别为 110 从而 74LS48 的输入端 DCBA 为 0011 经 74LS48 译码 显示器 上显示 3 与此同时 当 74LS148 输入端有一个为低电平时 GS 为低电平有 效 即标志译码器处于工作状态 从而使 1S 为 0 此时 1Q 输出为高电平 致 使 EI 为高电平 74LS148 处于禁止工作状态 其他选手抢答按钮的输入信号不 会被接受 这就保证了抢答者优先性以及抢答电路的准确性 抢答结束后 主 持人开关置于清零状态 数码管变灰 一切恢复初始状态 以便进入下一轮抢 答环节 六 实验结论 1 主持人将开关拨到开始的位置 抢答电路进入正常抢答状态 2 当选手按动抢答键 抢答电路停止工作 同时数码管显示相应选手的编 号 七 实验小结 通过本次课程设计 不仅有效巩固了本学期所学数电的相关知识 加强了 对重要知识点的记忆和理解 还学会如何运用Multisim8仿真进行仿真 以及如 何使用面包板进行实物制作 受益匪浅 现总结如下 抢答器的设计在本学期数电实验中操练过 因此对其并不陌生 但它的功 能要求相对于数电实验中的抢答器要更深一步 不仅添加了定时电路 报警电 路 其时序控制电路也要比原先复杂 对于单元电路的设计 均较顺利的完成 而本设计的难点在于时序控制电路的设计 如何在第一位抢答者抢答题目后让 编码器停止工作 如何使计时电路在抢答后停止倒计