八位抢答器实验报告

电子线路设计性实验实验报告八位抢答器实验人员实现功能1八位抢答器230秒倒计时3主控制台控制清零与开始过程描述主持人宣布开始抢答选手抢答显示器显示选手编号，并自动开始计时选手30秒内回答问题时间到，提示灯亮起主控台清零抢答器并自动重置倒计时。功能模块1抢答器模块2时钟脉冲模块3倒计时模块4显示器模块重点难点1模块连接形成自动控制系统2倒计时模块到零截止3消除模块间的相互干扰模块介绍1倒计时模块（）元件74LS192（两个）4001（两个）4081（一个）74LS00（一个）电路图原理74LS192（可预置十进制同步可逆计数器）管脚图15、1、10、9分别为置数输入端3、2、6、7分别为输出端5为计数向上，为加法计数脉冲输入端4为计数向下，为减法计数脉冲输入端11为置数端，低电平有效14为清零端，高电平有效12进位13借位功能表4001（四2输入或非门）管脚图1,、2为输入端，3为输出端5、6为输入端，4为输出端8、9为输入端，10为输出端12、13为输入端,11为输出端功能只要有1就是04081（四2输入与门）管脚图1,、2为输入端，3为输出端5、6为输入端，4为输出端8、9为输入端，10为输出端12、13为输入端,11为输出端功能只要有0就为074LS00（与非门）管脚图1,、2为输入端，3为输出端4、5为输入端，6为输出端9、10为输入端，8为输出端12、13为输入端,11为输出端功能只要有0就是1做倒计时时，给74LS192计数向下输入端连续脉冲，使计数向上输入端置为高电平。本实验给定条件为30个数倒计时，所以给高位192置3，低位192置0。即高位的1、15置高电平，9、10置低电平；低位的1、9、10、15置低电平。然后将高位与低位的输出分别连接显示器。低位需要向高位借位，所以低位的12连接高位的4，当低位需要借位时，给高位的计数向下4一个脉冲，使高位自减。低位的4连接连续脉冲。高位与低位的11连接抢答器部分，11为低电平置数高电平开始自减，使抢答器开始抢答时给11一个高电平，两减法器开始工作，抢答器清零时给11一个低电平使减法器置数到30。由于本实验不需要清零，所以将清零管脚接低电平。置数后，给低位的管脚4一个连续脉冲，减法器开始工作。遇到的问题1在减到00的时候能够给蜂鸣器一个高电平使之工作。2需要在减法器减到00的时候维持在00，不会跳到99。解决1只有在减到00时，高位与低位的4个输出都为低电平，其余时候不都为低电平，所以应该接一个对高电平敏感的器件所以用或非门（4001），只要有1就是0，只有全为0的时候才为1。分别把高位与低位的输出接入4001的输入，高位与低位的输出都是0时，4001的四个输出全为1。将4001的4个输出两两一组分别接与门（4081）的输入，只有4个输出都是1时，4081的两个输出才都是1，此时将4081的两个输出当一组输入再接入与门（4081），得到的输出即是在高位与低位都达到0时才输出高电平，将这个得到的高电平连接蜂鸣器即可。2解决第一个问题时，在减到00时得到了一个高电平，将此高电平接入或非门（4001），或非门（4001）的另一个输入接地。因为或非门（4001）的逻辑为只要有1就为0，在没有减到00时，或非门的两个输入都为0，输出是1。在减到00时输出为0。将或非门（4001）的输出作为与非门（74LS00）的输入，另一个输入连接脉冲，输出连接低位的计数向下管脚。因为与非门（74LS00）的功能为只要有0就为1，没有减到00时，与非门（74LS00）一端输入1，一端输入脉冲，输出也为脉冲。当减到00时，与非门（74LS00）一端输入0一端输入脉冲，所以输出1，不再继续给低位的4脉冲，减法器停止工作。新的问题解决了上述问题后，将所得高电平连接蜂鸣器，但是此时问题又出现了，因为蜂鸣器会影响这个高电平的电位，使高电平变为低电平，从而使与非门（74LS00）继续输出脉冲，减法器从00变到99解决为了解决上述问题，可以想办法将高电平与蜂鸣器隔断，将减到00所得高电平接入或非门（4001）的一端，或非门（4001）的另一端接地，因为或非门（4001）只要有1就是0，所以在减法器减到00时，或非门（4001）的输出为0，再将与非门（74LS00）两个口结合成一个口，这样就得到非门，将或非门（4001）的输出连接到与非门（74LS00）两个口结合成的一个口，即得到高电平，再将此高电平连接蜂鸣器，两个电路不会产生影响。2抢答器模块（）首先大致将抢答电路分为优先编码、锁存、译码显示三个部分，在查资料了解了相关芯片及功能后，我们最终选择了74LS148、74LS279、74LS48来实现，下面介绍电路图及其原理。抢答电路原理当某一开关按下时，触发锁存的电路被触发，在输出端产生相应的开关电平信息。同时为了防止其他开关随后触发而产生紊乱，让最优先产生的输出电平返回来将触发锁存器的电路锁定。若当有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，结果只能是它们中的任一个产生有效输出，即达到有限判断的效果。该电路完成两个主要功能一是分辨出选手按键的先后，并优先锁存抢答者的编号，同时经加法器，最后经过译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作。工作过程开关S置于“清除”端时，RS触发器的端均为0，5个触发R器输出置0，使74LS148的0，使之处于工作状态。当开关S处于“开始”T时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下（如按下S5），74LS48的输出010,0，经RS锁存后，2Q1,1，74LS48处于工作状态，012YEXBI5Q4Q3Q101，且1Q0，经译码显示为5，此外，2Q1，使74LS148的1，处ST于禁止状态，封锁其他按键的输入，当按键松开即按下时，74LS148的1，EXY此时由于仍有2Q1，使ST1，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置于“清除”，然后再进行下一轮抢答。若按下S0，经RS锁存器后，1Q1,74LS148的输出，0，经102YEXRS锁存后，2Q1，1，74LS48处于工作状态，5Q4Q3Q000，且1Q1，所以BI经译码器显示为“8”。保证抢答者的优先性与上述类似。优先判决器优先判决器主要是由74LS148集成优先编码器等组成。该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输入端，选通输入端,选通输出端和扩展端。STSYEX其功能表如下图所示。从功能表中可以看出，当0时，编码器工作，而当ST1时，则不论8个输入端为何种状态，输出端均为1，且端和端为STSYEX1，编码器处于非工作状态，这种情况被称为输入低电平有效。锁存器74LS279就是4RS触发器，每片上有四路RS触发器。每路RS触发器有R和S两个输入和一个输出端Q。当S输入低电平（0）时，输出Q为低电平（0）；当S输入高电平（1）时，如果R输入低电平（0），则Q为高电平（1）；当S输入高电平（1）时，如果R输入低电平（1），则Q保持不变。SR锁存器是该设计中保证多个开关先后触发，而不发生紊乱的重要部分，下图为用与非门组成的SR锁存器特性表。译码显示器74LS48是输出高电平有效的译码器，其真值表如下由真值表可获知7448所具有的逻辑功能7段译码功能在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。除DCBA0000外，RBI也可以接低电平。以上是我们原始的电路和设计思想，但在连接电路实现功能的过程中遇到一些问题。存在问题1由于没有完全了解74LS279的原理，只是在测试芯片的时候发现它的1S1端和1S2端、3S1端和3S2端功能是一样的，就任选其一连接，另一空置。但出现的结果是显示数字紊乱且毫无规律，这个状况持续了两周多。解决办法1由于不清楚问题出在锁存还是编码，只能逐个排查。过程中，我们的“竞争对手”还友好地向我们提出了建议，建议用74LS47来替代74LS48，在我们深入考虑和共同商讨后认为，74LS47是集电极开路输出，驱动数码管，适合驱动共阳极数码管；74LS48的输出，是高低电平，可驱动共阴极数码管。而我们的实验箱是共阴极数码管显示，所以我们最终还是选用74LS48。经过不懈努力，我们终于发现问题所在，将1S2和3S2空置端连接在一起共同接高电平，最终妥善解决。尽管数字能够正常输出显示了，但依然有问题存在。问题2我们做的是07，要求是18，所以还需要对电路进行改进。解决2加一个加法器。为了提高加法器的运算速度，所以应尽量减少或除去由于进位信号逐级传递所花费的时间，使各位的进位直接由加数和被加数来决定，而无须依赖低位进位，因而我们选择超前进位的四位全加器74LS283。以下是工作原理和功能表加法器74LS283是四位二进制超前进位全加器，其真值表如下逻辑说明AI为被加数，BI为加数，相邻低位来的进位数为CI1，输出本位和为SI，向相邻高位进位数为CI。74LS283上有两组数据输入端AI,BI和进位信号输入端CI1，求和信号、进位信号分别由SI及CI输出。图中输入端AI接一个逻辑开关，输入端BI接另一个逻辑开关，CI1接一个逻辑开关。按照以上所述原理，我们将74LS283接入电路中，接在279和48之间，但问题总是如影随形。问题3显示数字出现异常，只能显示奇数或者偶数了。解决3反复查验器材并没有问题，于是我们研究测试芯片，发现如果管脚空着不接的话，相当于接入高电平，而我们需要的是低电平，发现这一点后，我们重新连接电路，把所有空着的管脚全部接地，终于出现了顺序正常的18。这是我们自己设计画出来的最终版完整抢答部分电路图。尽管非常遗憾最后没有时间把电路焊上，尽管从理论到实践苦多于甜，尽管遇到很多问题，可以说是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。我们这几周的辛苦并没有白白浪费，从不断发现问题，解决问题的过程中学到了很多，动手实践使我们的知识不再是纸上谈兵，团队合作、互相默契融洽的配合换来最终完美的成果。成功的道路是曲折的，需要挥洒汗水，需要付出心血，但成果让人无比幸福。最后，由衷感谢来自队友和对手的帮助3数字抢答器模块（）抢答开始后，若有参赛成员进行抢答，显示器上就要显示对应选手的编号（18），且抢答倒计时用显示器显示，倒计时结束后蜂鸣器发出声响。考虑到实验成本、操作方便、能够运用所学知识，我组成员讨论后优先选用译码显示电路，即运用74LS48芯片译码，将参赛队的输入信号在显示器上输出，通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在七段数码管LED显示器上输出实现计时功能。查找了74LS48的引脚图AD为输入，为二进制编码；AG为输出，分别接数码管的引脚。实验中遇到的问题1不清楚LT,BI/RBO,RBI分别代表什么解决方案经过查找资料及试验后发现只要将它们接高电平就能让数码管显示。274LS48的AG输出与LED数码管引脚如何对应解决方案在数字电路实验箱发现显示器下方有九个孔，分别标着A,B,C,D,E,F,G,P,COM。查询资料，数码管分为共阴极和共阳极，而COM就是接地或者接5V，经试验，我们使用的数码管为共阴极，COM需接地。P孔代表着小数