基于74LS171四路抢答器课程设计

1、四川文理学院本科课程设计 分类号 UDC 单位代码 10644 密 级 公 开 学 号 201310530203 课程设计基于74LS171四路抢答器电路分析 课程名称: 数字电子技术基础作 者: 赵 雪指导教师: 易 鸿 系 别： 物理与机电工程学院专 业： 电子科学与技术提交论文日期： 2014年12月28 日 论文答辩日期： 2014年12月30 日    中 国 · 达 州2014年12月目 录摘要3一.设计背景4二抢答器目前存在的主要问题5三电路分析53.1 主要器件介绍63.1.174LS17163.1.274LS0073.2 部分电路分析83.2.1

2、按键设置部分83.2.2与非逻辑部分93.2.3 电路显示部分9四电路整体效果10 摘要 本次课程设计的内容为基于74LS171的四路抢答器。首先从了解芯片开始，74LS171是带清除端的4D触发器，该芯片引入一个时钟脉冲（CLK）作为控制信号，只有当CLK到来时电路才被“触发”而动作，并根据输入信号改变输出状态。在时钟信号触发时才能动作，以区别没有时钟信号控制的锁存器。发现该芯片满足四路抢答器设计要求，同时在生活中有着尤为广泛的应用。该芯片从属74LS系列，L是指低功耗，S是指肖特基三极管（SBD），由普通的双极型三极管和肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode）组合而

3、成。74LS就是低功耗肖特基系列。本次设计通过proteus仿真软件，将设计的电路图置于软件中，检验结果，观察现象。关键词： 74LS171 四路抢答器 单周期脉冲信号 一.设计背景现如今，抢答器这一产品是各类知识竞赛活动所不可或缺的设备之一，无论是在学校、广场、军队还是电视竞答节目，都会使用抢答器。当今的社会竞争日益激烈，选拔人才，评选优胜，知识竞赛之类的活动愈加频繁，而在竞赛中往往分为几组参加，这时针对主持人提出的问题，如果要是让抢答者用举手等方法，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。比赛中为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，这就要有一种抢答设备作为裁判员，这就必然

4、离不开抢答器。抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机或数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。随着科技的发展，现在的抢答器有着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答器必将大有市场。因此，我选择简易逻辑数字抢答器这一课题。本系统采用模块化设计智能抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答按钮

5、。主持人有开始和结束、复位键。在后台主持人可以修改，抢答时间和选手回答问题的时间设置，新时间开始有效，主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，主持人可按键结束，新一轮抢答开始。通过研究并在设计后发现，采用数字电路技术设计的抢答器与目前常用的抢答器相比，首先，电路连接简单，因为大多数功能单元都能通过数字电路完成，第二，工作性能可靠，抗千扰能力优于目前抢答器。所以本研究是一个实用的工程设计，具有创新性。二抢答器目前存在的主要问题随着改革开放事业的不断深入，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多样，抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合

6、。但抢答器的使用频率校低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低，减少兴致。作为一个单位若专购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展。目前多数抢答器存在3个不足之处：首先，现场线路连接复杂。因为每个选手位于抢答现场的不同位置，每个选手与控制台之间要有长长的连接线。选手越多，连接线就越多、越乱，这些连接线不仅影响了现场的美观，而且降低了抢答器的可靠性，增加了安装的难度，甚至影响了现场人员的走动。其次，电路复杂。因为简单逻辑电路只完成号码处理、计时、数据运算等功能，其它功能如选手号码的识别、译码、计分显示等仍

7、只能通过数字集成电路完成。采用简单逻辑电路扫描技术识别选手抢按号码时，电路的延迟时间较大，最后导致容易出现选手抢按成功现象。三电路分析主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。主持人将开关置于"开始"状态，宣布"开始"抢答器工作。抢答器完成：优先判断、编号锁存、相应发光二极管显示，当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答，如果再次抢答必须由主持人再次操作"清除"和"开始"状态开关。3.1 主要器件介绍本次设计为四人抢答器电路。设计为四位参赛选手，每人设置一个

8、抢答按钮，每当其中一人按下按钮后，相应指示灯便被点亮，并且之后其他按钮操作不起作用。3.1.1 74LS171该抢答器中的74LS171为主要器件，L是指低功耗，S是指肖特基三极管（SBD），由普通的双极型三极管和肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode）组合而成。74LS就是低功耗肖特基系列。该芯片为4D触发器，即内部包括4个D触发器，即在每个存储单元电路上引入一个时钟脉冲（CLK）作为控制信号，只有当CLK到来时电路才被“触发”而动作，并根据输入信号改变输出状态。把这种在时钟信号触发时才能动作的存储单元电路称为触发器，以区别没有时钟信号控制的锁存器。在D触发器中，SD

9、 和RD 接至基本RS 触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。当SD=1且RD=0时(SD的非为0，RD的非为1，即在两个控制端口分别从外部输入的电平值，原因是低电平有效),不论输入端D为何种状态，都会使Q=0，Q非=1，即触发器置0；当SD=0且RD=1(SD的非为1，RD的非为0）时，Q=1，Q非=0，触发器置1,SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。各输入输出引脚如下图： 图1 D触发器原理 图2 74LS171输入输出引脚图3.1.2 74LS00在设计中还用到了四组 2 输入端与非门（正逻辑）芯片74LS00完成与非操作，该

10、芯片的工作环境温度为0至70。 图 3 双列直插封装 图4 74LS00功能表 图4 74LS00在仿真中效果 其中CLK为时钟端，MR为清零端（低电平有效），D0-D3为4个D触发器。3.2 部分电路分析3.2.1按键设置部分按键设置模块，设置为按键悬空式，D0、D1、D2和D3均接地，没有向该端口发送脉冲信号。按键另一端接电源，按键按下，电源脉冲信号发送到D0、D1、D2和D3端口。（R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 为330欧姆。R9为100欧姆。）见图1.21。图5 按键设置模块 当其中一人按下按钮后，相应指示灯点亮，之后按下其他按钮按下后无效。要起到这样的作用，需设计两

11、个与“非门”电路。当按键按下后，最先按下的Q端输出信号为1，那么Q非为0，这里采用“与非”门，即便其余按键按下后，有一个输出信号为0，那么一与非输出为1，这就使74LS171时钟端被封锁住了，此后其他输出信号对系统不起作用。输出信号1在经过与非门输出信号0，它与时钟端再与非，那么时钟端输出信号均为1。3.2.2与非逻辑部分 这里还用到了同样74LS系列的74LS00和74LS20，00 为四组 2 输入端与非门（正逻辑），74ls20是一个四输入一输出的与非门组合的芯片，逻辑功能是完成四个输入的逻辑与非计算功能。这两个芯片帮助电路实现与非操作。同时在74LS171的12引脚接入单周期数字脉冲发

12、生器，设置为负脉冲。图6 与非操作模块3.2.3 电路显示部分电路显示部分使用了4个发光二极管，四个蓝色发光二极管一端接地。在得到信号后，二极管被点亮，电路及现象如下：图7 电路显示部分其中清零信号用于赛前清0，清零后四个二极管均熄灭，电路反相输出为1，时钟端“与”门开启等待输入信号。四电路整体效果 当按下某一按钮后，电路显示部分相应LED灯点亮。点亮后其他按钮操作无效，74LS171时钟端被锁住。电路按需要正常运行。当后台工作人员将检测开关S置“抢答”状态，主持按系统清除按键，抢答器处于禁止状态，4个相应LED灭灯；主持人松开，宣布“开始”，抢答器工作。选手按动抢答按键，抢答器完成：优先判断、编号锁存、LED显示。当一轮抢答之后，优先抢答选手的显示灯一直保持到主持人将系统清除为止。如果再次抢答必须由主持人再次按动系统清除按键。图8 主题电路效果显示致谢 特别感谢易鸿老师此次的帮助，在我们经过一学期的理论学习后，通过课程设计这样的方式帮助我们对本专业有了更加全面的了解。在设计初始，感谢易鸿老师悉心的讲解，才让我消除了恐惧，大胆尝试学习使用proteus。在设计过程中，易鸿老师对我们的鼓励无疑也起到了巨大的帮助，再次感谢易鸿老师，谢谢您。 在设计过程中，一开始，我对单周期数字脉冲发生器在仿真软件中的使用并