数电抢答器报告

1、数字电子技术基础课程设计报告 课程名称：数字电子技术基础课题名称：数字式竞赛抢答器专 业：通信工程 班 级：2011级通信工程3班学 号：姓 名：刘蕴娴指导老师：刘奇能 2013年11月23日 目 录一、绪论二、设计任务与要求三、设计原理四、部分重要元器件引脚图及其功能表五、单元电路设计 5.1、抢答电路和控制电路设计 5.2、报警电路设计六、总体电路图七、总结与心得体会八、附录：元器件清单九、参考文献一、绪 论竞赛抢答是一种非常常见的答题方式。抢答能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短的时间内，使人们迅速增加一些科学知识和生活常识。但是，在这类比赛中，对于谁先谁后抢答，若是仅凭主持人的主

2、观判断，就很容易出现误判。所以，我们就需要一种具备自动锁存，置位，清零等功能的数字式竞赛抢答器来解决这些问题。数字式竞赛抢答器是一种用数字电子技术实现由主持人控制、报警功能、计分的装置。一旦有人抢答，显示器上会显示抢答选手号码，同时报警器发出声响，提示主持人有选手抢答。选手回答完问题后，可由主持人根据选手回答问题的对与错操控计分电路开关，实现相应选手积分的加减。在本次课程设计中，将主要设计一个可容纳8人或8组参赛的数字式竞赛抢答器。它将实现以下主要功能：（1）为8位或8组参赛选手各提供一个抢答按钮，分别编号S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7；（2）主持人可以控制系统的清零与抢答开始

3、；（3）抢答器要有数据锁存与显示的功能。抢答开始后，若有任何一名选手按动抢答按钮，则要显示其编号至系统被主持人清零，并且扬声器发生提示，同时其他人再按对应按钮无效；（4）当主持人启动“开始”键后，扬声器发出短暂声响，提示抢答开始。抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。同步十进制可逆计数器、译码电路在控制电路和主持人开关的控制下实现选手积分的加减，构成扩展电路。利用本次设计出的电路制造成的数字式竞赛抢答器，即可在8人或8个代表队之间进行的抢答比赛中轻松实现优先抢答控制，使得这一活

4、动更加趣味、公平。由于数字式竞赛抢答器包括组合逻辑电路和时序电路，通过此次设计与制作，进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于数字式竞赛抢答器包括组合逻辑电路和时序电路.通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。二、设计任务与要求（1）设计一个可容纳8人或8组参赛的数字式竞赛抢答器，每组设一个按钮，供抢答使用。（2）抢答器具有第一信号鉴别和锁存功能，使除第一抢答者外的按钮不起作用。（3）设置一个主持人“复位”按钮。（4）主持人复位后，开始抢答，第一信号鉴别锁存电路得到信号后，由指示灯显示抢答组的编号，同时扬声器发出23秒的音响。选做扩展

5、功能：（5）设置一个计分电路，每组开始预制100分，由主持人计分，答对一次加10分，答错一次减10分。三、设计原理扩展功能电路显示电路译码电路计分电路预制主电路报警电路控制电路主持人控制开关显示电路译码电路锁存器抢答按钮优先编码电路图1 抢答器总体框图数字式竞赛抢答器的总体框图如图1所示，它由主体电路和扩展电路两部分构成，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，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。扩展电路完成各选手的得分显示功能。定时抢答器的工作过程是：接通电源时，主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯；抢答开始时，主持人

6、将控制开关拨到“开始”位置，扬声器给出声响提示，抢答器处于工作状态，这时，抢答器完成以下工作：（1）优先编码器电路立即分辨出抢答者编号，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）当选手将问题回答完毕，主持人操作计分开关，计分电路采用十进制加/减计数器、数码管显示。本轮抢答完毕，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。四、部分重要元器件引脚图及其功能表（1）74LS48（a）74LS48管脚图74LS48是BCD-7段译码器/驱动器是数字集成电路，用于

7、将BCD码转化成数码块中的数字，然后我们就能看到从0-9的数字。译码器原理（74LS48）译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS48是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用，下表（c）列出了74LS48的真值表。下图（b）为逻辑图（b）74LS48逻辑图十进数或功能输入BI/RBO输出LTRBID C B A abcdefg0HH0 0 0 0H11111101Hx0 0 0 1H01100002Hx0 0 1 0H11011013Hx0 0 1 1H11110014Hx0 1 0

8、 0H01100115Hx0 1 0 1H10110116Hx0 1 1 0H00111117Hx0 1 1 1H11100008Hx1 0 0 0H11111119Hx1 0 0 1H111001110Hx1 0 1 0H000110111Hx1 0 1 1H001100112Hx1 1 0 0H010001113Hx1 1 0 1H1001011（c）74LS48真值表（2）74LS27974LS279为四个R-S锁存器。四个锁存器中有两个具有置位端（SA，SB），当S为低电平、R为高电平时，输出端（Q）为高电平。当S为高电平、R为低电平时,Q为低电平。当S和R均为高电平时，Q被锁在已建立

9、的电平。当S和R均为低电平时，Q为稳定的高电平状态。 对SA和SB，S的低电平表示只要有一个为低电平，S的高电平表示SA和SB均为高电平。74LS279逻辑图（d）74LS279管脚图（e）74LS279真值表（3）74LS148该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端。此外，电路还设置了输入使能端EI，输出使能端EO和优先编码工作状态标志GS。当EI=0时，编码器工作；而当EI=1时，则不论8个输入端为何种状态，3个输出端均为高电平，且优先标志端和输出使能端均为高电平，编码器处于非工作状态。这种情况被称为输入低电平有效，输出也为低电来有效的情况。当EI为0，且至少有一个输入端有编码请求信

10、号（逻辑0）时，优先编码工作状态标志GS为0。表明编码器处于工作状态，否则为1。由功能表可知，在8个输入端均无低电平输入信号和只有输入0端（优先级别最低位）有低电平输入时，A2A1A0均为111，出现了输入条件不同而输出代码相同的情况，这可由GS的状态加以区别，当GS1时，表示8个输入端均无低电平输入，此时A2A1A0=111为非编码输出；GS0时，A2A1A0=111表示响应输入0端为低电平时的输出代码（编码输出）。EO只有在EI为0，且所有输入端都为1时，输出为0，它可与另一片同样器件的EI连接，以便组成更多输入端的优先编码器。（a）74LS148逻辑图（b）74LS148管脚图（c）74

11、LS148真值表（4）555定时器管脚图（5）数码管常见的数码管由七个条状和一个点状发光二极管管芯制成，如附图1-39所示，根据其结构的不同，可分为共阳极数码管和共阴极数码管两种。数码管中各段发光二极管的伏安特性和普通二极管类似，只是正向压降较大，正向电阻也较大。在一定范围内，其正向电流与发光亮度成正比。由于常规的数码管起辉电流只有12 mA，最大极限电流也只有1030 mA，所以它的输入端在5 V电源或高于TTL高电平(3.5 V)的电路信号相接时，一定要串加限流电阻，以免损坏器件。五、单元电路设计5.1抢答电路和控制电路设计（1）抢答电路的设计参考电路如图所示。该电路完成两个功能：一是分辨

12、出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程：开关S置于清除端时，RS触发器的 端均为，个触发器输出置，使74LS148的 ，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，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出 经RS锁存后，1Q=1, =1,74LS48处于工作状态，QQQ=101,经译码显示为。此外，1，使74LS148 ，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为，使 ，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

13、。如有再次抢答需由主持人将开关重新置;清除然后再进行下一轮抢答。74LS148为线线优先编码器。仿真电路图如下：电路功能分析优先编码电路（74LS148）分辨出抢答者编号，由锁存器（74LS279）锁存，由译码器（74LS48）显示编号；控制电路对输入电路进行封锁，避免其他人两次抢答；开关A置于“闭合”，显示数码管熄灭（黑屏），置于“断开”，等待下一轮。当有选手抢答时，译码器74LS48的BI/RBO出现高电平，此时蜂鸣器发生，报警有选手抢答。电路工作状态分析A闭合，触发器“74LS279”的四个端接地（低电平），输出端（1Q1，1Q2，2Q1，2Q2）全部为低电平，于是74LS48的，显示器

14、灯熄灭。74LS148选通输入端（即），74LS148处于工作状态，此时锁存器不工作。当A位于“开始”端（断开）时，优先编码电路和锁存器同时工作，等待输入端（74LS148）的输入端0、7输入信号。例如：按下“5”号，编码器的输出，即（CBA=010）经RS储存器后，1Q1=1,即，74LS279处于工作状态，2Q2，2Q1，1Q2=101,经过74LS48译码后，显示器显示“5”。1Q1，使74LS148的（即），74LS148处于禁止工作状态，封锁了其他键的输入。当按下的键松开后，74LS148的（即），但由于1Q的输出端仍维持高电平不变，所以仍然处于禁止工作状态，封锁了其他键的输入。当A

15、接地，才能复位，进入下一轮工作。（2）控制电路的设计控制电路如抢答电路仿真电路图中所示。控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下两项功能：主持人将控制开关拨到开始位置时，扬声器发声，抢答电路进人正常抢答工作状态。 当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路停止工作。5.2报警电路设计由555定时器构成的报警电路如图所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo143（RI2R2）C，其输出信号推动扬声器。单稳态触发器控制高电平持续时间，从而控制扬声器发声时间。六、总体电路图 经过以上分析和设计，将抢答电路与报警电路连接起来就构成了如上图所示的数字式竞赛抢答器的主体电路，就组成了数字式竞赛抢答器

16、的总体电路。 7、 总结与心得体会 通过这次课程设计，我们懂得了抢答器的设计，即抢答电路、控制电路、锁存电路及报警电路的设计方法。还充分理解了74LS48、74LS279、74LS148及NE555的引脚图和它们的性质功能。在这次实验中，我们更熟悉了Multisim软件的使用，知道了部分元件的位置，如蜂鸣器、芯片及各种开关，仿真时要注意共阴极数码管。在焊电板时，我们应注意不要虚焊，我当时就出现了这种错误，后来检查时才发现，又重新焊上；还要注意不要把芯片直接焊在板子上，要先把底座焊在板子上再插芯片；还有，要注意开关能否作为双刀开关，这就要用万用表仔细测出它的性能，看开关具体要接哪两个引脚；还要检查芯片及数码管的好坏。这次课程设计让我收获颇多。八、附录：