多路抢答器的设计.docx
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多路抢答器的设计
多路抢答器的设计
一、设计任务和要求·····································2
二、设计的方案选择与论证·······························3
三、电路设计计算与分析·································4
四、总结及心得········································10
五、参考文献·········································16
六、附录··············································17
一、设计任务和要求
本次数字电路课程设计的任务是：
（1）、使我们学生进一步掌握数字电子技术的理论知识，培养学生工程设计能力和综合分析问题，解决问题的能力；
（2）、使我们学生基本掌握用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力；
（3）、熟悉并学会选用电子元器件，以后从事生产和科研工作打下一定的基础；
（4）、掌握设计的方法，设计的思路，了解高低电平的转换，将4路抢答器的各个部分分开实现，并且将各个部分综合在一起实现抢答功能。
本次数字电路课程设计的要求是：
（1）、设计时要综合考虑实用、经济并满足性能指标要求；
（2）、必须队友分工合作，独立思考，综合应用完成设计课题；
（3）、合理选用元器件，将多个功能差不多的元器件相比较，选出一个最佳的元器件实现最优的效果；
（4）、将电路的模块分清楚，并且需要附上一张整体效果图。
（5）、按时完成设计任务并提交设计报告。
二、设计的方案选择与论证
抢答开始前，总复位按钮拨到“清零”状态，抢答器处于禁止状态，每个抢答者前面的闪灯熄灭，数码显示单元显示“0”；当总复位按钮置于开始状态，抢答开始工作。
当一轮抢答完成时，数码显示单元显示首次按下按钮着的编号，此时，电路被锁存。
再次按下其他的按钮时电路不工作。
如果再次抢答必须将总复位按钮按到清零状态，再开始下一次的抢答。
本设计电路主要由编码所存电路、触发控制电路及译码显示电路组成。
当有选手抢答时，首先编码，同时锁存，阻止其他选手抢答，再经3线8线BCD译码器将数字显示在显示器上。
系统的原理框图如下:
该电路主要是使用优先编码器74LS148和D触发器构成的锁存器74LS273以及4511BP_10V的译码器这3个元器件来完成，加上几个7404,7427等非门，与非门以及一个7段显示的译码管。
该电路主要分为：
（1）、抢答器按钮就是改变输入的电平信号；
（2）、优先编码电路用来把输入的高低电平信号编码；
（3）、锁存器用的是D触发器，因为D触发器结构和功能都比较简单，方便使用；
（4）、数码显示器用带译码功能的7段数码管，使用简单、方便；
（5）、主持人控制开关就是一个开关，用来清零和开始抢答；
（6）、还用到一些其他的与非门和或非门，都是一些实验室常用的器件。
三、电路设计计算与分析
以下先介绍几个主要器件的功能：
（1）、优先编码器74LS148
上图为74LS148的管脚图，74LS148优先编码器及8—3编码器，输出3位2进制数，以代表不同的低电平信号。
下面是优先编码器的功能表：
优先编码器是数字系统中实现优先权管理的一个重要逻辑部件。
一般编码器的输入端只能有一个为有效信号，才能进行编码。
优先编码器的各个输入不是互斥的，它允许多个输入端同时为有效信号。
优先编码器的每个输入具有不同的优先级别，当多个输入信号有效时，它能识别输入信号的优先级别，并对其中优先级别最高的一个进行编码，产生相应的输出代码。
其中
（1）、输入端：
~
。
（2）、输出端：
A0~A2（低电平有效）。
（3）、
使能输入端：
低电平有效。
（4）、EO使能输出端：
当
=0时，EO=1表示有有效信号输入。
（5）、
扩展输出端：
=0时，表示编码器工作，
=1时表示编码器不工作。
（2）、BCD数字译码器4511BP_10V以及数字显示器
以上是译码器4511BP_10V的管脚排列图，其中
（1）、只有EL端为“0”，ABCD输入端才开始显示字符。
（2）、当LT=0，所有字段全点亮，即显示8这个字符。
（3）、当LT=1且BI=0时全部字符熄灭，即显示器无字符显示。
以下是45系列的译码器接线。
以下是译码显示器的功能表：
（3）、74LS273ND触发器——数据锁存器。
该元器件是本次电路中的关键部分，即抢答环节，本芯片在这个电路中主要起到一下两个功能：
①、当总复位开关按钮按下时，锁存器处于复位状态，触发器输出端为全零，即LED数码显示为零，抢答器准备开始抢答。
②、当一次抢答工作完成时，触发器启动锁存功能，触发器输出端一直处于本次输入状态，数码管始终显示本次抢答状态，直至总复位开关按钮按下为止，随即清零。
准备进行下一轮的抢答工作。
以下为74LS273的管脚排列：
该芯片的功能如下：
①1管脚是复位输入端CLR，低电平有效，当1脚是低电平的时候，2（Q1）、5（Q2）、6（Q3）、9（Q4）、12（Q5）、15（Q6）、16（Q7）、19（Q8）全部输出0，即全部复位。
②当1管脚是高电平的时候，11（CLK）是锁存控制端，并且是上升沿触发锁存，每当11管脚有一个上升沿信号，立即锁存输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的电平状态，并且立即呈现在输出脚2（Q1）、5（Q2）、6（Q3）、9（Q4）、12（Q5）、15（Q6）、16（Q7）、19（Q8）上。
（4）、几个常见的数字电路器件7404,7427等。
（5）、总的电路图及所用的原件清单。
①原件清单如下：
原件序号
型号
主要参数
数量
备注
U1
74LS148N
1
U2
74LS273N
1
U3A
7404N
1
U4
4511BP_10V
1
U5
SEVEN_SEG_COM_K
1
U6B
7427N
1
U8A
7404N
1
R1-R4
1Kohm_1%
4
R12
1Kohm_1%
1
R5-R10,R13
0.3ohm_5%
7
KEYA-D
MUSHROOM_HEAD
4
②整体的电路图如下：
四、总结及心得
将该4路抢答器进行仿真，开关J1—J4相当于1号到4号的选手，当主持人开关控制按钮按到开始抢答时，数字译码管显示数字为0，即抢答开始，当1—4号选手中哪位选手先按下开关进行抢答，则数字译码器上显示的数字就对应该选手的号码以及该选手的抢答器按钮发出亮光，同时其他的选手再按下抢答器是没有效果的，因为由于锁存电路部分已经将首个选手的数据记录下来并且锁存，等待主持人的宣布和主持人清零后下一轮抢答的到来。
仿真结果如下：
1号选手先抢答
2号选手先抢答
3号选手先抢答
4号选手先抢答
从上面的仿真结果看，电路基本满足要求。
此次设计虽然很简单，但是也花了不少时间，设计所用到的知识都是老师在数电上讲述的知识，如：
编码器、译码器、触发器等等，在设计之前要清楚应该包括哪些功能模块，并且要对每个功能模块进行仿真验证，最后再综合起来仿真验证，一般不会一次性验证通过，那么久要结合所学知识去判断哪里还不够完善的地方，找到进行修改完善，一步一步的将所需的功能实现。
这次设计不但可以让我再次认真去复习这些知识，而且很重要的一点是能提高我独立思考的能力以及设计思想，在设计过程中肯定是少不了自己的独立思考，在思考的过程中可以很好的巩固知识以及学到更多新知识、活跃思维以提高创新能力！
经过自己的不断思考，我把上述设计的4路抢答器改装成了8路抢答器，同样进行了仿真实验，并且理解了其工作原理。
该8路的抢答器是在原有的4路抢答器基础上把开关加上4个，也就是加上4个选手，然后根据编码器的功能表，将8位选手的号码编入编码器，再将其同样输入触发器中进行锁存，然后经过触发器进入译码显示器中，在7段译码管中显示选手的编号，主持人清零和开始抢答的开关不变，同样可以实现抢答效果。
以下是自己改装的8路抢答器总体电路图：
仿真结果：
第5号选手先抢答
第3号选手先抢答
第7号选手先抢答
通过对8路抢答器的仿真结果看，8路抢答器也基本实现了本次课程设计的要求，但是结合4路抢答器和8路抢答器的实验，本次课设还是有很多不足之处，例如：
没有实现报警的设备功能、没有定时抢答的功能等，我还会不断的努力，继续将电路图完善，做出更好的抢答器。
五、参考文献
《数字电子电路》第五版高等教育出版社
《电子技术课程设计指导》第二版高等教育出版社
《电子技术课程设计实用教程》第二版高等教育出版社
六、附录
（1）、4路抢答器原理图
（2）、8路抢答器原理图
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