数电课设四路抢答器的设计.docx
《数电课设四路抢答器的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数电课设四路抢答器的设计.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
数电课设四路抢答器的设计
4路抢答器的设计
绪论：
随着经济水平的不断提高，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，智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，人们在物质文明得到满足的同时更注重精神文明的追求，各种节目不断涌现，提高节目的质量尤为重要。
本次设计是针对活动中用到的抢答器而设计的。
抢答器是为竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，广泛应用于各种知识竞赛、文娱活动等场合。
通过抢答和必答两种答题方式能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短的时间，使人们迅速增加一些科学知识和生活常识。
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本文设计的抢答器，电路简单，成本较低，操作方便，灵敏可靠，具有较高的推广价值。
抢答器在竞赛中有很大用处,它能准确、公正、直观地判断出第1抢答者。
通过抢答器的指示灯显示手段指示出第1抢答者[1]。
本论文设计宗旨在培养学生综合模拟、数字电路知识，解决电子信息方面常见实际问题的能力，掌握一般电子电路设计方法与设计步骤。
促使学生积累实际电子制作经验，准备走向更复杂更实用的应用领域。
目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。
功能简介：
参加竞赛者对主持人提出的问题要在短时间作出判断，并按下抢答按键回答问题。
当第一个人按下按键后，同时电路将其他抢答按键封锁，使其不起作用。
主持人有开时间和复位键，按下开时间后才能开始抢答，否者犯规。
抢答前主持人操作开关使抢答有效，显示灯全熄灭。
当四人中有人抢答有效时，其对应的显示灯亮，此时其余的开关不起作用，即其对应的显示灯灭。
连接电路并进行操作，观测抢答器的工作情况。
数字电路产品在生活中有着极其广泛的应用，包括计算机、数字通信、智能仪器仪表、自动控制及航天等领域中。
这些给人们带来了生活，工作等方面带来了极大的方便。
数字电路的发展，使得这门课程对于我们来说是很有必要学好。
数字电路设备实现简单，速度和可靠性好。
在这次的数字电路制作中，本人制作四路竞赛抢答器。
抢答器在比赛等场合中不可缺少的设备。
一、设计目的
1.1学习数字电路的优先编码器、锁存器、多谐振荡器、译码器、数据显示
管的综合应用
1.2熟悉抢答器的工作原理
1.3了解数字系统设计，调试及故障排除方法。
二、设计要求
2.1该抢答器同时供4名选手比赛；
2.2设置一个系统清零和抢答器控制开关，该开关由主持人控制；
2.3抢答器具有锁存和显示功能，即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示。
三、电路的总体结构
3.1电路的总体原理框图
主持人
抢答
按钮
控制
电路
（D触发器）
显示
电路
反馈电路
图1、设计原理框图
抢答电路选用触发器74LS175来完成。
该电路主要完成两个功能：
一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。
3.2Multisim软件的简单介绍
Multisim软件是一个专门用于电子线路仿真与设计的EDA工具软件。
作为Windows下运行的个人桌面电子设计工具，Multisim是一个完整的集成化设计环境。
Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。
可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。
它具有直观的图形界面,丰富的元器件，强大的仿真能力，丰富的测试仪器，完备的分析手段，独特的射频模块，强大的MCU模块，完善的后处理，详细的报告，兼容性好的信息转换特点。
所以NIMultisim软件电子学教学的首选软件工具。
四、电路的设计与元器件的原理
4.1抢答电路的设计
设计电路如图所示。
电路选用触发器74LS175成。
该电路主要完成两个功能：
一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。
图3、抢答器的设计
工作过程：
开关
打开时，74LS175输出置0，使7触发器工作标志端＝0，使之处于工作状态。
当开关
置于key=A时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下J4开关时），74LS175的输出经74ALS133M锁存后，CTR=1,RBO（图中4端）=1,七段显示电路74LS175处于工作状态，4Q3Q2Q=100,经译码显示为“4”。
此外，CTR＝１，使74LS175触发器工作标志端（图中5号端）＝１，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。
当按键松开即按下时，74LS175的此时由于仍为CTR＝１，使优先编码工作标志端（图中5号端）＝１，所以74LS175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
开关重新置地端然后再进行下一轮抢答。
4.274LS175芯片
74LS175是四D触发器，是上升沿触发的边沿触发器。
D触发器的状态方程为：
＝D，引脚功能及逻辑符号如图3所示，上升沿触发D触发器的功能如表1所示。
是数据输入端，是触发器状态更新的依据，
与为两个互补输出端。
通常把
的状态定为触发器“0”状态；而把
，
定为“1”状态。
图374LS175四D触发器引脚排列及逻辑符号
表1上升沿触发D触发器的功能
输入
输出
D
Q
Q
L
L
H
H
H
L
4.374LS175工作原理
图474LS175工作原理图
表274LS175的真值表
输入
输出
0
1
×
×
1
0
1
0
×
×
0
1
0
0
×
×
∮
∮
1
1
↑
1
1
0
1
1
↑
0
0
1
1
1
↓
×
4.4与门
“与”运算是逻辑运算中的一种基本逻辑关系，它的逻辑描述是:
当完成某一个事件的所有的条件都满足时，结果才会发生。
换句话说，只要所有的条件中有一个不满足，结果就不会发生。
下面通过逻辑函数的方法对“与”关系进行分析。
当有两个条件时，设两个条件为变量A、B，结果为变量Y则“与”关系可以表示为Y=AB
用1来表示“满足”，用0来表示“不满足”、结果的“发生”用1来表示，结果的“不发生”用0来表示：
当A=1时，根据“与”关系的描述，若B=0则Y=0;若B=1，则Y=1，说明当A=1时Y的逻辑值与B的逻辑值是相同的[21]。
当A=0时，无论B=0或B=1，根据“与”关系的描述，Y的逻辑值都是0，说明当A=0时Y的逻辑值与B的逻辑值无关，恒等于0[22]。
将两个条件的“与”关系进行放大，当有多个条件变量时，只要其中有一个条件变量的值等于0，无论其它条件变量的逻辑取值是多少，结果变量恒等于0[7]。
在数字电路中，表示“与”关系的逻辑电路称为与门，其中条件变量对应与门的输入端，结果变量对应与门的输出端.根据上面的函数分析可以看出，在与门中只要有一个输入端的输入信号为0（低电压），该0信号就可以屏蔽掉其它输入端的输入信号，使得输出恒等于0（低电压）[17]。
利用与门的这种功能就可以实现智力竞赛抢答电路的屏蔽要求。
五、实验步骤
5.1检测与查阅器件
用数字集成电路测试仪检测所用的集成电路。
通过查阅集成电路手册，标出图中各集成电路输入、输出端的引脚编号。
5.2连接电路
运用Multisim按图2连接电路。
5.3实验过程
<图5.1>、运行电路
图5.1
<图5.2>、手持人打开开关
，然后在打开
，万用表显示2.5V，此时抢答器处于待命状态，选手可以进行抢答；
图5.2
<图5.3>、开关
打开，LED显示为1，说明选手1首先抢答，电压变为5V；
图5.3
<图5.4>、开关
随后打开，选手2在第二时间抢答，然后引文75ALS133锁存使其他开关无效；
图5.4
<图5.5>、主持人控制的
断开，LED自动清零，电压返回2.5V；
图5.5
<图5.6>、主持人闭合开关
，选手断开
进行下一轮的抢答；
图5.6
<图5.7>、抢答完毕，主持人断开
实验结束。
图5.7
六结论总结
从该电路设计本身来说，由集成D触发器74LS175组成的抢答电路，电路设计较简单，器件易采购。
但需要外加CP工作脉冲（由于本文的重点是抢答，电路的设计，因此没有给出脉冲发生电路）。
相比而言，其他类型的触发器，比如基本RS触发器和JK触发器，同样可以用于抢答器电路的设计并且不需要外加CP工作脉冲，但电路中使用的门器件较多，结构复杂。
其次，从触发器的应用来说，只要电路设计中需要记忆单元，都可以用不同类型的触发器来实现，比如寄存器的设计，计数器的设计等等都需要触发器的参与。
触发器应用的资料有很多，读者如有兴趣可自行设计以加深对触发器功能以及其应用的理解。
七、收获心得
本次数字电子线路课程设计过程，我学到了很多东西，通过四路抢答器的设计，不仅掌握了74LS175的工作原理，全面了解到抢答器的特点。
更是对一学期以来所学的电子方面的知识也重新学习和复习了一遍，也对自己在模拟电子方面的能力有了更客观的认识和评价。
在这次设计过程中，从最基本的查原件，找资料做起，了解了完整的电子设计的一般步骤，也和同学们共同探讨，学到了很多课堂上学不到的东西，也遇到了各种各样从没有想到的问题，通过请教老师，和同学交流，搜索资料等各种方面解决它们，可以说是为我们以后再电子领域的发展做了一些有意的尝试，同时也使我增加了对电子方面知识的兴趣，也从中发现了自己的一些不足的地方，以后会多多改进。
最后，在这里也非常感指导老师，感你们的耐心指导，!
八、参考文献
[1]周良权,方小乔编.数字电子技术.:
高等教育,1994
[2]康华光.电子技术基础（数字部分）.：
高等教育.2000
[3]任为民.数字电子电路学习和实验指导.：
广播电视大学.1992
[4]自美.电子线路设计·实验·测试（第二版）.华中科技大学，2000
[5]侯大年.数字电子技术.:
电子工业,1999
[6]欧阳星明.数字逻辑.:
华中科技大学，2000
[7]晓辉,彤,俊海.智能抢答器的设计与制作.大学学报,2000,06（24-25）
[8]周南良.数字逻辑.:
国防科技大学,1992
[9]阎石.数字电子电路.：
高等教育.2007
[10]解月珍.电子电路计算机辅助分析与设计,.邮电大学.2001
[11]江国强.现代数字逻辑电路.:
电子工业,2002
[12]阳.省农业管理千部学院学报[J]2007年第23卷第2期
[13]建成.电子线路试验教程.气象.2004年1月
[14]蔡杏山.零起步轻松学数字电路.人民邮电.2006年6月
[15]王彩君/睿.数字电路实验.国防工业.2006年7月
[16]王建新/萍.电子线路实践教程.科学.2003年9月
升级会员 