四人竞赛抢答器实验报告剖析word文档良心出品.docx
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四人竞赛抢答器实验报告剖析word文档良心出品
数电实验报告
姓名：
侯婉思
专业：
通信工程
班级：
1111
学号：
11387121
指导老师：
田丽娜
四人竞赛抢答器实验报告
一．前言
现今，形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学校、企事业单位及社会团体组织中，它为各种知识竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。
对于抢答器我们大家都知道那是用于选手做抢答题时用的，选手进行抢答，抢到题的选手来回答问题。
抢答器不仅考验选手的反应速度同时也要求选手具备足够的知识面和一定的勇气。
选手们都站在同一个起跑线上，体现了公平公正的原则。
本文介绍了一种用74系列常用集成电路设计的高分辨率的4路抢答器。
该抢答器为全数字集成电路设计，具有分组数多、分辨率高等优点。
该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有优先能力,定时及复位功能。
主持人通过控制开关使抢答器达到复位的功能。
二．实验目的
1.学习并掌握抢答器的工作原理及其设计方法
2.熟悉各个芯片的功能及其各个管脚的接法。
3.灵活运用学过的知识并将其加以巩固，发散思维，提高学生的动手能力和思维的缜密。
三．设计任务与要求
1、设计任务
设计一台可供4名选手参加比赛的竞赛抢答器。
选手抢答时，数码显示选手组号。
2.设计要求：
抢答器的基本功能：
1.设计一个智力抢答器，可同时供四名选手或四个代表队参加比赛，编号为一，二，三，四，各用一个抢答按钮，分别用四个按钮S0——S3表示。
2.给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管清零）。
3.抢答器具有数据锁存和显示的功能，抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，此外，要封锁输入电路，实现优先锁存，禁止其他选手抢答，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
简言之，有选手按下时，显示选手的编号。
同时，其他人再按下时电路不做任何处理。
也就是说，如果有选手按下以后，别的选手再按的话电路不会显示是他的编号。
4.可用555定时器产生频率为1Hz的脉冲信号，作为触发器的CP信号。
四．四人竞赛抢答器电路原理及设计
1、设计方案
抢答器具有锁存、定时、显示。
即当抢答开始后，选手抢答按动按钮，锁存器锁存相应的选手编码，同时用LED数码管把选手的编码显示出来。
接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，，编号显示器为0，此时才可以再次抢答。
选手在抢答时，抢答器完成：
编号锁存、编号显示。
2.单元电路设计及元器件选择
（1）抢答电路
电路如图2所示。
该电路完成两个功能：
一是分辨出选手按键的先后，并锁定74LS175的功能真值表即优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示选手编号；二是要使其他选手随后的按键操作无效。
实现该电路的功能的主要芯片是74ls175（图1为功能表，图2为逻辑功能图，图3为锁存器电路）
图一
图二
图三
图2抢答电路
其工作原理为：
当主持人控制开关处于“清除”时，D触发器的清零端为低电平，使D触发器被强制清零，输入的抢答信号无效。
当主持人将开关拨到“开始”时，D触发器Q非端前一状态为高电平，四个Q非端与在一起为高电平，再和抢答按键信号和借位信号与在一起给D触发器的脉冲端，当没人抢答时，抢答信号为低电平，与门U11输出端为低电平给D触发器脉冲端，当一有人抢答时，抢答信号为高电平，并和U2的输出信号和借位信号与在一起，使得U11输出端为高电平给D触发器，于是D触发器就有一个上升沿，使得抢答信号经D触发器触发锁存再经过译码器74ls48译码，把相应的信号显示在数码管上。
另外，当选手松开按键后，D触发器的Q非前一状态为低电平，与在一起后给与门U11,使得U11的输出端为低电平给D触发器，则D触发器的脉冲输入端恢复原来状态，从而使得其他选手按键的输入信号不会被接收。
这就保证了抢答者的优先性及抢答电路的准确性。
当选手回答完毕，主持人控制开关S是抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。
2.显示编号的电路
当有选手按下了开关后，快的那个选手的编号可以被输出并记忆起来送到74ls48组成的编码器和七段显示器组成的显示台号电路中去显示出选手编号。
十进制或功能
输入
BI/RBO
输出
字形
LT
RBI
DCBA
abcdefg
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
LLLL
LLLH
LLHL
LLHH
LHLL
LHLH
LHHL
LHHH
HLLL
HLLH
HLHL
HLHH
HHLL
HHLH
HHHL
HHHH
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
HHHHHHH
LHHLLLL
HHLHHLH
HHHHLLH
LHHLLHH
HLHHLHH
LLHHHHH
HHHLLLL
HHHHHHH
HHHLLHH
LLLHHLH
LLHHLLH
LHLLLHH
HLLHLHH
LLLHHHH
LLLLLLL
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
乱
码
消隐
脉冲消隐
灯测试
×
H
L
×
L
×
××××
LLLL
××××
L
L
H
LLLLLLL
LLLLLLL
HHHHHH
8
（L低电平H高电平×任意电平）
表1.七段LED译码驱动器7448功能表
图四
图四是封锁电路和台号显示电路合在一起的电路图，只有两个合在一起才能很好的在一次答题中只显示一个选手号。
由于74ls175是低电平有效，可以将从74175输出端
，
，
，
分别接到其1，2，3，4端，其余的5，6，7端均接高电平，这样就可以形成，最高输出4而不会出现显示大于4的可能出现。
由于其输出以为低电平有效，正常情况下每个输出经过一个非门后就可进行显示编号。
在复位状态下台号数码管不作任何显示（灭灯），所以必须要接74ls48。
74ls48的功能表与电路分别如表1所示.
3.脉冲产生电路
利用555以及一些电容和电阻实现，使每秒产生一个CP上升沿。
送给74ls175的CP端，最后数码显示。
五、总电路工作原理及元器件清单
1.总电路原理图：
2.元器件列表
表1
序号
器件名称
数量
备注
1
74LS175
1
D触发器
2
555定时器
1
连接成多谐振荡与秒时钟脉冲
3
74LS21
1
四脚与门
4
74LS11
1
三脚门
5
74LS48
2
译码器
6
开关按纽S
5
7
BCD七段显示器
1
共阴极
8
电容
2
9
电阻
7
10
二极管
6
六、仿真调试与分析
本次设计的仿真我采用了protues仿真软件做，我试过多个软件如EWB，但是这个软件能比较直观地看出来每一个输出输入量是高电平还是低电平，而且连起线来也相对比较简单，最好一点是两个端口之间不一定要用线连而使用相同的网络标号（即相同的名字）就相当于把线连了起来。
仿真结果正确：
七、成品调试
把电路焊好后，首先是对照电路图逐一检查电路有没有漏焊，经检查发现有几个管脚没接，于是细心地接上。
然后用万用表逐一检查有没有虚焊或线路断路或线路短路，但没发现有虚焊等问题。
下一步就接通电源调试，但电路完全没反应，然后用万用表逐个模块进行检查，发现有些管脚还没接上，于是在对照电路图细心地检查，改进后再进行接电调试，先测试脉冲的输出，正常，如图4。
宣告成品大功告成。
图4
八、设计过程中的问题和解决办法
（1）在设计方案时，遇到了信号不能锁存的问题。
经过查找资料，了解如何通过D触发器的输出信号来反馈回D触发器的脉冲端来进行锁存。
（2）当焊完电路调试时，发现74ls21的与Q3非连接的输入端的是低电平。
于是对照电路图来逐一检查，发现其他地方没什么问题，就直接将21的那端输入拉高，结果得到正确结果。
九、设计成品的优点与不足
优点：
元器件较少，功能满足要求
不足：
（1）在设计时，用了D触发器来进行抢答信号的筛选和锁存，在同时按下S0和S1时（其同时按下的几率较小，其可精确到微秒甚至纳秒级，但情况还是会存在的）会显示“3”，而按S2时也会显示“5”，所以显示“5”的几率大一点，但几率很小。
改良：
可改用编码器和锁存器来代替D触发器。
（2）电路跳线较多，使得电路板外观不好。
改良：
焊线路前应细心考虑元件的排布和线路的连接。
十、心得体会
这一课程设计使我们将课堂上的理论知识有了进步的了解，并增强了对数字电子技术这门课程的兴趣。
了解了更多电子元件的工作原理，如：
74LS21、74LS48、74ls175等。
但同时也暴露出我在知识上掌握不足等缺点。
其次在此次设计过程中由于我们频繁的使用一电子设计软件如：
protues等，因此使我熟悉了软件的使用，同时在电脑的电子设计和绘图操作上有了进一步提高。
加上在设计过程中遇到了一些问题，使得我得查找相关资料，从而增长知识的同时增强解决问题和动手的能力，锻炼我做事细心、用心、耐心的能耐。
这一课程设计，使我向更高的精神和知识层次迈向一大步。
所以在以后的学习生活中，我会努力学习，培养自己独立思考的能力，积极参加多种设计活动，培养自己的综合能力，从而使得自己成为一个有综合能力的人才而更加适应社会。
并且通过这次的实验，让我对以往所学的知识有了更深入的了解，设计电路图，考察的是自己对器件功能的认识以及自己的逻辑思维能力，连接电路，考验的是自己的耐心，而分析电路，就考察的是自己对各部分电路以及整个电路的认识，对各部分功能的准确分析。
实习的过程中肯定少不了问题，通过对问题的分析研究，可以更好的认识电路，当然，和同学一起研究出现的问题，也可以学到他们分析问题的方法，可以更好的把握整个电路。
总之，这次课程设计很好的体现了一个人分析问题和解决问题的能力。
对这次实验的总结就是一定要细心，要有耐心，更要有恒心。
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