2数字抢答器设计.docx
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2数字抢答器设计
西安邮电学院
数字电路课程设计报告书
——数字抢答器
实习题目：
数字抢答器
一、实习目的：
1.通过自主设计电路，将课本理论知识同实际设计操作联系起来，熟练掌握各个器件（译码器、编码器、锁存器等）的应用，以及各种门电路的实际应用。
熟悉数字集成电路的设计和使用方法。
2.掌握四人智力竞赛抢答器电路的设计、组装与调试方法。
3.通过查阅书籍、网页等将自己不懂或是无法完全理解的知识弄清楚。
4.通过连接电路锻炼个人的动手能力，以及检查错误并改正错误的能力。
二、实验要求：
1．4名选手编号为：
1，2，3，4。
各有一个抢答按钮，以及相应数目的彩灯。
按钮和彩灯的编号的编号与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。
2．给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和抢答的开始。
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，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时对应的彩灯亮给出相应提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。
抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
4．抢答器具有定时（10秒）抢答的功能。
当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，显示器时间保持为0，表示有效时间结束。
参赛选手在设定时间（10秒）内抢答有效，抢答成功，定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，表示该选手编号的彩灯亮起。
并保持到主持人将系统清零为止。
5.如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。
封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。
三、实验仪器设备：
设备名称
数量（个）
设备名称
数量（个）
74LS75
1
74LS161
2
74LS48
2
74LS04
2
74LS32
1
555
1
74LS08
2
74LS00
2
74LS148
1
电阻
7
数码管
2
发光二极管
黄色3个，红色1个
电容
4.7uf/0.01uf各1
导线
若干
钳子
1
面包板
1
万用表
1
四、设计思路：
1）输入控制电路：
此部分要求能够区分输入的抢答信号是否有效。
若强大信号是在“抢答开始”命令下达之后发出，该抢答信号有效，输入控制电路应发出“抢答有效”信号，并配合抢答锁定电路使数码管显示抢答者的组号。
2）抢答锁定电路：
抢答锁定电路要求能够确定第一个输入的抢答信号，并保持该信号不变，同时使后输入的信号无效。
3）抢答灯光指示电路：
灯光只是电路用来只是抢答信号是否有效。
对于每一路抢答信号，对应一组表示“有效”和“无效”的灯光指示。
抢答者若在规定时间内抢答，则表示“有效”的灯亮；否则，表示“无效”的灯亮。
4）控制电路定时：
定时控制电路要求在“抢答开始”命令下达后开始计时，经过规定的时间，发出抢答时间到的信号。
它要控制抢答控制电路，使其对以后输入的抢答信号无效，同时使数码管显示无用的字符。
5）编码电路和显示电路：
编码电路最先抢答者的信号进行编码，然后在显示电路里显示这个抢答者的组编号。
五、总体电路设计：
六、单元电路的设计：
1、输入控制电路：
此电路要求能够区分抢答者是否违规：
若输入的抢答信号是在“抢答开始”命令下达之前发出，则该抢答者犯规，输入控制电路应发出“抢答无效”信号，并配合抢先信号锁定电路使抢答者所在组对应的指示灯亮；若抢答信号是在“抢答开始”命令下达之后发出，则抢答有效。
经过分析，我认为主持人控制可以用控制电源开关来实现，判断抢答信号是否有效可以用抢先信号锁定电路配合基本的与非门和发光二极管来实现。
2、脉冲产生电路
产生脉冲的波型为
3、编码电路：
用8线-三线优先编码器（即芯片74148）来实现。
经过本人分析，并结合74148的功能表可知，当74LS75的输出端Q1’，Q2’，Q3’，Q4’分别接74148的6，5，4，3输入端时，则经过七段显示译码器后，最终输出将为1，2，3，4。
4、译码显示电路：
译码电路把“有效”或“无效”抢答的抢答者小组序号用数码管显示出来。
若超出答题时间，译码器将会一直显示为7，此时再抢答也不会起作用。
译码电路用七段显示译码器74LS48和数码管实现。
只要将各个管脚对应到连接起来，就能正确到显示计时、犯规和抢答者的序号。
其真值表及逻辑电路图分别如图5和图6:
输入
输出
显示字符
D3
D2
D1
D0
a
b
c
d
e
f
g
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
2
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
3
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
4
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
5
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
6
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
7
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
8
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
9
图574LS48真值表
图674LS48逻辑电路图接法
5、用一片74LS161、74LS04译码器74LS48做成。
把161做成模十计数器，开始时置数端为0110，161的输出端各接一个非门，就做成了倒计时计数器，再经过48译码，数码管显示9，当从0110一直循环到1111，完成一次循环后，当它再变成0000时，非门输出的结果是1111，这时4个信号接入一个与非门出来接到161的
端，完成保持功能，主持人开关直接接到161的
端，而161的
端接的是74ls148的
端，161非完的输出信号接入74ls48并接数码显示管，当有人在规定时间内抢答时，
变0，161输出保持，数码显示管锁定时间，当有人提前抢答时，因为这时
端为0，所以161输出处于锁定状态，对计时没有影响，当10秒后无人抢答时，
端为0，161又处于锁定状态，时间不变，四与非门的输出信号是和前面说过的
的非相与接入抢答电路部分的74ls48的
端，10秒后无人抢答时，抢答电路的74ls48停止工作，数码显示管显示0，直到主持人重新开始重置和开始。
74LS161功能真值表：
计数器输入
译码器输入
数码管的示数
0110
1001
9
0111
1000
8
1000
0111
7
1001
0110
6
1010
0101
5
1011
0100
4
1100
0011
3
1101
0010
2
1110
0001
1
1111
0000
0
主持人打开开关后，开始计数；通过一个74LS04实现时钟倒计功能；计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。
电路图如下所示：
6、时序控制电路:
由74LS148编码器，74LS75D触发器，74LS48译码器和数码管组成
电路图的逻辑功能测试：
由上述所有设计思路，我在电脑上用仿真系统软件对电路进行了调试，最终调试成功。
功能都符合要求。
而且我在面包板上接的电路也调试成功，各项基本功能都很完整。
调试过程如下所示：
功能测试一：
有效抢答测试
在主持人控制端接高电平后74LS75中D1接高电平，即在主持人发出“抢答开始”命令后的第10秒钟，第一组有人抢答，左边电路显示抢答者组号1，同时绿灯亮，显示抢答有效，此时2号选手虽然也按下开关，但其数码管并不显示数字“2”了。
功能测试二：
无效抢答测试
在主持人控制端接高电平后计时电路计到第5秒后74LS75中D4接高电平，即第四组有人在5秒后抢答。
此时视为无效抢答。
此时下边电路显示无用字符7，同时红灯亮，显示为无效抢答。
时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：
①主持人将控制开关打开后，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。
②当参赛选手按动抢答键时，抢答电路和定时电路停止工作。
③当设定的抢答时间到，无人抢答时，同时抢答电路和定时电路停止工作，且数码管计时为零，且主持人开关灯灭。
七、总系统电路图：
八、心得体会及分析：
在老师悉心指导下，经过本次课程设计使我进一步巩固课本上的知识并且提高了自己的分析问题和解决问题的能力，还建立了自信，让自己的动手实践能力也得到了提高，为以后的工作打下了一定的基础。
在实验过程中，还使我获得了很多，比如在连接前还要规划好芯片安装位置，否则会在之后的连线中出现困难，这使我懂得了合理安排的重要性，还有在设计计数器时我按照课本上的连接方法74161的LD非端直接接CO非，而导致置数无法置入。
这次课程设计对于我来说收获很大。
通过本次实验，我认识到了实践的重要，也提高了我的实际动手能力。
我们要学会把理论联系实际，而这次课程设计就是一个很好的机会，不仅能提高我们的理论知识，而且也培养了我们的实际动手能力。
尽管在中间遇到很多问题，我的设计最后在老师的检查下发现了自己存在的问题，是因为自己想的太简单，没有认真思考。
但是经过老师的指导和同学的帮助，使得这次实验能顺利完成，而且在讨论中我们也学到了很多知识，而且也对也前的知识做了一个很好的回顾。
在通过这两个礼拜地设计实习，让我真正理解了书本上知识，也让我知道我们课本上的知识在实际中怎么应用，理论联系实践，相互关系。
通过此次设计，我对理论知识的学习有了很大的兴趣，现在我可以主动的去学习，我明白自己该学习那个方面，重点是什么？
我也掌握的了在理论中遇到问题，应该怎样去解决，在实际中遇到迷团应该怎样去检查调试。
总体来说，这次实习我受益匪浅。
在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。
在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐，让我认识到了实践与学习相结合的重要性，对数电也有很大的提高，动手能力也有提高，学习就要这样来学，才有效率，我在以后的学习中一定会增加动手的机会，认真总结和重复学习，注重每一个环节和知识的总结。
附录（参考文献）：
王毓银主编《数字电路逻辑设计》（第三版）高等教育出版社
陈光明主编《电子技术课程设计与综合实训》，北京航空航天大学出版社。
西安邮电学院数字电路课程设计成绩鉴定表
学生姓名
班级/学号
承担任务实验室（单位）
电路与电子技术基础教学部
所在部门
电子工程学院
实施时间
2011年12月19日——2011年12月30日
具体内容
第一周
讲授数字电路的设计方法及需要注意的问题；选定题目，并设计电路，完成电路设计；电路仿真；领取元器件，开始组装电路；
第二周
组装电路;老师验收电路;写实验报告；实验总结；
成绩鉴定
学习内容
（40分）
基本功能完成情况（25分）
扩展功能完成情况（10分）
其它（5分）
接受单位评价
（20分）
实践能力（10分）
学习态度（6分）
学习纪律（4分）
报告鉴定
（40分）
报告内容与实践过程紧密结合（20分）
报告质量（主题、结构、观点、逻辑、资料、字数20分）
评阅教师姓名
张春茗
职称
讲师
成绩
评语
评阅教师签字
年月日
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