数电1.docx

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数电1

系统仿真实验（数电Multisim仿真）

多功能数字式抢答器（定时抢答，犯规抢答）

电信081班曹凯08808016

一、要求

（1）抢答开始时，由主持人按下复位开关清除信号，用发光二极管作为输出显示信号标志。

（2）当主持人宣布“抢答开始”后，先按键者相应的发光二极管点亮；

（3）有人按键被响应的同时，应有信号发出去锁住其余几个抢答者的电路，不再接收其它信号，直到主持人再次清除信号为止。

当达到限定时间时，发出声响以示警告。

（4）在电路中设计一个计时功能电路，要求计时电路按秒显示，最多时限为1分钟，当时间显示一旦到达59秒，下一秒系统自动取消抢答权，信号被自动清除，抢答重新开始。

亦可倒计时显示。

（5）至少4路信号抢答设计。

二、原理

1、该抢答器所实现功能：

A抢答时间30

倒计时，当倒计时到达最后十秒而没有人抢答时，系统自动报警，蜂鸣器断续发出声音，当倒计时到达00

时，倒计时停止，封锁其他选手的抢答信号输入。

B成功抢答数码管显示对应选手编号，对应选手发光二极管点亮，抢答倒计时停止，同时封锁其他选手的按键输入。

C成功抢答后，主持人按动抢答/答题开始键，进行60

答题倒计时，同时封锁按键对倒计时电路，抢答数码管显示电路，发光二极管点亮电路的输入；在当倒计时到达最后十秒而没有人抢答时，系统自动报警，蜂鸣器断续发出声音。

D若主持人清零后未按动抢答/答题开始键时，有选手抢答，即犯规抢答时，对应选手的红色发光二极管闪烁警告选手，显示编号数码管闪烁选手编号，蜂鸣器断续发出声音从而提示主持人有选手犯规抢答。

2、工作原理

通电后，主持人将清零开关按下并弹起，编码器处于工作状态，编号显示器显示并闪烁0，定时器显示00；主持人将“时间调整”开关拨到30

，然后按下并弹起“开始抢答/开始答题”按键，定时器显示30

并开始倒计时，当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时抢答。

选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：

优先判断，编号锁存，编号显示，对应选手的发光二极管亮。

如果主持人未按“开始抢答”按键，而有选手按动抢答按钮即犯规抢答时，数码管闪烁选手编号，蜂鸣器报警，对应选手的发光二极管闪烁以提示并警告选手。

当一轮抢答之后，定时器停止，禁止二次抢答，定时器显示剩余时间。

当选手成功抢答后，主持人将“时间调整”开关拨到60

然后按下并弹起“开始抢答/开始答题”按键，开始答题倒计时，同时封锁抢答电路，当到达最后十秒时，扬声器发声提示。

如果再次抢答必须由主持人再次操作“清零”和“开始抢答/开始答题”按键。

三、设计过程

（1）抢答数码显示电路的设计

该部分主要完成三个功能：

一是分辨选手按键的先后，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。

选用优先编码器74ls148、RS锁存器74LS279可以完成上述功能，所组成的电路图如下所示。

这个电路的工作原理：

当主持人控制开关space置于“清零”端时，RS触发器的R非端均为0，4个触发器输出（Q4--Q1）全部置0，使74ls148的BI的非=0，显示器灯灭：

74ls148的选通输入端EI非为0，使之处于工作状态，此时锁存电路不工作。

当主持人把开关space置于“开始”时，优先编码器和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端的信号，当有选手将键按下时（比如按下s4），74ls148的输出Y2Y1Y0的非=011，GS的非=0，经RS锁存后，Q3Q2Q1=100,经74LS47译码，七段数码显示4,同时Q4=1，Q4高电平接74ls148的选通输入端EI非，禁止其输入，从而达到封锁其他选手抢答的目的。

图1

（2）抢答提示、犯规抢答警告电路的设计

该部分主要完成三个功能：

一是分辨选手按键的先后，通过4D锁存器74LS175电路锁存抢答信号，并点亮对应选手的发光二极管；二是禁止其他选手按键操作，三是在主持人按动清零键而为按动开始抢答按键时，若有选手按动抢答按键，对应选手的另外一只发光二极管闪烁以示警告。

选用4D锁存器74LS175，四2输入与非门74LS00，四2输入与门74LS08，六2输入非门74LS04，三3输入与门74LS11这些芯片与发光二极管可以完成上述功能，其中四2输入与非门74LS00搭接基本RS触发器，四2输入与门74LS08，六2输入非门74LS04、三3输入与门74LS11和74LS08搭接四输入与非门。

所组成的电路图如下所示。

这个电路的工作原理过程：

当抢答按键按下后，按键输出低电平信号，经非门后为高电平，在时钟脉冲作用下，高电平信号从74LS175的输入引脚传送到对应的输出Q引脚，并点亮对应发光二极管；此外，四个Q非端接四输入与非门输入端，其对应输入引脚为低电平，输出则为高电平，经非门后为低电平，此信号接74LS175脉冲控制与门，封锁74LS175脉冲的输入，从而封锁抢答信号的输入，这样便在某一选手抢答后封锁了其他选手的抢答信号输入。

若在主持人按完清零键而为按动开始抢答按键时，两个与非门搭接的基本RS触发器Q输出端为高电平，此信号与秒脉冲信号接两输入与门U30，这样，便选通了秒脉冲输入，与门U30的输出端输出秒脉冲，此输出端分别和74LS1754Q、3Q、2Q、1Q相与，然后分别接对应选后的犯规抢答发光二极管。

如果在此时有选手按动抢答按键即提前抢答时，74LS175Q对应Q端为高电平，与门U30的输出端输出的秒脉冲便被选通，输入到对应选手的犯规抢答发光二极管，使之闪烁，从而达到了在选手提前抢答的时候警告选手的目的。

图2

（3）定时电路的设计

该电路主要实现3个功能：

对抢答时间进行30

倒计时；对答题时间进行60

倒计时，并在在答题倒计时过程中封锁抢答按键对74LS148、74LS175的信号输入。

通过单刀双掷开关对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。

可预置时间的电路由两片十进制同步加减计数器74LS192、译码器74LS47、共阳七段数码显示管来进行设计。

其中，两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS47显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。

当开始抢答按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将抢答时间显示在共阴极七段数码显示管上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到达最后10

时，

输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。

当选手抢答上以后，调整时间调整单刀双掷开关至60

，再按下并弹起“开始抢答/开始答题”按键，可以实现答题倒计时。

答题倒计时实现的具体过程是：

通过抢答答题倒计时开关对74LS148进行清零，从而使四输入与非门输出信号为低电平，经上图非门U5后为高电平；在按动“开始抢答/开始答题”的同时，对两片74LS进行置操作，从而使BO2输出高电平，与U5输出高电平共同作用于三输入与门，选通低位74LS192秒脉冲输入，从而实现答题倒计时。

在答题倒计时过程中，通过时间调整单刀双掷开关输出信号与图2中四输入与非门输出信号相或接74LS148EI非，从而在30

抢答倒计时时选通四输入与非门输出信号，在60

答题倒计时时或门输出高电平封锁74LS148按键输入；通过非门U25的输出信号接低位192脉冲控制门，从而在30

抢答倒计时时选通秒脉冲输入，在60

答题倒计时时封锁脉冲输入，防止在答题倒计时过程中因选手失误按动抢答按键而出现的倒计时停止现象。

图3

（4）报警电路的设计

该部分主要实现三个功能，一是在抢答答题倒计时最后10

启动蜂鸣器输出报警信号；二是在选手提前抢答时启动蜂鸣器输出报警信号；三十在选手提前抢答时，显示抢答选手编号的发光二极管闪烁，此闪烁信号与蜂鸣器报警信号共同提醒主持人有选手提前抢答。

选用74LS47、共阳数码管、四2输入或门74LS32、四2输入或非门74LS02、四2输入与门74LS08、BJT三极管、蜂鸣器可完成上述功能。

该部分电路的工作原理：

抢答答题最后10

蜂鸣器报警：

与门U24引脚6接地位192DOWN引脚，从而实现有且只有在倒计时过程中输入秒脉冲，在高位192四个输出端同时为低电平时，也即答题的最后10

时，四输入或非门的输出端输出高电平，从而选通引脚6在倒计时过程中的脉冲输入，U24的输出端接或门，（此时没有选手提前抢答，所以与门U38的输出为低电平），或门输出端便输出秒脉冲信号，经三极管对电流进行放大，驱动蜂鸣器断续发出报警声音。

选手提前抢答蜂鸣器报警：

引脚7接图2与门U30输出端（在选手提前抢答时，此输出端输出秒脉冲），引脚8接图2四输入与非门输出端，在选手提前抢答时，此输出端输出为高电平，从而选通了与门U30输出端输出的秒脉冲，这样，在选手提前抢答时，与门U30的输出端便输出秒脉冲，此输出端接或门（提示没有倒计时，所以与门U24输出端为低电平），或门输出端便输出秒脉冲信号，经三极管对电流进行放大，驱动蜂鸣器断续发出报警声音。

选手提前抢答显示选手编号的数码管闪烁：

此处用或非门74LS02一输入端接地实现非门，引脚1接图2与门U30输出端，此输出端在主持人按动“开始抢答、答题”键之前输出秒脉冲，此秒脉冲可以点亮并熄灭数码管，从而实现数码管的闪烁；在主持人按动“开始抢答、答题”键之后为低电平，因74LS47LT、RBI、BIRBO引脚为高电平时才能点亮数码管，所以此时要点亮发光二极管，使之显示成功抢答选手的编号，则需要使之（图2与门U30输出端）接非门，从而是非门输出高电平，点亮数码管，使之显示成功抢答选手的编号。

图4

（5）电路的整体设计：

将上述各部分电路通过或门，非门控制门相连，便形成了整体电路图，如下图所示：

图5