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1、2.3.4 显示器： 92.4 实现功能 93 硬件设计 103.1 所需集成电路 103.2 各功能电路接线图 103.3 主要参数的计算与分析 113.3.1 74LS148芯片的功能表 113.3.2 74LS48芯片的功能表 113.3.3 74LS279芯片的功能表 134 调试过程 144.1 安装的实物 144.2 焊接要求 154.3 调试过程 165 结束语 176 参考文献 181 设计任务与要求1.1 参赛选手要求 可同时供四名选手参赛，其编号分别是0-3，各用一个抢答按钮，按钮的编号和选手的编号相对应，给节目主持人设置一控制开关，用于控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）

2、抢答的开始。1.2 存储要求 抢答器具有数据锁存和显示的功能，抢答开始后，若有选手按抢答按钮，其编号立即所存，并在数码管上显示该选手的编号。1.3 锁存要求 封锁输入电路，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主持人将系统清零为止。2 设计方案2.1 设计思路在给定5V直流电源电压的条件下设计一个可以容纳四组参赛者的抢答器，抢答器可容纳四组选手，并为每组选手设置一个按钮供抢答者使用。为主持人设置一个系统清零和抢答控制开关K，当开关K被按下时，抢答开始（允许抢答），打开后抢答电路清零。抢答器具有一个抢答信号的鉴别、锁存及显示功能。即有抢答信号输入（参赛者的开关中任意一个开关被按下）

3、时，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示出来。此时再按其他任何一个抢答器开关均无效，优先抢答选手的编号一直保持不变，直到主持人将系统清除为止。开关K按下后，抢答开始，开始10S倒计时。参赛选手在设定的时间内抢答，则抢答有效，定时器停止工作，根据抢答结果由数码管显示选手的组别，并一直保持到主持人将系统清零为止。2.2 设计原理2.2.1 设计原理及原理图 设计原理：接通电源后，主持人将开关拨到清除状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始状态，宣布开始抢答器工作。选手在抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、亮灯提示。如果再次抢答必须由主持人再

4、次操作和状态开关。图2-1 四路抢答器原理图2.2.2 结构框图图2-2 四路抢答器结构图主要是由抢答按钮，优先编码电路，锁存器，译码电路，显示电路，控制电路，主持人控制开关七部分构成。 抢答按钮由四个开关，四个电阻组成，当开关闭合时，输入的是低电平，编码器进行编码。当开关打开时，输入的是五伏电压，高电平，导致编码器不进行编码。优先编码器，是有74ls148芯片构成。优先编码器电路中，允许同时输入两个以上的编码信号。不过在设计优先编码器时已经将所有的输入信号按优先顺序排了队，当季的信号同时出现时，只对其中优先权最高的一个进行编码。而且74ls148只对低电平输入信号编码，所以在I0，I1，I2

5、，I3为编码输入信号端，无论其他的有没有按下开关，只对优先按下的开关输入信号进行编码。而Y1，Y2，Y3为输出，但输出为反码ST为选通，只有在ST=0的条件下，编码器才能正常工作。而在ST=1时，所有的输出端均被封锁在高电平。所以ST端通过限流电阻和发光二极管接地。输入端YEX表示只有在低电平时才能够工作。只要任何一个编码输入端有低电平信号输入，切ST为高电平，YEX为低电平。锁存器，由74ls279芯片构成，有四个RS触发器构成。R输入端接主持人开关，有主持人控制输入为高电平还是低电平。S输入端接编码器的输出，1Q,2Q,3Q,4Q分别RS的输入来决定自己为高电平还是低电平。译码电路，译码器

6、使用的是共阴极译码器74LS48。74LS48的输入端是四位二进制信号，a、b、c、d、e、f、g是七段译码器的输出驱动信号，高电平有效。可直接驱动共阴极七段数码管， 是使能端，起辅助控制作用。将Y0-Y3分别接到四个译码器的BI消隐输入端，当哪一个引脚的输出为高电平时，该位译码器的BI为高电平。可以驱动数码管发光显示。其他位因BI为低电平，数码管不会发光显示。LT和RBI输入端接高电平，使译码器能正常工作。显示部分，由数码管构成，显示数字，来告诉大家由谁抢答成功。主持人控制部分，主要功能是清零和开始。当主持人开关接地时，抢答人是否按下抢答开关，使数码管一直处于0数字的显示；当主持人闭合开关，

7、74ls279的每一个R输入端都为高电平，使锁存器中RS触发器正常工作，一旦有抢答人按下开关，编码器开始编码，锁存器中1Q，2Q，3Q，4Q输出1或0，1或0输入译码器，译码器信号通过电阻输入显示器数码管，数码管最后显示数字。抢答成功。2.3 设计使用的芯片及各芯片的作用2.3.1 74LS48芯片 图2-3是译码器图，74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中。 （1）LT是试灯输入端，当 LT=0，BI=1时，不管其它输入是什么状态，ag七段全亮。 （2）BI静态灭灯输入 ，当 BI=0，不论其它输入状态如何，ag均为0，显示管熄灭。 （

8、3）RBI动态灭零输入 ，当 LT=1， RBI=0时，如果 A3A2A1A0（ABCD）=0000时，ag均为各段熄灭。 （4）RBO动态灭零输出 ，它与灭灯输入BI 共用一个引出端。当 在动态灭零时输出才为0。片间与 RBI配合，可用于熄灭多位数字前后所不需要显示的零。图2-3译码器图图2-4 74LS48管脚图2.3.2 74LS148芯片74LS148工作原理：该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端。此外，电路还设置了输入使能端EI，输出使能端EO和优先编码工作状态标志GS。 当EI=0时，编码器工作；而当EI=1时，则不论8个输入端为何种状态，3个输出端均为高电平，且优先标志端

9、和输出使能端均为高电平，编码器处于非工作状态。这种情况被称为输入低电平有效，输出也为低电来有效的情况。当EI为0，且至少有一个输入端有编码请求信号（逻辑0）时，优先编码工作状态标志GS为0。表明编码器处于工作状态，否则为1。 由功能表可知，在8个输入端均无低电平输入信号和只有输入0端（优先级别最低位）有低电平输入时，A2A1A0均为111，出现了输入条件不同而输出代码相同的情况，这可由GS的状态加以区别，当GS1时，表示8个输入端均无低电平输入，此时A2A1A0=111为非编码输出；GS0时，A2A1A0=111表示响应输入0端为低电平时的输出代码（编码输出）。EO只有在EI为0，且所有输入端

10、都为1时，输出为0，它可与另一片同样器件的EI连接，以便组成更多输入端的优先编码器。在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编 码器时，已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。在同时存在两个或两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不起作用。74148是一个八线-三线优先级编码器。图2-5 74LS48管脚功能图74LS148优先编码器管脚功能介绍：为16脚的集成芯片，电源是VCC（16） GND（8）,I0I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，IE是使能输入端，OE是使能输出端，GS为片优先编码输出端。 使能端OE（

11、芯片是否启用）的逻辑方程：OE =I0I1I2I3I4I567IE当OE输入IE=1时，禁止编码、输出（反码）： A2,A1,A0为全1。当OE输入IE=0时，允许编码，在I0I7输入中，输入I7优先级最高，其余依次为：I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等级排列。2.3.3 74LS279芯片74LS279锁存器图2-6 74LS279芯片管脚图优先编码器74LS279功能表图2-7 74LS279原理图其中74LS179芯片一部分的RS触发器的结构、功能如下：图2-8 RS触发器RS触发器工作原理：当R端无效，S端有效时，则Q=0；当R端有效、S端无效时，则Q=1；如上所述，当触发器的

12、两个输入端加入不同逻辑电平时，它的两个输出端Q和Q有两种互补的稳定状态。一般规定触发器Q端的状态作为触发器的状态。通常称触发器处于某种状态，实际是指它的Q端的状态。Q=1、Q=0时，称触发器处于1态，反之触发器处于0态。S=0,R=1使触发器置1，或称置位。因置位的决定条件是S=0,故称S端为置1端。R=0,S=1时，使触发器置0，或称复位。同理，称R端为置0端或复位端。若触发器原来为1态，欲使之变为0态，必须令R端的电平由1变0，S端的电平由0变1。这里所加的输入信号（低电平）称为触发信号，由它们导致的转换过程称为翻转。由于这里的触发信号是电平,因此这种触发器称为电平控制触发器。从功能方面看

13、，他只能在S和R的作用下置0和置1，所以又称为置0置1触发器，或称为置位复位触发器。由于置0或置1都是触发信号，所以低电平有效。图2-9 数码管管脚图，显示数字，准确的表达谁抢答成功。数码管作用： 当主持人控制开关S置清零端时，RS触发器的R端均为“0”，4个触发器输出1Q-4Q全部为零，使74LS48的BI=0，数码管显示器灭；同时74LS148的选通输入端ST=0，使之处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人将开关“S”置于“开始”端时，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，等待信号输入端信号输入，当有选手按下时，比如“S0”按下时，74LS148的输出Y2Y1

14、Y0=000，经RS锁存后，BI=1,74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=A2A1A0=000,经74LS148译码后，显示器显示“0”。2.4 实现功能一是选手按抢答按钮，其编号立即所存，并在数码管上显示该选手的编号。二是封锁输入电路，禁止其他选手抢答。三是优先抢答选手的编号一直保持到主持人主持人将系统清零为止。3 硬件设计3.1 所需集成电路74LS148,74LS279,74LS48和五个开关及其他元件。3.2 各功能电路接线图电路连接图3-1如下：图3-1电路连接3.3 主要参数的计算与分析 3.3.1 74LS148芯片的功能表表4-1 74LS148功能表从功能表中可以得出，

15、74LS148输入端优先级别的次序依次为I7，I6，I0 。当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端没有低电平输入时，输出端才输出相应该输入端的代码。例如：I5=0且I6=I7=1（I6、I7优先级别高于I5） 则此时输出代码010 。这就是优先编码器的工作原理。3.3.2 74LS48芯片的功能表表4-2 74ls48引脚功能表七段译码驱动器功能表74LS48引脚功能表七段译码驱动器功能表十进数或功能输入BI/RBO输出备注 LTRBID C B A abcdefgH0 0 0 01x0 0 0 120 0 1 030 0 1 140 1 0 050 1 0 160 1 1 070

16、 1 1 181 0 0 091 0 0 1101 0 1 0111 0 1 1121 1 0 0131 1 0 1141 1 1 0151 1 1 1BIx x x xL3.3.3 74LS279芯片的功能表74LS279功能表：H=高电平，L=低电平，QO=建立稳态输入条件之前的Q电平4 调试过程 4.1 安装的实物 焊接电路板时，一定要控制好时间。太长，电路板将被烧焦，或造成铜箔脱落。从电路板上拆卸元件时，可将电烙铁头贴在焊点上，待焊点上的锡熔化后，将元件拔出。烙铁的温度与烙铁头的体积、形状、长短等都有一定的关系。当烙铁头的体积比较大时，则保持时间就长些。另外，为适应不同焊接物的要求，烙

17、铁头的形状有所不同，常见的有锥形、凿形、圆斜面形等等。烙铁使用方面应注意烙铁应接地，最好选用尖头的烙铁，温度（260300），可以适当的加一些助焊材料（松香、助焊剂），表贴的芯片应该选择合适的焊锡丝（0.60.8），有条件的话可以使用恒温烙铁，焊接过程中佩带防静电手环，注意芯品的方向，应该同丝印一致。烙铁芯的功率规格不同， 其内阻也不同。 25W 烙铁的阻值约为 2k ， 45W 烙铁的阻值约为 1 k ， 75W 烙铁的阻值约为 0.6 k ， 100W 烙铁的阻值约为 0.5 k 。烙铁头是用紫铜材料制成的，它的作用是储存热量和传导热量，它的温度必须比被焊接的温度高图3-7 安装的实物正面

18、图图3-7 实物背面图4.2 焊接要求（1）焊接电路板时，一定要控制好时间。（2）为适应不同焊接物的要求，烙铁头的形状有所不同，常见的有锥形、凿形、圆斜面形等等。烙铁使用方面应注意烙铁应接地，最好选用尖头的烙铁，温度（260300），可以适当的加一些助焊材料（松香、助焊剂），表贴的芯片应该选择合适的焊锡丝（0.60.8），有条件的话可以使用恒温烙铁。（3）焊接过程中佩带防静电手环，注意芯品的方向，应该同丝印一致。烙铁芯的功率规格不同，其内阻也不同25W 烙铁的阻值约为 2k,45W 烙铁的阻值约为 1 k,75W 烙铁的阻值约为 0.6k，100W 烙铁的阻值约为0.5 k。烙铁头是用紫铜材料

19、制成的，它的作用是储存热量和传导热量，它的温度必须比被焊接的温度高。4.3 调试过程调试步骤：首先按抢答器功能进行操作，若电路满足要求，说明电路没有故障。若某些功能不能实现，就要设法查找并排除故障。排除故障可按信息流程的正向（由输入到输出）查找，也可按信息流程逆向（由输出到输入）查找。当有抢答信号输入时，观察对应指示灯是否点亮，若不亮，可用万用表（逻辑笔）分别测量相关与非门输入、输出端电平状态是否正确，由此检查线路的连接及芯片的好坏。若抢答开关按下时指示灯亮，松开时又灭掉，说明电路不能保持，此时应检查与非门相互连接是否正确，直至排除全部故障为止。出现的问题及解决方法：（1）由总电路可以看到，本

20、次课程设计的接线十分之多，因为在接线时要十分细心，如果不小心就会接错。在实验设计实体连接的过程中，每一步都小心翼翼地做。一条线接错或者一条线在过程中不小心被动到，都有可能让整个电路没有反应，所以每一步都必须要小心，没有人希望重新连接一次，器件和线路实在是多，最好能够先把电路划分清晰，就是尽量明显的把个各块独立的电路组成部分分开得明显些，这样就算接错了也可以大概检查各块输出就知道哪里出问题，减少检查的范围和数量，更省时省力。（2）实验时要注意74系列要接入电源，因为在实验中，我曾经忘记了接电源。使得抢答器的显示灯无法正常显示。在接线时，要看清楚管脚是16个脚还是14个脚，如果是16脚的，一定要接

21、入电源。电源跟地一定要接对，有一次因为接错地很电源，浪费了半个钟头。（3）在开始设计抢答电路部分时，遇到不知如何让组别输出显示为三的问题。经过查找资料和分析后，逐步更改测试达到了上面抢答电路的电路图。5 结束语本学期第十四、十五周我们进行了电子技术课程设计，我们用两周的时间进行了资料查找和实体设计，然后认真写了设计说明。本电路由锁存器、编码器、数码管等构成，实现各项锁存，清零等功能。提示等多种功能。本抢答器能够准确判断出第一位抢答者，并且通过数显途径能让人们很容易得知谁是抢答成功者。根据不同比赛的需要，主持人可以预设一定的回答限制时间，让抢答者在规定时间内答题，主持人根据答题结果评出最终赢家。

22、总结如下：优点：电路功能原理清晰，各项功能均达到了要求，显示准确，反应灵敏，无竞争冒险现象，基本满足了普通竞赛的抢答要求。缺点：如果长按住按钮不放，主持人清零后将能获得抢答权。改进：可以更改促发器的类型，如使用jk触发器代替，则长按无效，或者在抢答端添加一个发光二极管，当有人作弊，二极管就会亮，从而阻止选手长按按钮的缺陷。心得体会：通过这次课程设计，我对于74L系列有了更深的了解，知道功能表后，一切芯片都能得心应手。而且，知道了抢答器的设计方法，以后可以设计任何多人抢答器。这次的抢答器电路设计也让我认识到光靠理论的知识连起来的电路并不一定能够实现，要对其就出现的现象进行不断的修改和测试，争取完

23、美，同时实物的制作也提升了我的动手能力，实践能力得到了一定的锻炼。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，培养了我的设计思维，增强了动手能力。在改进电路的过程中，同学们共同探讨，最后的电路已经比初期设计有了很大提高。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，加深了我对设计方面的兴趣。理论与实践得到了很好的结合。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。6 参考文献1 童师白、华成英 模拟电子技术基础（第三版）M 北京 高等教育版社2001；2 阎石 数字电子技术基础（第四版）M 北京 高等教育版社，1998；3 吕思忠 数子电路实验与课程设计M 哈尔滨工业大学出版社 2003；4 郑家龙 集成电子技术基础教程M 高等教育出版社 2008；5 高吉祥 电子技术基础实验与课程设计M 电子工业出版社2011-04-016 黄继昌 数字集成电路应用300例 M 人民邮电出版社 出版日期2003-01；7 王毓银 主编数字电路逻辑设计M 高等教育出版社 2005；8 师亚莉 戢小量数字课程逻辑设计M 编西安邮电学院出版2013-02-019 唐小华 主编数字电路与EDA实践教程M 科学出版 2010-8-1。