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1、8位数字抢答器含电路图天津职业大学八路抢答器电路设计报告学院:电子信息工程学院专业:应用电子技术班级:电子1班姓名:吴凡 樊德帅指导教师:李新2014年6月30日一、课程设计的内容 设计一个8位数字抢答器。二、课程设计的要求与数据设计要求包括：1. 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0 S7表示。 2. 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。 3. 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。 4. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如,30秒）。当主持人启动开始键后，定

2、时器进行减计时。 5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。 6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统通过一个指示灯报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。三、课程设计应完成的工作1. 利用各种电子器件设计8位数字抢答器； 2. 利用DE2板对所设计的电路进行验证； 3. 总结电路设计结果，撰写课程设计报告。四、应收集的资料及主要参考文献1 陈永浦. 数字电路基础及快速识图M. 人民邮电出版社, 2006. 275-277.2 侯建军. 数字电路实验一体化教程M. 北京 清华大学出版社, 2005

3、. 773 范文兵. 数字电子技术基础M. 北京 清华大学出版社, 2008.1 设计任务目的及要求1.1 设计目的通过课程设计，对数字逻辑的基本内容有进一步的了解，特别是时序逻辑电路的设计。能把上学期学到的数字逻辑理论知识进行实践，操作。在提高动手能力的同时对常用的集成芯片有一定的了解，在电路设计方面有感性的认识。而且在进行电路设计的时候遇到问题，通过独立的思考有利于提高解决问题的能力。在经过课程设计后，更明白数字逻辑电路设计的一般方法，以及在遇到困难怎么排除问题。1.2 设计要求 我选择的课程任务是设计一个8位数字抢答器。 设计要求包括： 1. 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用

4、8个按钮S0 S7表示。 2. 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。 3. 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。 4. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如,30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。 5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。 6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统通过一个指示灯报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。2 工作原理及设计方案 抢答器是为竞赛参

5、赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，竞赛者可以分为若干组，抢答时各组对主持人提出的问题要在最短的时间内做出判断，并按下抢答按键回答问题。当第一个人按下按键后，则在显示器上显示该组的号码，同时电路将其他各组按键封锁，使其不起作用。回答完问题后，由主持人将所有按键恢复，重新开始下一轮抢答。抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如,30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统通过一个指示灯报警并

6、禁止抢答，定时显示器上显示00。因此要完成抢答器的逻辑功能，该电路至少应包括输入开关、数字显示、判别组控制以及组号锁存等部分。2.1 原理框图 图一 原理框图2.2 设计思路 1. 抢答器供8名选手比赛，分别用8个按钮S0 S7表示。这个功能只需要通过管脚分配把按钮分配到实验版上的拨动开SW0到SW7关，让每个选手拨动开关后产生相应的信号就可以了。不同的选手拨动按钮发出信号通过74LS148编码器进行编码，编码后输出信号进行下一步的译码和锁存。 2. 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。在这里首先通过管脚分配把开关S分配到相应一个拨动开关，这个就是开关SW16。该开关联系到一

7、个相应的线路，这个线路通过与非门连接其他信号，从而达到清零的功能。 3. 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。74LS373具有锁存功能，可以在一个选手按下按钮后进行锁存，其他的选手不能在抢答。锁存相应的编号时，由于编码器编的是从0到7，如果0号选手抢答，与清零的时候可能造成混淆，所以要加上加法器，对编码器的0到7都加上1。加法器是用74LS83这样在后面的74LS47译码器上就可以显示1到8的号码。 4. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如,30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。74

8、LS192具有减法功能，通过使用74LS192可以对设定的时间进行自减。只需要给定74LS192秒脉冲就可以。同时74LS192结合74LS47可以对所设定的抢答时间和选手抢答的时间显示出来。 5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。选手进行抢答，通过编码器，锁存器，加法器，译码器，显示出来。当某个选手抢答有效，通过74LS148编码器的GSN端口连接到控制清零端的与非门就可以进行禁止其他选手的抢答，同时把该选手的号码显示在数码管上，同时通过74LS148编码器的GSN端口可以停止74LS192的脉冲，从

9、而让脉冲停止，达到显示抢答时间的效果。 6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统通过一个指示灯报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。当时间到的时候，减法器74LS192的十位的LDN端口发出一个高电平，在这个端口上连接上一个显示灯，作为报警用。同时减法器74LS192的十位的BON端口会发出一个低电平，可以连接到脉冲上，让脉冲停止，数码管上显示的是00.2.3 设计流程图图二 流程图2.4 设计方案 整体的电路可以分为两部分，一个是抢答电路，第二部分是定时，报警电路。 1 .抢答的部分：抢答器供8名选手比赛，分别用8个按钮S0 S7表示。通过管脚分配把按钮分配到实验版上的拨动开SW

10、0到SW7关，让每个选手拨动开关后产生相应的信号。不同的选手拨动按钮发出信号通过74LS148编码器进行编码，编码后输出信号进行下一步的译码和锁存。设置一个系统清除和抢答控制开关S，开关由主持人控制。通过管脚分配把开关S分配到相应一个拨动开关SW16。该开关联系到一个相应的线路，这个线路通过与非门连接其他信号，从而达到清零的功能。抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。74LS373具有锁存功能，可以在一个选手按下按钮后进行锁存，其他的选手不能在在有选手抢答后再进行抢答。锁存相应的编号时，由于编码器编的是从0到7，如果0号

11、选手抢答，与清零的时候可能造成混淆，所以要加上加法器，对编码器的0到7都加上1。加法器是使用用74LS83，加1后在就可以在数码显示管上显示1到8的号码。 2. 定时抢答功能，和报警部分：一次抢答的时间由主持人设定（如,30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。74LS192具有减法功能，通过使用74LS192可以对设定的时间进行自减。74LS192进行工作的时候需要给定秒脉冲。同时74LS192结合74LS47可以对所设定的抢答时间和选手抢答的时间显示出来。参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。选手

12、进行抢答，通过编码器，锁存器，加法器，译码器，显示出来。当某个选手抢答有效，通过74LS148编码器的GSN端口连接到控制清零端的与非门就可以进行禁止其他选手的抢答，同时把该选手的号码显示在数码管上，同时通过74LS148编码器的GSN端口可以停止74LS192的脉冲，从而让脉冲停止，达到显示抢答时间的效果。若定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统通过一个指示灯报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。当时间到的时候，减法器74LS192的十位的LDN端口发出一个高电平，在这个端口上连接上一个显示灯，作为报警用。同时减法器74LS192的十位的BON端口会发出一个低电平，可以连接到脉冲上，让脉

13、冲停止输到加法器上，那么数码管显示的是00。3 单元电路设计与实现整个电路分为编码单元，锁存单元，加法器单元，设定抢答时间单元，和译码单元五个部分。3.1 编码单元在选手按动按钮后，发出相应的信号。使用74LS148对信号进行编码，优先判决器是由74LS148集成优先编码器等组成。该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端，输入使能端EI，输出使能端EO和优先编码工作状态标志GS。其功能表如表5.24.1所示。从功能表中可以看出当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，输出端均为“1”，且GS端和EO端为“1”，编码器处于非工作状态,这种情况被称为输入低电平有

14、效。图3 优先编码器74LS148功能表输 入输 出EI I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7A2 A1 A0 GS EO1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 00 00 0 0 0 10 0 10 0 1 0 10 0 1 10 1 0 0 10 0 1 1 10 1 1 0 10 0 1 1 1 11 0 0 0 10 0 1 1 1 1 11 0 1 0 10 0 1 1 1 1 1 11 1 0 0 10 0 1 1 1 1 1 1 11 1 1 0 1（表中代表任意状态） 由74LS148集成优先编码器组成的优先判决器如图所示，当抢答开关S

15、1S7中的一个按下时，编码器输出相应按键对应的二进制代码，低电平有效。编码器输出AOA2、工作状态标志GS作为锁存器电路的输入信号，而输入使能端EI端应和锁存器电路的Q0端相联接，目的是为了在EI端为“1”时锁定编码器的输入电路，使其它输入开关不起作用。具体实现电路为：图四 编码单元3.2 锁存单元 74LS373功能表：E G D Q L H H H L H L L L L X Q 上表是74LS373的真值表，表中： L低电平； H高电平； X不定态； Q0建立稳态前Q的电平； G输入端，与8031ALE连高电平：畅通无阻低电平：关门锁存。 OE使能端，接地。 当G=“1”时，74LS37

16、3输出端1Q8Q与输入端1D8D相同； 当G为下降沿时，将输入数据锁存。 那么按照实验的要求，编码器的输入就只有三个，因此只用到Q1到Q3，而Q4接上74LS148的GSN，再和74LS373的输出D4通过与非门连接起来，输到74LS373的G端口。从而达到锁存的目的。具体电路图为：图五 锁存单元3.3 加法器单元由于选手输入的是0到7，所以要每个都加上1，让数码管显示的是1到8，因此要使用加法器。加法器的真值表为：A1A3 B1B3 A2A4 B2B4 | S1S3 S2S4 C2C4 | S1S3 S2S4C2C4L L L L | L L L | H L LH L L L | H L L

17、 | L H LL H L L | H L L | L H LH H L L | L H L | H H LL L H L | L H L | H H LH L H L | H H L | L L HL H H L | H H L | L L HH H H L | L L H | H L HL L L H | L H L | H H LH L L H | H H L | L L HL H L H | H H L | L L HH H L H | L L H | H L HL L H H | L L H | H L HH L H H | H L H | L H HL H H H | H L H

18、| L H HH H H H | L H H | H H H因此要使加法器加上1，那么，令74LS83的A1，A2，A3对应74LS373的Q1,Q2,Q3作为输入的数据，而B1,B2,B3,B4,A4则接地。具体的电路图为：图六 加法单元3.4 译码单元4 实验结果 按照设计时的思路，把电路图连接好。经过改错，编译，分配管脚，然后就可以看到实验结果。我的管脚分配为：SW0到SW7为选手的编号，分别为1到8。SW8到SW11为设定抢答时间的个位，SW12到SW15是设定抢答时间的十位。SW16为设定抢答时间的置位端。SW17为开始键。实验结果为： 主持人先按下置位端，就可以设定抢答时间，按照个

19、位和十位的拨动开关设定，在对应的数码管上可以看到相应的抢答时间。然后主持人就可以按下开关让选手抢答，这时候抢答时间开始自减，在这个时间内，如果有选手抢答，数码管上会显示相应的选手号，在这个时候，如果有其他的选手也按下了抢答按钮，显示器不会显示。如果在抢答时间内没有人抢答，显示抢答时间的数码管就会显示00，而且有报警灯闪。当主持人要进行下一轮的抢答，可以拨动开关SW16作为清零，重新开始抢答。综上所述，实验结果符合实验任务的要求。5 总结 本课程设计基本完成了老师的要求，能够实现全部的功能。能八路抢答，能定时抢答，也能报警，清零。 在进行实验的时候，遇到不少的问题。一开始不知道该使用什么芯片去做

20、实验，只能研究老师发的Quartus II中的宏模块，熟悉芯片的功能，同时去图书馆借有关书籍，看看哪些芯片能达到编码，译码，锁存等，以及重新温习了上个学期的数字逻辑书本。经过资料的搜集，基本确定了用哪类芯片达到哪类功能。然后就研究电路图，仔细对照真值表连接电路图，并画好电路图草稿。画好电路图后，到实验室上机，一开始在电脑上画好电路图后，编译也不过，存在几个错误，慢慢检查后，是连线的错误，有几个地方是不该接在一起的，从而造成了一个输入端有两个输入量。在排除错误后，经过了编译，但是数码管完全没有反应，检查后发现是因为在通过与非门进行清零的时候，接线错误导致令74LS74一直不工作，改过错误后，数码

21、管能正确显示，选手也能抢答，但是抢答时间到了，74LS192还是在计数，不能在00那里停止，于是改进电路图，使74LS192的十位的BON连到一个脉冲上。上面是一些问题和解决方法，其实遇到的问题远不止这些，不过现在回想起来都是一些很低级的错误，有时候是因为粗心大意造成的错误，有时候是因为没有认真看芯片的真值表而造成的。 经过了这次课程设计，我收获良多。在一开始的时候，很担心自己不能完成实验，因为上学期的数字逻辑不是学得很好，造成信心不是很足。后来也证明了我是可以独立完成的。在设计电路的时候，考虑的不是很全面，以及画电路图的时候没有很细心谨慎地工作，造成了一些低级错误。所以经过课程设计，我提高了自己的动手能力，也增强了自己的信心。同时让我知道在工作的时候要保持细致严密的工作态度，这样会事半功倍。参考文献1 陈永浦. 数字电路基础及快速识图M. 人民邮电出版社, 2006: 275-277.2 侯建军. 数字电路实验一体化教程M. 北京 清华大学出版社, 2005: 773 范文兵. 数字电子技术基础M. 北京 清华大学出版社, 2008: