抢答器通工.docx

1、抢答器通工数字逻辑课程设计报告数字抢答器学院名称：学生姓名：专业名称： 班 级： 实习时间：一、课程设计题目 在各种智力竞赛活动中，参赛选手可以分成若干组，抢答时每组选手对主持人提出的问题要在最短时间内作出判断，并按下抢答键回答问题，这就需要设置一台抢答器，并辅以数显、灯光多种手段，以便于准确、 公正、直观地判断出第一抢答者。数字抢答器利用电子器件则可以完成这一功能。该抢答器允许抢答者在规定的时间范围内进行问题的抢答，不仅用数字显示出第一抢答者的组号，并配有相应的灯光指示。若规定抢答时间已过，任何输入的抢答信号都无效，除非重新下达抢答命令。对犯规抢答者（指在抢答开始命令下达前抢答者），除用声、

2、光报警外，还应显示出犯规者的序号；该设计课题就是针对上述要求，设计出供4名参赛选手使用的数字式抢答器。二、任务和要求1） 设计任务：设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。 用数字显示抢答倒计时间，由“9”倒计到“0”，具有：无人抢答,锁定抢答选手抢答，停止计时，显示组号犯规抢答报警功能。2） 设计要求：(1)4名选手编号为：1，2，3，4。各有一个抢答开关，开关的编号与选手的编号对应，也分别为S1，S2，S3，S4。(2)给主持人设置一个控制开关，用来控制系统清零和抢答的开始。(3)抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手闭合抢答开关，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显

3、示该编号，同时提示灯给出提示，封锁输入编码电路，其他选手抢答无效。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秒内抢答的功能。当主持人闭合开始开关后，定时器开始倒计时，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，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。禁止选手超时后抢答，提示灯亮，给出提示，时间显示器显示0。(6)用555定时器产生频率为1Hz的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。三、实验仪器设备：设备名称数量(个)设备名称数量(个)74LS

4、75174LS161174LS48274LS04174LS32174LS00174LS08174LS148174LS2015551数码管2电阻/导线若干电容4.7uf ，0.01uf面包板1钳子 万用表各1LED红，绿，黄各1四、总体方案的选择1、方案介绍抢答电路：使用74ls75电路，当有人抢答时， 利用74ls75锁存，然后将选手编号送给74ls148进行编码，再送到74ls48译码后显示选手编号在数码管上，同时给计数器一个信号停止计时。若选手是违规抢答，则再给报警灯一个信号，使灯亮。主持人电路：利用74ls161计数器作为倒计时的芯片，当主持人按下抢答按钮时，74ls161被置九，同时将

5、数码管清零，并开始倒计时，并通过74ls48译码器将即时时间进行译码，并送到数码管，显示此时的时间。假如在9秒内有人抢答，则计数器停止倒计时，将锁存器锁存，禁止选手抢答，停止倒计时。定时抢答器的总体框图如图1所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能。如图所示的定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间，当节目主持人宣布“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置

6、，抢答器处于工作状态，定时器倒计时。当定时时间到，却没有选手抢答时，封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：1）优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；2）控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；3）控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。五、各部分电路具体设计原理1）脉冲产生电路（1）.555是一种模拟，数字混合式定时集成电路，外接适当的电阻

7、、电容就能构成多谐振电路、单稳态电路、施密特触发电路等.555芯片管脚图 形成1s脉冲波形如下： 2）显示电路部分 (1)/七段译码器74LS48和数码管 十进制 输入/BI/RBO输出/LT/RBIAAAAabcdefg01100001111111011x00011011000021x00101110110131x00111111100141x01001011001151x01011101101161x01101001111171x01111111000081x10001111111191x100111111011数码管符号图： (2)、显示抢答选手编号模块，输入信息由锁存器锁存模块提供，该

8、电路用七段译 码器74LS48和数码管实现 。 (3)、10秒倒计时模块， 一、在计时过程中如有选手抢答，则立即停止计时，同时将抢答选手编号显示在显示器上； 二、当计数结束时，则停止计数。 当主持人按开始按键后，置数端（/LD）接高电位，开始置数位0110，开始计数：0110、0111、10001111，加非门后，即：1001、1000、0111、0110、0101 、0100、 0011 、0010 、0001 、0000 ：（90），实现倒计时功能；计数控制端ENP接进位端CO和四个选手按键的与，当有选手按键，或者倒计时结束（即实现进位）时，都能实现ENP端的低电平，此时，计数保持。 状态

9、转移图如下： 电路设计图如下： 3）抢答锁存电路部分1、选手开关 此电路由4个开关组成，四位抢答者通过开断各自的开关开关实现抢答，给编码器输入高低电平，其中低电平为有效抢答信号。 2、主持人开关此电路由1个开关和一个1k的电阻组成，主持人通过开断开关控制整个电路开合。 3、抢答部分电路选用优先编码器 74LS148 、锁存器 74LS75 和74LS48译码器来完成。该电路主要完成两个功能： 一、分辨出选手按键的先后，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，其按键操作无效。 工作过程：当选手开关S置于清除端时，锁存器74LS75的EN端输入为“1”，属于无效

10、状态。当开关S置于开始时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），锁存器74LS75的EN端为“0”，将数据锁存，其他选手若在按下时，仍然保持最开始选手的编号。在经过优先编码器和译码器将数据输入后 数码管显示。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。1）优先编码器 74LS148实现过程：选手编号编码输出编码输出ABCDYYY10111001210110103110101141110100 优先编码器 74LS148有8个输入端07，三个二进制输出端。输入低电平有效，当有选手按下按键时，输出端能对应的使出相应的三位二进制数值，实现编码功能。优先

11、编码器 74LS148的功能如下： 2）锁存器74LS75实现过程： 锁存器74LS75的始能端E01、E23接四个选手的开关与，即M=A1A2A3A4，当其中任意一个选手按下按键时，都能使始能端为低电平，此时锁存器保存该选手的编号，如再有别的选手再按键时，由于始能端已经为低电平，继续保持第一个选手的编号，使别的无效。实现锁存功能。锁存器74LS75的功能表如下： 电路图如下： 4）违规判断电路部分 违规判断模块是用来盘断抢答是否为有效的功能电路。由普通逻辑门和两个不同颜色的发光二极管构成（红灯亮表示违规抢答，绿灯亮表示正常抢答）：如果在正式抢答开始前，有选手抢答，属于提前违规抢答，红灯亮；如

12、果抢答开始后10秒内，有选手抢答，属于正常抢答，绿灯亮；6、总体电路7、设计总结 这次为期两周的数字电路设计实习，让收获了很多。由于实验的时间是有限的，所以合理分配好时间，有计划有步骤的安排，对实验有整体的认识是非常重要的。刚开始我用了整整两天时间进行电路图的设计，因为以后将近两周的时间都是围绕这张图展开的，图没有设计好或是有问题就盲目连线，结果只能是想要的结果出不来，在那干着急，不停的检查器件，检查连线，甚至最后拆了从新设计，连线。一开始就应该认真分析自己的电路图，用仿真软件仿真也是非常必要的，总之要确保自己的电路图万无一失。我深知一个良好正确的设计是一切的基础，是后面搭建电路的保障，磨刀不

13、误砍柴工。通过本次实验加深了对数字电路中触发器、分频电路、多谐振荡器、CP时钟脉冲源等元件工作原理的理解。我体会到在进行一个综合性的硬件设计时，要全面考虑问题，比如想用其他信号来控制一个信号，就要考虑到和这个信号直接或间接关系的信号，必须是最重要相关的信号，然后用真值表来解决他们的关系，通过门电路来实现。下来就是在实际动手连接电路时输入电路不可以悬空，悬空并不一定保证高电平，这样地话，就会对后面地时序电路产生影响。最重要的学会了模块化的设计，在设计过程中，最先将计数模块，时钟脉冲模块，锁存模块等分别设计出来，然后再分析控制模块的各个输出的真值表，从而得出表达式和逻辑图，并将各个模块联系起来。在

14、检错的过程中，第一检查的是时钟脉冲模块是否正常的输出脉冲，在实验过程中，我不但学会了设计电路图，同时学到更多的是，找出错误，解决问题。理论指导实践，但是在实验中应考虑实践中各部分合理论的差距，差别。在实际中，电阻，电容，的真实值不会那样准确。各器件的输入端在理论中悬空是表示接高电平，但是实际的逻辑器件如果输入端本该接高电平而没接，可能会导致元件的工作不稳定。在试验中老师不断地强调数码管和LED灯一定要接限流电阻，否则电流过大会烧坏元件，看似这是一个小事，我们的试验中烧坏数码管，LED灯可以换一个，但以后走到工作岗位上进行大型复杂电路的设计，由于这些低级错误造成的损失可能是无法估量的。这是培养我

15、们养成一个良好的习惯，细节决定成败。两周短暂的实习很快就结束了，我学到了很多东西，尤其是在电路的设计部分。因为以前用面包板搭过电路，对于接线等问题已经非常熟悉，所以此次对我的挑战和重点在电路的设计部分，面包板的线路搭建我只用了一天的时间，一次性完成，没有出现问题，电路模块均正常稳定工作。唯一的问题是面包板内部缺陷导致161的接触不是很好。总之，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，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。也让我体会到了设计电路的艰辛同时也享受到了完成设计，实现预计功能后成功的喜悦。最后，也要感谢老师的悉心教导。八、参考文献数字电路逻辑设计（脉冲与数字

16、电路 第三版）数字电路与EDA实践教程西安邮电大学 数字逻辑课程设计 过程考核及成绩鉴定表学生姓名朱雅菲 班级/学号通工1008班/03101282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2012年 6 月18日 2012年 6月29日课程设计过程要求优良中及格不及格电路功能抢答功能正确，显示正确犯规显示正确复位功能正确超时功能正确其它电路质量电路运行稳定元件布局合理连线简洁回答问题 分析问题、解决问题能力电路原理清楚，能抓住重点设计报告 设计思路清晰、图表齐全、各部分电路说明正确。学习态度 认真 一般 差学习纪律 好 一般 差实习综合成绩 优秀 良好 中等 及格 不及格 指导教师签名 年 月 日