数电课程设计抢答器.doc

西安邮电学院

数字电路课程设计报告书
——数字抢答器

学院名称
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电子工程学院
学生姓名
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专业名称
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电子科学与技术
班 级
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科技0904
实习时间
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2011年12月5日 —— 2011年12月16日

题目：数字电路抢答器
一 实验目的
1. 学习并掌握抢答器的工作原理及其设计方法
2. 熟悉各个芯片的功能及其各个管脚的接法。
3. 灵活运用学过的知识并将其加以巩固，发散思维，提高学生的动手能力和思维的缜密。
二 实验要求
预习要求：
1） 复习编码器，十进制加/减计数器的工作原理。
2） 设计可预置时间的定时电路。
3） 分析与设计时序控制电路。
4） 画出定时抢答器的整体逻辑电路图。
设计要求：
抢答器的基本功能：
1.设计一个智力抢答器，可同时供四名选手或四个代表队参加比赛，编号为一，二，三，四，各用一个抢答按钮，分别用四个按钮S0——S3表示。
2.给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）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，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，此外，要封锁输入电路，实现优先锁存，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将系统清零为止。
简言之，有选手按下时，显示选手的编号。同时，其他人再按下时电路不做任何处理。也就是说，如果有选手按下以后，别的选手再按的话电路不会显示是他的编号。
扩展功能：
1）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间由主持人设定为10秒，当节目主持人说比赛开始后，要求定时器开始计时，计数并在显示器上显示。
2）参赛选手在设定的时间内抢答，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时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。
数码管和发光二极管要接限流电阻100欧，防止被烧坏。
3）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00.
三 使用元件
1.数字试验箱。
2.集成电路 两片74LS161，一片74LS148，一片74LS75，两片74LS48，一片74LS20，一片74LS00，两片74LS04，一个用来产生脉冲信号555。
3.电阻4.7K两个，电阻100欧四个，电阻150K一个，电容103，电容4.7uF，面包板一片，一卷导线，一把斜口钳，万用表，示波器，两个数码管，电源。
四 总体方案的设计
1）电路总体设计
抢答电路其工作原理为：接通电源后，主持人开关开始时接地处于禁止状态，抢答电路的数码管显示为0，定时器显示时间为0；此时, 若有人抢答, 为违规抢答,数码管显示其编号,同时红灯警告.定时器显示不变;主持人将开关置“开始"端，宣布"开始"，抢答器工作，同时定时器计时,选手在规定时时间内抢答时，抢答器完成: 优先判断, 编号锁存, 抢答电路数码管显示其编号，计时部分停止计时，同时绿灯亮。若在10秒内无人抢答，10秒到后抢答器自动锁定，计数器停止计数，抢答无效。如果再次抢答必须由主持人再次操作"清除"和"开始"状态开关。
2）其基本工作原理为：接通电源后，主持人将开关接地，抢答器处于禁止状态，组号显示器显示“0”；若有队员在此时抢答，则表示犯规，其对应的红灯亮，并显示其组号，由于锁存电路的原因，只记录下第一组的组号。在主持人读完题目后，将开关接上电源，宣布"开始"抢答，计时器开始计时，选手在规定时间内抢答，其对应的绿灯亮，并显示其对应的组号，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编码显示。当一轮抢答之后，计时器停止、禁止二次抢答。如果再次抢答必须由主持人再次清零。
五 单元电路的设计
抢答器的组成：
抢答器的一般构成框图，它主要由开关阵列电路、触发锁存电路、编码器、7段显示器几部分组成。下面逐一给予介绍。
（1）开关阵列电路
该电路由多路开关所组成，每一竞赛者与一组开关相对应。开关应为常开型，当按下开关时，开关闭合；当松开开关时，开关自动弹出断开。
（2）触发锁存电路
当某一开关首先按下时，触发锁存电路被触发，在输出端产生相应的开关电平信息，同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱，最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。若有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，结果可能是它们中的任一个产生有效输出。
3）编码器74LS148
编码器的作用是将某一开关信息转化为相应的8421BCD码，以提供数字显示电路所需要的编码输入。74LS148为优先（高位优先）编码器，当任意输入为低电平时，输出为相应的输入编号的8421码（BCD码）的反码
译码驱动电路将编码器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。
(4)译码驱动及显示单元
编码器实现了对开关信号的编码并以BCD码的形式输出。为了将编码显示出来，需用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流。一般这种译码通常称为7段译码显示驱动器。常用的7段译码显示驱动器有74LS48等。
数码显示器件中的液晶数码管价格较高，驱动较复杂，并且仅能工作于有外界光线的场合，所以使用较少。大多情况下使用的是LED数码管。且公共端为低电平。
(5)解锁电路
当触发锁存电路被触发锁存后，若要进行一下轮的重新抢答，则需将锁存器解锁。可将使能端强迫置1或置0（根据具体情况而定），使锁存顺处于等待歉收状态即可。
具体原理为；
1）脉冲产生电路
利用555以及一些电容和电阻实现，使每秒产生一个CP上升沿。送给161的CP端，最后数码显示。

2）抢答器电路
该部分主要是由74LS75实现的，此元件是低端有效。当四个选手抢答时，输入的信号为“1”，用74LS20将这四个选手在75芯片对应的非输出端与主持人的主控开关相与非，接入75的使能端（E1-2和 E3-4），这样就通过“0”，把75锁定，完成锁定功能。

⑶ 倒计时电路
用一片74LS161和译码器74LS48做成。把161做成模十的电路，开始时LOAD端置数为0110，其经过48译码，数码管显示为9.当从0110一直循环到1111完成一次循环后，RCO端输出一个脉冲，经过反相器04后变成低电平，161再次置数，同时数码管显示仍为0，为下一次抢答做好准备。若在规定时间内有选手抢答，则在抢答电路部分给ENP端输过来0，使得161处于保持状态，停止计时，数码管显示当时时间。下一次开始时，主持人端接地，LOAD端为0，再次置数，数码管显示为9.若有选手犯规，则不会对计时端有任何影响。

主要过程：
1. 组装调试抢答器电路。
2. 设计可预置时间的定时电路，并进行组装和调试。当输入1HZ的时钟脉冲信号时，要求电路能进行减计时，当减计时到零时，能输入低电平有效的“定时到信号”。
3. 完成定时抢答器的联调，注意各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。定时抢答器总体框图，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，数码管能显示选手的编号，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。工作原理为：
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，组号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置于“开始”状态，宣布抢答器开始工作。
优先编码器
锁存器
抢答开始
译码电路
显示电路
控制电路
秒脉冲
定时电路
译码电路
显示电路
六. 总系统电路图

七. 心得体会及分析
通过这次数字电路课程设计，我充分地把数电理论知识应用于实际，感觉收获颇多。实习的第一天老师就要求我们先查资料设计合理的电路图然后拿自己设计好的图领取器件，这样就给我们留了很大的空间去主动学习知识并很好的应用知识。刚开始拿到这个题目自己感觉有些速手无策，因为以前从未接触过这方面，对好多知识掌握的不够扎实，经过翻阅和查找大量有关抢答器这方面的资料后才初步画出了各部分的电路图，经过之后的仿真和修改最终设计出了自己感觉还比较满意的整体图。
设计好的电路图要简单，可行性高，这样便于在面包办上连接电路。连接电路前应先设置好每个芯片的位置，尽量使布线简单清楚，不能跳线，这样有便于检查问题。
插板前要先测试所用元器件是否有损坏的，否则连接好的电路将达不到所需结果并且一旦出现问题就很难找出问题所在。例如，数码管本身坏了而使得显示的结果是错的；由于面包板的质量不好有时会使得电路短路或断路;二极管显示红绿灯不亮，有可能正负极接反，或者忘记接地线。各个元器件的工作电压是不能超过他本身的最大承受电压的，否则很容易损坏元器件。
通过这两周的实习，让我对以往所学的知识有了更深入的了解，设计电路图，考察的是自己对器件功能的认识以及自己的逻辑思维能力，连接电路，考验的是自己的耐心，而分析电路，就考察的是自己对各部分电路以及整个电路的认识，对各部分功能的准确分析。实习的过程中肯定少不了问题，通过对问题的分析研究，可以更好的认识电路，当然，和同学一起研究出现的问题，也可以学到他们分析问题的方法，可以更好的把握整个电路。总之，这次课程设计很好的体现了一个人分析问题和解决问题的能力。对这次实验的总结就是一定要细心，要有耐心，更要有恒心。

西安邮电学院 数字电路课程设计 成绩鉴表
学生姓名
闫文姣
班级/学号
科技0904/29
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5日 — 2011年 12月16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（20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
朱旭花
职称
讲师
成绩

评语

评阅教师签字

年 月 日