第一篇：八路智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)

題 目:

姓 名: 專 業(yè): 班 級(jí): 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師: 八路智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)

電子科學(xué)與技術(shù) 122班 年 月 日 安徽科技學(xué)院理學(xué)院

安徽科技學(xué)院《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告

八路智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)

一、課程設(shè)計(jì)題目（與實(shí)習(xí)目的）

（一）、題目：八路智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)

（二）、實(shí)習(xí)目的：

1．進(jìn)一步掌握數(shù)字電路課程所學(xué)的理論知識(shí)。

2．熟悉幾種常用集成數(shù)字芯片的功能和應(yīng)用，并掌握其工作原理，進(jìn)一步學(xué)會(huì)使用其進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。

3．了解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法，學(xué)會(huì)科學(xué)分析和解決問題。4．培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實(shí)事求是的工作態(tài)度。

5．?dāng)?shù)點(diǎn)課程實(shí)驗(yàn)是大學(xué)中為我們提供的唯一一次動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，增強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐的能力。

二、任務(wù)和要求

實(shí)現(xiàn)搶答器的方法很多，如EPROM編程、RAM編程、單板機(jī)、單片機(jī)等，都可以組成搶答器系統(tǒng)。

（1）搶答器設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)一個(gè)搶答器，基本要求：

1.搶答器可以實(shí)現(xiàn)基本搶答；可同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)參加比賽，他們的編號(hào)分別是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)相對(duì)應(yīng)，分別是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。

2．給節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。

3．搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。

三、總體方案的選擇

（1）總體方案的設(shè)計(jì)

針對(duì)題目設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過分析與思考，擬定以下二種方案：

方案一：該方案是將搶答按鈕先直接與鎖存器而不是優(yōu)先編碼器相連，將最先搶答的選手的編號(hào)鎖定，再依次經(jīng)過優(yōu)先編碼器、譯碼器和七段顯示器，最后顯示的是搶答選手的編號(hào)，經(jīng)過優(yōu)先編碼器后的信號(hào)到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器又與報(bào)警電路直接連接，所以顯示編號(hào)的同時(shí)可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)。另外由主持人控制開關(guān)和其他部分電路通過門電路實(shí)現(xiàn)對(duì)搶答電路、定時(shí)電路和報(bào)警部分電路的控制。

主體框圖如下：

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圖1 八路智力搶答器方案一設(shè)計(jì)框圖

方案二：主持人按動(dòng)開始搶答的開關(guān)后，最先搶答的選手的電平信號(hào)先經(jīng)過優(yōu)先編碼器，再依次經(jīng)過數(shù)據(jù)鎖存器，此時(shí)已經(jīng)限制了其他選手的搶答，信號(hào)再經(jīng)過譯碼器和七段數(shù)碼顯示器，將最先搶答的該選手的編號(hào)顯示出來，并同時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，到此完成的是搶答功能；如果沒有人搶答，30秒減計(jì)數(shù)器減到00時(shí)也會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，此是完成計(jì)時(shí)功能。

主體框圖如下：

圖2 八路智力搶答器方案二設(shè)計(jì)框圖

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（2）總體方案的選擇

相比之下，第二種方案更好些。它的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：這種方案原理比較簡(jiǎn)單。主持人對(duì)整體電路的控制只需幾個(gè)門電路就可完成，不必用特別的芯片來組成控制電路；更容易實(shí)現(xiàn)報(bào)警提示功能，在有選手搶答后或者計(jì)時(shí)開始和結(jié)束時(shí)。既減少了布線使整個(gè)電路更直觀簡(jiǎn)單，又降低了產(chǎn)生錯(cuò)誤的可能性。

四 單元電路的設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)所使用的元件及工具：

74LS48----------------------------3個(gè)；

74LS279----1個(gè)； 74LS192-2個(gè)；

74LS148--------1個(gè)； 74LS00----------------------------------3個(gè)；

74LS10------------1個(gè)；

發(fā)光二極管--------------------1個(gè)； 555----------------------1個(gè)； 電容： 0.1μf---------------1個(gè)；

0．01μf----------------1個(gè)；

電阻： 10kΩ

--------------------------------------9個(gè)；

15KΩ---------------1個(gè)； 1kΩ-----------------1個(gè)； 68KΩ-----------------1個(gè)

實(shí)驗(yàn)板一塊； 萬用表一個(gè)； 鉗子一個(gè)； 導(dǎo)線若干。2.各個(gè)單元電路（1）搶答電路設(shè)計(jì)

搶答電路的功能有兩個(gè)：一是能分辨出選手按按鈕的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鈕操作無效。因此，選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279以及譯碼顯示電路完成上述功能。

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搶答器電路

工作原理：SW1-8為八位選手的搶答開關(guān)，SW9單刀雙擲開關(guān)設(shè)為主持人控制開關(guān)。當(dāng)主持人控制開關(guān)置于清零狀態(tài)時(shí)，RS觸發(fā)器的R端為低電平，輸出端全部為低電平。于是74LS48的BI為高，顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端ST為高電平，74LS148處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存電路不工作。當(dāng)SW9置于開始狀態(tài)，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時(shí)處于工作狀態(tài)。74LS279的1R、1S均為高電平，由真值表可知，輸出1Q為低電平，從而使74LS148輸入使能端為低電平有效，即搶答器處于等待工作狀態(tài)。若有選手（假設(shè)為3號(hào)選手）按動(dòng)搶答開關(guān)（即閉合SW4），此時(shí)優(yōu)先編碼器74LS148輸入端I3接低電平有效，則輸出A2A1A0為100，A2A1A0分別接至4S、3S、2S，根據(jù)RS鎖存器真值表，2Q3Q4Q輸出分別為110，從而74LS48的輸入端DCBA為0011，經(jīng)74LS48譯碼，顯示器上顯示“3”。與此同時(shí)，當(dāng)74LS148輸入端有一個(gè)為低電平時(shí)，GS為低電平有效，即標(biāo)志譯碼器處于工作狀態(tài)，從而使1S為0，此時(shí)1Q輸出為高電平，致使EI為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，其他選手搶答按鈕的輸入信號(hào)不會(huì)被接受。這就保證了搶答者優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。搶答結(jié)束后，主持人開關(guān)置于清零狀態(tài)，數(shù)碼管變灰，一切恢復(fù)初始狀態(tài)，以便進(jìn)入下一輪搶答環(huán)節(jié)。

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（2）定時(shí)電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)要求搶答器具有定時(shí)功能，且節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，可設(shè)定一次搶答的時(shí)間（設(shè)為30s）。設(shè)計(jì)中選用十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，74LS192是具有置數(shù)和清零功能, 其引腳圖和邏輯圖如圖10所示。

圖10 74LS192引腳圖和邏輯圖

P0、P1、P2、P3——置數(shù)并行數(shù)據(jù)輸入； Q0、Q1、Q2、Q3——計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)輸出； CR————————清零端； LD————————置數(shù)端；

CPu ———————加法計(jì)數(shù)CP輸入； CPd ———————減法計(jì)數(shù)CP輸入； CO————————進(jìn)位輸出端； BO————————借位輸出端。

表5 74LS192真值表

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要兩片74LS192構(gòu)成100進(jìn)制減計(jì)數(shù)器。由功能真值表可知，只需將個(gè)位74LS192的借位輸出端BO與十位74LS192的CPd即可實(shí)現(xiàn)100進(jìn)制減計(jì)

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數(shù)。值得注意的是，要使其實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)，CPu端口必須接高電平。

計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。秒脈沖電路由555構(gòu)成的多諧振蕩器構(gòu)成，如圖11所示。多諧振蕩器無需外加輸入信號(hào)就能在接通電源自行產(chǎn)生矩形波輸出。

圖11 多諧振蕩器

因?yàn)橹芷跒橐幻?，所以頻率是1赫茲。圖中電容的充放電時(shí)間分別是： t1=RB×C×ln2≈0.7RB×C t2=(RA+RB)×C×ln2≈0.7(RA+RB)C 所以555的3端輸出的頻率為： f=1/(t1+t2)≈1.43/[(2RA+RB)C] 我們采用的電阻和電容值分別是：RA=15KΩ，R2=68KΩ，C1=10uf,滿足上式，即得到的是秒脈沖。

由以上集成芯片設(shè)計(jì)的定時(shí)電路如圖12所示。

圖12 定時(shí)電路

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工作原理：首先主持人根據(jù)題的難易程度改變74LS192的輸入端D3D2D1D0的電平來確定搶答時(shí)間（假定為30秒），555構(gòu)成秒脈沖產(chǎn)生電路為計(jì)時(shí)電路提供脈沖。搶答開始前主持人閉合開關(guān)，74LS192的置數(shù)端PL為低電平有效，處于置數(shù)狀態(tài)，數(shù)碼管顯示定時(shí)時(shí)間。搶答開始，主持人打開開關(guān)，計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，555產(chǎn)生的秒脈沖與十位74LS192借位輸出端（其初始狀態(tài)為高電平）相與。計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)至00，十位74LS192借位輸出端為低電平，計(jì)數(shù)器停止工作，產(chǎn)生報(bào)警。計(jì)時(shí)期間有人搶答，減計(jì)數(shù)器停止計(jì)時(shí)，顯示器上顯示此刻時(shí)間。

（3）報(bào)警電路設(shè)計(jì)

由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖13所示。圖中555定時(shí)器用來構(gòu)成多諧振蕩器，其震蕩頻率和秒脈沖產(chǎn)生電路中頻率的計(jì)算方法相同。3端的輸出信號(hào)經(jīng)過三級(jí)管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)4端的輸入信號(hào)是高電平時(shí)，振蕩器工作，有報(bào)警信號(hào)，4端輸入低電平時(shí)，振蕩器不工作，沒有報(bào)警信號(hào)。也就是說需要報(bào)警時(shí)只需控制輸入端即可。

電路圖如下:

圖13報(bào)警電路

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（4）時(shí)序控制電路

時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，需要完成以下三項(xiàng)功能：

a.主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。

b.當(dāng)競(jìng)賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。c.當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無人搶答時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。

本設(shè)計(jì)中采用門電路對(duì)控制開關(guān)、搶答電路、定時(shí)電路、報(bào)警電路進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)上述三項(xiàng)功能要求（如圖14所示）。

圖14 時(shí)序控制電路

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其中，兩輸入與非門采用74LS00，引腳圖如圖15所示。三輸入與門采用74LS11，引腳圖如圖16所示。電路中利用與非門兩輸入端相連實(shí)現(xiàn)非門的邏輯功能。

圖15 74LS00引腳圖

圖16 74LS11引腳圖

工作原理：門G1的作用是控制時(shí)鐘信號(hào)CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸入使能端。主持人控制開關(guān)從“清零”位置撥到“開始”位置時(shí)，74LS279的輸出1Q=0，經(jīng)G3反相，A=1，則從555輸出端來的時(shí)鐘信號(hào)CP能夠加到74LS192的CPd始終輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)。同時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，74LS192的借位輸出端BO2為低電平，門G2的輸出ST為高電平，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能a的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答按鈕時(shí)，1Q=1，經(jīng)G3反相，A=0，封鎖CP信號(hào)，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門G2的輸出ST為低74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能b的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，來自74LS192的BO2為高，ST為高，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時(shí)，門G1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖CP信號(hào)，使定時(shí)電路保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能c的要求。

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五 總體電路圖

圖17 總電路圖

下面介紹八路智力競(jìng)賽搶答器的使用原理。

首先是各個(gè)選手分別對(duì)應(yīng)的按鈕編號(hào)是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7，搶答后顯示器上顯示的分別是0、1、2、3、4、5、6、7。

然后是主持人對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)清零，將開關(guān)置于“清零”的位置，輸出低電平，分為兩路：一路與鎖存器的1R2R3R4R端相連，使輸出端1Q2Q3Q4Q為低電平，1Q所輸出的低電平經(jīng)與門反饋給74LS148的EI端子，編碼器不工作，因此搶答部分顯示器滅燈無顯示，實(shí)現(xiàn)了清零；另一路低電平輸出到計(jì)數(shù)器74LS192的LD端，而CR端也是低電平，所以使得對(duì)應(yīng)顯示器輸出預(yù)置的數(shù)據(jù)。

接下來主持人根據(jù)題目的難易程度設(shè)置搶答時(shí)間，此設(shè)定可以通過調(diào)節(jié)輸入兩片74LS192的四個(gè)輸入端D、C、B、A的高低電平來進(jìn)行（例如要設(shè)定時(shí)間為30秒,就

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將十位的74192的D、C、B、A分別置位為0、0、1、1，而將各位的74LS192的D、C、B、A都置于0）。當(dāng)主持人宣讀完題目說“開始”并將開關(guān)置于“開始”位置后，輸出為高電平，此高電平有兩路方向：一路輸出到74LS192的LD端，使其處于高電平而開始減計(jì)數(shù)；還有一路輸出到鎖存器的R端。

當(dāng)任意一個(gè)選手搶答時(shí)，例如3號(hào)搶答時(shí)，74LS148三號(hào)端子輸入低電平有效，此時(shí)GS為低電平有效，表征編碼器在正常工作。編碼輸出A2A1A0為100，與其對(duì)應(yīng)的4S3S2S為100，經(jīng)74LS279鎖存，4Q3Q2Q輸出為011，經(jīng)譯碼顯示編號(hào)為3。與此同時(shí)，1Q所輸出的高電平反饋回編碼器的是能輸入端，使其停止工作。此時(shí)，其他選手若再按動(dòng)按鈕也無對(duì)應(yīng)輸出，這就保證了搶答者優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。另一路，74LS148的GS端輸出電平由高變低，與秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的秒脈沖相與后輸出為0，使得無脈沖抵達(dá)計(jì)數(shù)器74LS192的Down端。計(jì)數(shù)器停止工作，保持原來顯示不變，即實(shí)現(xiàn)了暫停減計(jì)數(shù)使其記錄搶答時(shí)間的功能。

若沒有選手按動(dòng)按鈕，則74LS279輸出全為高電平，74LS148也輸出高電平，1Q端輸出低電平至74LS48的滅燈輸入RI/RBO端，使得信號(hào)經(jīng)74LS48到顯示器上時(shí)無顯示；若到定時(shí)部分計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)到00還無選手按動(dòng)按鈕的話，十位74LS192的借位輸出端輸出高電平反饋回個(gè)位Down端，停止計(jì)數(shù)。綜上所述，所設(shè)計(jì)的電路基本可以實(shí)現(xiàn)要求中的功能。

六 電路仿真

電路仿真采用Multisim仿真軟件進(jìn)行的。Multisim軟件可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件；可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀信號(hào)發(fā)生器、交直流電壓表電流表等。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。因此，選用該軟件對(duì)搶答器各單元電路及整體電路進(jìn)行仿真。

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七、小結(jié)

通過本次課程設(shè)計(jì)，不僅有效鞏固了本學(xué)期所學(xué)數(shù)電的相關(guān)知識(shí)，加強(qiáng)了對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的記憶和理解，還學(xué)會(huì)如何運(yùn)用Multisim仿真進(jìn)行仿真受益匪淺，現(xiàn)總結(jié)如下。

本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)，如何在第一位搶答者搶答題目后讓編碼器停止工作；如何使計(jì)時(shí)電路在搶答后停止倒計(jì)時(shí)；如何讓定時(shí)電路和搶答電路同時(shí)清零。設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)以往搶答器設(shè)計(jì)思路，及查閱相關(guān)資料，可運(yùn)用74LS279的輸出1Q完成上述控制任務(wù)。從這一點(diǎn)，折射出自己在平時(shí)的學(xué)習(xí)中較死板，缺乏變通思考的能力。在電路仿真的過程中，由于Multisim操作相對(duì)較簡(jiǎn)單，因此在仿真過程中較為順利。

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通過本次實(shí)踐操作，也讓我深刻明白：只有將課本上的理論知識(shí)，結(jié)合實(shí)踐不斷練習(xí)，不斷總結(jié)提煉，反復(fù)思考實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，才能夠真正消化為自己的知識(shí)。

八 分析和總結(jié)。

本次課程設(shè)計(jì)我只用了一個(gè)星期的時(shí)間就全部做完，效率很高，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)之前根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，每個(gè)模塊都仔細(xì)的設(shè)計(jì)分析了，正是整個(gè)過程我都認(rèn)真的態(tài)度和方案選擇合適，才有這么高的效率。而且從本次課程設(shè)計(jì)中收獲很多?？梢钥偨Y(jié)為以下的幾點(diǎn)：

（一）、鞏固數(shù)電知識(shí)

這次課程設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)的一些相關(guān)知識(shí)，在整個(gè)實(shí)習(xí)過程中，都離不開對(duì)數(shù)字電路課程知識(shí)的再學(xué)習(xí)。我在最開始，就先將實(shí)習(xí)用到的知識(shí)通過翻閱數(shù)電書回顧了一遍（這也是對(duì)這門課的復(fù)習(xí)，給以后的復(fù)習(xí)備考減少了很多負(fù)擔(dān)），這樣的回顧讓我對(duì)知識(shí)的理解更加透徹，對(duì)后來的快速設(shè)計(jì)起了很好的鋪墊作用。而且還參考了數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，關(guān)于芯片的管腳，里面有清晰的描述。

（二）、學(xué)會(huì)用電路板、芯片、導(dǎo)線等組裝各種功能的電路；

雖然這不是第一次用電路板，因?yàn)橹暗恼n內(nèi)實(shí)驗(yàn)也用過，但當(dāng)時(shí)的運(yùn)用也只是插些導(dǎo)線和電阻電容之類的，用了電路板的很小部分。這次的實(shí)習(xí)中應(yīng)用了整塊板子，實(shí)習(xí)后對(duì)電路板的組成完全了解了，并能熟練運(yùn)用。實(shí)習(xí)中通過對(duì)電路的連接也懂得了如何通過設(shè)計(jì)的分析對(duì)所連電路的整體布局，如何更好的放置芯片在最合適的位置。在導(dǎo)線的連接上，如何選擇導(dǎo)線走向是關(guān)鍵，我們應(yīng)該盡量保證所連電路的簡(jiǎn)捷，寧短勿長(zhǎng)，合理布線。一個(gè)完美的作品不僅要能很好的完成要求實(shí)現(xiàn)功能，還要在感官上給人美的享受。所以站在美的角度對(duì)自己的電路進(jìn)行改良是很必要的。

（三）、理論聯(lián)系實(shí)際

據(jù)老師介紹，這是大學(xué)里唯一一次比較大型的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)。我當(dāng)然不會(huì)錯(cuò)過。課程設(shè)計(jì)，通過選擇的題目，根據(jù)要求，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)將其付諸實(shí)踐來完成。這并不是在課堂上的單純聽懂，或者課后看書過程中的深入理解，這需要的是一種理論聯(lián)系實(shí)踐的能力。理論知識(shí)往往都是在一些理想狀態(tài)下的假設(shè)論，而實(shí)際的動(dòng)手操作則完全不同，需要考慮實(shí)際中的很多問題。有些知識(shí)在理論上可能完全沒錯(cuò)但到了實(shí)際中則不然。比如在動(dòng)筆做題時(shí)我們是不用考慮導(dǎo)線、電阻是否連接的牢固合理，但在實(shí)際中，導(dǎo)線電阻有時(shí)是會(huì)帶來時(shí)延造成花型變化的錯(cuò)亂，所以我們應(yīng)盡量在連接電路時(shí)選擇最短路徑。平時(shí)試驗(yàn)中，我就很認(rèn)真，所以會(huì)比平時(shí)不動(dòng)手的要輕松地多。

（四）、和同學(xué)共同合作、互相學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步

最初大家沒思路的時(shí)候，特別的著急，我想出來了，大家問我，我就說了我的思路，我們不是抄襲，只是探討，們個(gè)人都理解了才開始設(shè)計(jì)，我做的循環(huán)兩遍，他們的都不是。我們的設(shè)計(jì)不同，我只是給大家啟發(fā)了一個(gè)思考點(diǎn)。理論上我先設(shè)計(jì)出來，但在實(shí)習(xí)中經(jīng)常會(huì)遇到一些自己可能暫時(shí)無法想明白的問題，請(qǐng)教同學(xué)或老師是很好的做法，節(jié)省時(shí)間，也會(huì)從別人身上學(xué)到更多。在設(shè)計(jì)時(shí)和同學(xué)相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人對(duì)問題的看法總有差異，我們可以從交流中獲得不同的idea，其他人的設(shè)計(jì)也可能有比你出色的地方，很好的借鑒，并在大家的商討中選擇最優(yōu)方案最終一定會(huì)得到最好的設(shè)計(jì)方法。

第 13

頁

第二篇：八路智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告搶答器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

20XX 報(bào) 告 匯 編 Compilation of reports

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)

題

目:

八路智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)

姓

名:

專

業(yè):

電子科學(xué)與技術(shù)

班

級(jí):

班

學(xué)

號(hào):

指導(dǎo)教師:

****年**月**日 安徽科技學(xué)院理學(xué)院

報(bào)告文檔·借鑒學(xué)習(xí)word 可編輯·實(shí)用文檔 八路智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)

一、課程設(shè)計(jì)題目（與實(shí)習(xí)目的）

（一）、題目：八路智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì) （二）、實(shí)習(xí)目的：

1．進(jìn)一步掌握數(shù)字電路課程所學(xué)的理論知識(shí)。

2．熟悉幾種常用集成數(shù)字芯片的功能和應(yīng)用，并掌握其工作原理，進(jìn)一步學(xué)會(huì)使用其進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。

3．了解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法，學(xué)會(huì)科學(xué)分析和解決問題。

4．培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實(shí)事求是的工作態(tài)度。

5．?dāng)?shù)點(diǎn)課程實(shí)驗(yàn)是大學(xué)中為我們提供的唯一一次動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，增強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐的能力。

二、任務(wù)和要求

實(shí)現(xiàn)搶答器的方法很多，如 EPROM 編程、RAM 編程、單板機(jī)、單片機(jī)等，都可以組成搶答器系統(tǒng)。

（1）搶答器設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)搶答器，基本要求：

1.搶答器可以實(shí)現(xiàn)基本搶答；可同時(shí)供 8 名選手或 8 個(gè)代表隊(duì)參加比賽，他們的編號(hào)分別是 0、1、2、3、4、5、6、7，各用一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)相對(duì)應(yīng)，分別是 S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。

2．給節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。

3．搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在 LED 數(shù)碼管上顯示出選手的編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。

三、總體方案的選擇

（（1）總體方案的設(shè)計(jì) 針對(duì)題目設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過分析與思考，擬定以下二種方案：

方案一：該方案是將搶答按鈕先直接與鎖存器而不是優(yōu)先編碼器相連，將最先搶答的選手的編號(hào)鎖定，再依次經(jīng)過優(yōu)先編碼器、譯碼器和七段顯示器，最后顯示的是搶答選手的編號(hào)，經(jīng)過優(yōu)先編碼器后的信號(hào)到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器又與報(bào)警電路直接連接，所以顯示編號(hào)的同時(shí)可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)。另外由主持人控制開關(guān)和其他部分電路通過門電路實(shí)現(xiàn)對(duì)搶答電路、定時(shí)電路和報(bào)警部分電路的控制。

主體框圖如下：

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圖 1

八路智力搶答器方案一設(shè)計(jì)框圖

方案二：主持人按動(dòng)開始搶答的開關(guān)后，最先搶答的選手的電平信號(hào)先經(jīng)過優(yōu)先編碼器，再依次經(jīng)過數(shù)據(jù)鎖存器，此時(shí)已經(jīng)限制了其他選手的搶答，信號(hào)再經(jīng)過譯碼器和七段數(shù)碼顯示器，將最先搶答的該選手的編號(hào)顯示出來，并同時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，到此完成的是搶答功能；如果沒有人搶答，30 秒減計(jì)數(shù)器減到 00 時(shí)也會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，此是完成計(jì)時(shí)功能。

主體框圖如下：

圖 2

八路智力搶答器方案二設(shè)計(jì)框圖

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（2 2）總體方案的選擇

相比之下，第二種方案更好些。它的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：這種方案原理比較簡(jiǎn)單。主持人對(duì)整體電路的控制只需幾個(gè)門電路就可完成，不必用特別的芯片來組成控制電路；更容易實(shí)現(xiàn)報(bào)警提示功能，在有選手搶答后或者計(jì)時(shí)開始和結(jié)束時(shí)。既減少了布線使整個(gè)電路更直觀簡(jiǎn)單，又降低了產(chǎn)生錯(cuò)誤的可能性。

四

單元電路的設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)所使用的元件及工具：

74LS48----------------------------3 個(gè)； 74LS279

-----------------------------------1 個(gè)； 74LS192--------------------------------2 個(gè)； 74LS148---------------------------------------1 個(gè)； 74LS00

----------------------------------3 個(gè)； 74LS10

-------------------------------------------1 個(gè)； 發(fā)光二極管---------------------------------------------------1 個(gè)； 555

-----------------------------------------------------1 個(gè)； 電容：

0.1μf

----------------------------------------------1 個(gè)； 0．01μf-----------------------------------------------1 個(gè)； 電阻：

10kΩ

---------------------------------------------------------------------9 個(gè)； 15KΩ

----------------------------------------------1 個(gè)； 1kΩ------------------------------------------------1 個(gè)； 68KΩ------------------------------------------------1 個(gè) 實(shí)驗(yàn)板一塊； 萬用表一個(gè)； 鉗子一個(gè)； 導(dǎo)線若干。

2.各個(gè)單元電路 （（1））

搶答電路設(shè)計(jì)

搶答電路的功能有兩個(gè)：一是能分辨出選手按按鈕的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鈕操作無效。因此，選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和 RS 鎖存器 74LS279 以及譯碼顯示電路完成上述功能。

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搶答器電路

工作原理：SW1-8 為八位選手的搶答開關(guān)，SW9 單刀雙擲開關(guān)設(shè)為主持人控制開關(guān)。當(dāng)主持人控制開關(guān)置于清零狀態(tài)時(shí)，RS 觸發(fā)器的 R 端為低電平，輸出端全部為低電平。于是 74LS48 的 BI 為高，顯示器滅燈；74LS148 的選通輸入端 ST 為高電平，74LS148 處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存電路不工作。當(dāng) SW9 置于開始狀態(tài)，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時(shí)處于工作狀態(tài)。74LS279 的 1R、1S 均為高電平，由真值表可知，輸出 1Q 為低電平，從而使 74LS148 輸入使能端為低電平有效，即搶答器處于等待工作狀態(tài)。若有選手（假設(shè)為 3 號(hào)選手）按動(dòng)搶答開關(guān)（即閉合 SW4），此時(shí)優(yōu)先編碼器74LS148 輸入端 I3 接低電平有效，則輸出 A2A1A0 為 100，A2A1A0 分別接至 4S、3S、2S，根據(jù) RS 鎖存器真值表，2Q3Q4Q 輸出分別為 110，從而 74LS48 的輸入端 DCBA 為0011，經(jīng) 74LS48 譯碼，顯示器上顯示“3”。與此同時(shí)，當(dāng) 74LS148 輸入端有一個(gè)為低電平時(shí)，GS 為低電平有效，即標(biāo)志譯碼器處于工作狀態(tài)，從而使 1S 為 0，此時(shí) 1Q輸出為高電平，致使 EI 為高電平，74LS148 處于禁止工作狀態(tài)，其他選手搶答按鈕的輸入信號(hào)不會(huì)被接受。這就保證了搶答者優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。搶答結(jié)束后，主持人開關(guān)置于清零狀態(tài)，數(shù)碼管變灰，一切恢復(fù)初始狀態(tài)，以便進(jìn)入下一輪搶答環(huán)節(jié)。

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（（2））

定時(shí)電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)要求搶答器具有定時(shí)功能，且節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，可設(shè)定一次搶答的時(shí)間（設(shè)為 30s）。設(shè)計(jì)中選用十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器 74LS192 進(jìn)行設(shè)計(jì)，74LS192 是具有置數(shù)和清零功能, 其引腳圖和邏輯圖如圖 10 所示。

圖 10

74LS192 引腳圖和邏輯圖 P0、P1、P2、P3——置數(shù)并行數(shù)據(jù)輸入； Q0、Q1、Q2、Q3——計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)輸出； CR————————清零端； LD————————置數(shù)端； CPu ———————加法計(jì)數(shù) CP 輸入； CPd ———————減法計(jì)數(shù) CP 輸入； CO————————進(jìn)位輸出端； BO————————借位輸出端。

表 5

74LS192 真值表 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要兩片 74LS192 構(gòu)成 100 進(jìn)制減計(jì)數(shù)器。由功能真值表可知，只需將個(gè)位 74LS192 的借位輸出端 BO 與十位 74LS192 的 CPd 即可實(shí)現(xiàn) 100 進(jìn)制減計(jì)

報(bào)告文檔·借鑒學(xué)習(xí)word 可編輯·實(shí)用文檔 數(shù)。值得注意的是，要使其實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)，CPu 端口必須接高電平。

計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。秒脈沖電路由555構(gòu)成的多諧振蕩器構(gòu)成，如圖 11 所示。多諧振蕩器無需外加輸入信號(hào)就能在接通電源自行產(chǎn)生矩形波輸出。

圖 11

多諧振蕩器 因?yàn)橹芷跒橐幻?，所以頻率是 1 赫茲。圖中電容的充放電時(shí)間分別是：

t1=RB×C×ln2≈0.7RB×C

t2=(RA+RB)×C×ln2≈0.7(RA+RB)C

所以 555 的 3 端輸出的頻率為：

f=1/(t1+t2)≈1.43/[(2RA+RB)C]

我們采用的電阻和電容值分別是：RA=15KΩ，R2=68KΩ，C1=10uf,滿足上式，即得到的是秒脈沖。

由以上集成芯片設(shè)計(jì)的定時(shí)電路如圖 12 所示。

圖 12

定時(shí)電路

報(bào)告文檔·借鑒學(xué)習(xí)word 可編輯·實(shí)用文檔 工作原理：首先主持人根據(jù)題的難易程度改變 74LS192 的輸入端 D3D2D1D0 的電平來確定搶答時(shí)間（假定為 30 秒），555 構(gòu)成秒脈沖產(chǎn)生電路為計(jì)時(shí)電路提供脈沖。搶答開始前主持人閉合開關(guān)，74LS192 的置數(shù)端 PL 為低電平有效，處于置數(shù)狀態(tài)，數(shù)碼管顯示定時(shí)時(shí)間。搶答開始，主持人打開開關(guān)，計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，555 產(chǎn)生的秒脈沖與十位 74LS192 借位輸出端（其初始狀態(tài)為高電平）相與。計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)至 00，十位 74LS192 借位輸出端為低電平，計(jì)數(shù)器停止工作，產(chǎn)生報(bào)警。計(jì)時(shí)期間有人搶答，減計(jì)數(shù)器停止計(jì)時(shí)，顯示器上顯示此刻時(shí)間。

（（3））

報(bào)警電路設(shè)計(jì) 由 555 定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖 13 所示。圖中 555 定時(shí)器用來構(gòu)成多諧振蕩器，其震蕩頻率和秒脈沖產(chǎn)生電路中頻率的計(jì)算方法相同。3 端的輸出信號(hào)經(jīng)過三級(jí)管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng) 4 端的輸入信號(hào)是高電平時(shí)，振蕩器工作，有報(bào)警信號(hào)，4 端輸入低電平時(shí)，振蕩器不工作，沒有報(bào)警信號(hào)。也就是說需要報(bào)警時(shí)只需控制輸入端即可。

電路圖如下:

圖 13 報(bào)警電路

報(bào)告文檔·借鑒學(xué)習(xí)word 可編輯·實(shí)用文檔（（4））

時(shí)序控制電路 時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，需要完成以下三項(xiàng)功能：

a.主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。

b.當(dāng)競(jìng)賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。

c.當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無人搶答時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。

本設(shè)計(jì)中采用門電路對(duì)控制開關(guān)、搶答電路、定時(shí)電路、報(bào)警電路進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)上述三項(xiàng)功能要求（如圖 14 所示）。

圖 14 時(shí)序控制電路

報(bào)告文檔·借鑒學(xué)習(xí)word 可編輯·實(shí)用文檔 其中，兩輸入與非門采用 74LS00，引腳圖如圖 15 所示。三輸入與門采用 74LS11，引腳圖如圖 16 所示。電路中利用與非門兩輸入端相連實(shí)現(xiàn)非門的邏輯功能。

圖 15 74LS00 引腳圖 圖 16 74LS11 引腳圖 工作原理：門 G1 的作用是控制時(shí)鐘信號(hào) CP 的放行與禁止，門 G2 的作用是控制74LS148 的輸入使能端。主持人控制開關(guān)從“清零”位置撥到“開始”位置時(shí)，74LS279的輸出 1Q=0，經(jīng) G3 反相，A=1，則從 555 輸出端來的時(shí)鐘信號(hào) CP 能夠加到 74LS192的 CPd 始終輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)。同時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，74LS192 的借位輸出端 BO2 為低電平，門 G2 的輸出 ST 為高電平，使 74LS148 處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能 a 的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答按鈕時(shí)，1Q=1，經(jīng) G3 反相，A=0，封鎖 CP 信號(hào)，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門 G2 的輸出 ST 為低 74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能 b 的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，來自 74LS192 的 BO2為高，ST 為高，74LS148 處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時(shí)，門 G1 處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖 CP 信號(hào)，使定時(shí)電路保持 00 狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能 c 的要求。

報(bào)告文檔·借鑒學(xué)習(xí)word 可編輯·實(shí)用文檔 五 五 總體電路圖

圖 17

總電路圖

下面介紹八路智力競(jìng)賽搶答器的使用原理。

首先是各個(gè)選手分別對(duì)應(yīng)的按鈕編號(hào)是 S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7，搶答后顯示器上顯示的分別是 0、1、2、3、4、5、6、7。

然后是主持人對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)清零，將開關(guān)置于“清零”的位置，輸出低電平，分為兩路：一路與鎖存器的 1R2R3R4R 端相連，使輸出端 1Q2Q3Q4Q 為低電平，1Q 所輸出的低電平經(jīng)與門反饋給 74LS148 的 EI 端子，編碼器不工作，因此搶答部分顯示器滅燈無顯示，實(shí)現(xiàn)了清零；另一路低電平輸出到計(jì)數(shù)器 74LS192 的 LD 端，而 CR端也是低電平，所以使得對(duì)應(yīng)顯示器輸出預(yù)置的數(shù)據(jù)。

接下來主持人根據(jù)題目的難易程度設(shè)置搶答時(shí)間，此設(shè)定可以通過調(diào)節(jié)輸入兩片74LS192 的四個(gè)輸入端 D、C、B、A 的高低電平來進(jìn)行（例如要設(shè)定時(shí)間為 30 秒,就

報(bào)告文檔·借鑒學(xué)習(xí)word 可編輯·實(shí)用文檔 將十位的 74192 的 D、C、B、A 分別置位為 0、0、1、1，而將各位的 74LS192 的 D、C、B、A 都置于 0）。當(dāng)主持人宣讀完題目說“開始”并將開關(guān)置于“開始”位置后，輸出為高電平，此高電平有兩路方向：一路輸出到 74LS192 的 LD 端，使其處于高電平而開始減計(jì)數(shù)；還有一路輸出到鎖存器的 R 端。

當(dāng)任意一個(gè)選手搶答時(shí)，例如 3 號(hào)搶答時(shí)，74LS148 三號(hào)端子輸入低電平有效，此時(shí) GS 為低電平有效，表征編碼器在正常工作。編碼輸出 A2A1A0 為 100，與其對(duì)應(yīng)的 4S3S2S 為 100，經(jīng) 74LS279 鎖存，4Q3Q2Q 輸出為 011，經(jīng)譯碼顯示編號(hào)為 3。與此同時(shí)，1Q 所輸出的高電平反饋回編碼器的是能輸入端，使其停止工作。此時(shí)，其他選手若再按動(dòng)按鈕也無對(duì)應(yīng)輸出，這就保證了搶答者優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。另一路，74LS148 的 GS 端輸出電平由高變低，與秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的秒脈沖相與后輸出為 0，使得無脈沖抵達(dá)計(jì)數(shù)器 74LS192 的 Down 端。計(jì)數(shù)器停止工作，保持原來顯示不變，即實(shí)現(xiàn)了暫停減計(jì)數(shù)使其記錄搶答時(shí)間的功能。

若沒有選手按動(dòng)按鈕，則 74LS279 輸出全為高電平，74LS148 也輸出高電平，1Q端輸出低電平至 74LS48 的滅燈輸入 RI/RBO 端，使得信號(hào)經(jīng) 74LS48 到顯示器上時(shí)無顯示；若到定時(shí)部分計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)到 00 還無選手按動(dòng)按鈕的話，十位 74LS192 的借位輸出端輸出高電平反饋回個(gè)位 Down 端，停止計(jì)數(shù)。

綜上所述，所設(shè)計(jì)的電路基本可以實(shí)現(xiàn)要求中的功能。

六 電路仿真

電路仿真采用 Multisim 仿真軟件進(jìn)行的。Multisim 軟件可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件；可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀信號(hào)發(fā)生器、交直流電壓表電流表等。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。因此，選用該軟件對(duì)搶答器各單元電路及整體電路進(jìn)行仿真。

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七、小結(jié)

通過本次課程設(shè)計(jì)，不僅有效鞏固了本學(xué)期所學(xué)數(shù)電的相關(guān)知識(shí)，加強(qiáng)了對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的記憶和理解，還學(xué)會(huì)如何運(yùn)用Multisim仿真進(jìn)行仿真受益匪淺，現(xiàn)總結(jié)如下。

本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)，如何在第一位搶答者搶答題目后讓編碼器停止工作；如何使計(jì)時(shí)電路在搶答后停止倒計(jì)時(shí)；如何讓定時(shí)電路和搶答電路同時(shí)清零。設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)以往搶答器設(shè)計(jì)思路，及查閱相關(guān)資料，可運(yùn)用74LS279的輸出1Q完成上述控制任務(wù)。從這一點(diǎn)，折射出自己在平時(shí)的學(xué)習(xí)中較死板，缺乏變通思考的能力。在電路仿真的過程中，由于Multisim操作相對(duì)較簡(jiǎn)單，因此在仿真過程中較為順利。

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通過本次實(shí)踐操作，也讓我深刻明白：只有將課本上的理論知識(shí)，結(jié)合實(shí)踐不斷練習(xí)，不斷總結(jié)提煉，反復(fù)思考實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，才能夠真正消化為自己的知識(shí)。

八 八 分析和總結(jié)。

本次課程設(shè)計(jì)我只用了一個(gè)星期的時(shí)間就全部做完，效率很高，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)之前根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，每個(gè)模塊都仔細(xì)的設(shè)計(jì)分析了，正是整個(gè)過程我都認(rèn)真的態(tài)度和方案選擇合適，才有這么高的效率。而且從本次課程設(shè)計(jì)中收獲很多?？梢钥偨Y(jié)為以下的幾點(diǎn)：

（一）、鞏固數(shù)電知識(shí) 這次課程設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)的一些相關(guān)知識(shí)，在整個(gè)實(shí)習(xí)過程中，都離不開對(duì)數(shù)字電路課程知識(shí)的再學(xué)習(xí)。我在最開始，就先將實(shí)習(xí)用到的知識(shí)通過翻閱數(shù)電書回顧了一遍（這也是對(duì)這門課的復(fù)習(xí)，給以后的復(fù)習(xí)備考減少了很多負(fù)擔(dān)），這樣的回顧讓我對(duì)知識(shí)的理解更加透徹，對(duì)后來的快速設(shè)計(jì)起了很好的鋪墊作用。而且還參考了數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，關(guān)于芯片的管腳，里面有清晰的描述。

（二）、學(xué)會(huì)用電路板、芯片、導(dǎo)線等組裝各種功能的電路； 雖然這不是第一次用電路板，因?yàn)橹暗恼n內(nèi)實(shí)驗(yàn)也用過，但當(dāng)時(shí)的運(yùn)用也只是插些導(dǎo)線和電阻電容之類的，用了電路板的很小部分。這次的實(shí)習(xí)中應(yīng)用了整塊板子，實(shí)習(xí)后對(duì)電路板的組成完全了解了，并能熟練運(yùn)用。實(shí)習(xí)中通過對(duì)電路的連接也懂得了如何通過設(shè)計(jì)的分析對(duì)所連電路的整體布局，如何更好的放置芯片在最合適的位置。在導(dǎo)線的連接上，如何選擇導(dǎo)線走向是關(guān)鍵，我們應(yīng)該盡量保證所連電路的簡(jiǎn)捷，寧短勿長(zhǎng)，合理布線。一個(gè)完美的作品不僅要能很好的完成要求實(shí)現(xiàn)功能，還要在感官上給人美的享受。所以站在美的角度對(duì)自己的電路進(jìn)行改良是很必要的。

（三）、理論聯(lián)系實(shí)際 據(jù)老師介紹，這是大學(xué)里唯一一次比較大型的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)。我當(dāng)然不會(huì)錯(cuò)過。課程設(shè)計(jì)，通過選擇的題目，根據(jù)要求，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)將其付諸實(shí)踐來完成。這并不是在課堂上的單純聽懂，或者課后看書過程中的深入理解，這需要的是一種理論聯(lián)系實(shí)踐的能力。理論知識(shí)往往都是在一些理想狀態(tài)下的假設(shè)論，而實(shí)際的動(dòng)手操作則完全不同，需要考慮實(shí)際中的很多問題。有些知識(shí)在理論上可能完全沒錯(cuò)但到了實(shí)際中則不然。比如在動(dòng)筆做題時(shí)我們是不用考慮導(dǎo)線、電阻是否連接的牢固合理，但在實(shí)際中，導(dǎo)線電阻有時(shí)是會(huì)帶來時(shí)延造成花型變化的錯(cuò)亂，所以我們應(yīng)盡量在連接電路時(shí)選擇最短路徑。平時(shí)試驗(yàn)中，我就很認(rèn)真，所以會(huì)比平時(shí)不動(dòng)手的要輕松地多。

（四）、和同學(xué) 共同合作、互相學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步 最初大家沒思路的時(shí)候，特別的著急，我想出來了，大家問我，我就說了我的思路，我們不是抄襲，只是探討，們個(gè)人都理解了才開始設(shè)計(jì)，我做的循環(huán)兩遍，他們的都不是。我們的設(shè)計(jì)不同，我只是給大家啟發(fā)了一個(gè)思考點(diǎn)。理論上我先設(shè)計(jì)出來，但在實(shí)習(xí)中經(jīng)常會(huì)遇到一些自己可能暫時(shí)無法想明白的問題，請(qǐng)教同學(xué)或老師是很好的做法，節(jié)省時(shí)間，也會(huì)從別人身上學(xué)到更多。在設(shè)計(jì)時(shí)和同學(xué)相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人對(duì)問題的看法總有差異，我們可以從交流中獲得不同的idea，其他人的設(shè)計(jì)也可能有比你出色的地方，很好的借鑒，并在大家的商討中選擇最優(yōu)方案最終一定會(huì)得到最好的設(shè)計(jì)方法。

第三篇：八路智力競(jìng)賽搶答器

電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)

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八路智力競(jìng)賽搶答器

學(xué)院：

華科學(xué)院

專業(yè)，班級(jí)：電氣工程及其自動(dòng)化062203H

姓名

段超

學(xué)號(hào)：

200622050308

指導(dǎo)老師： 黃慶彩

2008年1月

目錄

一 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求??????????????3

二 總體框圖?????????????????3

三 選擇器件?????????????????4

四 功能模塊?????????????????6

五 電路的裝配調(diào)試??????????????9

六 心得體會(huì)?????????????????11

八路智力競(jìng)賽搶答器

一．設(shè)計(jì)任務(wù)與要求

1.任務(wù)和要求

（1）搶大器能容納8名選手，并且給出相應(yīng)的編號(hào)為1、2、3、4、5、6、7、8，為每名選手設(shè)置一個(gè)按鍵。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，可以利用試驗(yàn)儀上的邏輯電平開關(guān)。（這部分要求由我主要負(fù)責(zé)）

（2）設(shè)置一個(gè)給工作人員清零的開關(guān)，以便能開始新的一輪的搶答。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，可以利用試驗(yàn)儀上的邏輯電平開關(guān)。

（3）用LED數(shù)碼管顯示獲得優(yōu)先搶答的選手的編號(hào)，一直保持到工作人員清零或1分鐘倒記時(shí)答題時(shí)間結(jié)束為止。

（4）用LED數(shù)碼管顯示有效搶答后的1分鐘到記時(shí)答題時(shí)間。（5）用喇叭發(fā)聲知識(shí)有效搶答及答題時(shí)間的結(jié)束。（這部分要求由我主要負(fù)責(zé)）

（6）秒信號(hào)不必考慮時(shí)間精度，可利用試驗(yàn)儀上所提供的連續(xù)脈沖（方波）。

二．總體框圖

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，我初步將系統(tǒng)分為4大功能模塊：主電路、數(shù)據(jù)采集電路、控制電路和音響電路?？蓪⒅麟娐贩譃橐粋€(gè)十六進(jìn)制（實(shí)現(xiàn)一分鐘倒記時(shí)答題時(shí)間）計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路；數(shù)據(jù)采集電路（獲得優(yōu)先搶答選手的編號(hào)）分為8路搶答開關(guān)、八D數(shù)據(jù)鎖存器、優(yōu)先編碼器、加1電路；控制電路分為鎖存控制、倒記時(shí)控制、音響控制；音響電路分為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、音振及喇叭電路。以下是我設(shè)計(jì)的總體框圖：如圖1所示

圖一 總體框圖

三．選擇器件

整個(gè)電路的電子器件有：555定時(shí)器，74LS192，74LS148，74LS373，74LS00，74LS04以及若干電容和電阻。我詳細(xì)介紹一下我所設(shè)計(jì)的這兩個(gè)電路中所用到的重要器件（555定時(shí)器和 74LS373）： 1．555定時(shí)器

555 定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。555 定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。555 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如下圖2： 4

圖2 555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖

它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3 555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 A1 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，A2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 A2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時(shí) TR 端的電壓大于VCC /3，則 A1 的輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。2．74LS373 5 74373八D鎖存器為三態(tài)輸出的8 D透明鎖存器, 373的輸出端O0-O7可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時(shí)，O0-O7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)OE為高電平時(shí)，O0-O7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端LE為高電平時(shí)，O隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng)LE為低電平時(shí)，O被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng)LE端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善400mV。373引出端符號(hào)：

D0～D7-----數(shù)據(jù)輸入端 OE-----三態(tài)允許控制端

LE-----鎖存允許端 O0-O7-----輸出端

74LS373外部管腿圖、真值表、邏輯圖，如下圖3所示：

圖3 74LS373外部管腿圖、真值表、邏輯圖

真值表中：L——低電平； H——高電平； X——不定態(tài)； Q0——建 立穩(wěn)態(tài)前Q的電平； G——輸入端，與8031ALE連高電平：暢通無阻低電平：關(guān)門鎖存。圖中OE——使能端，接地。當(dāng)G=“1”時(shí)，74LS373輸出端1Q—8Q與輸入端1D—8D相同；當(dāng)G為下降沿時(shí)，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。

四．功能模塊

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，我初步將系統(tǒng)分為4大功能模塊：主電路、數(shù)據(jù)采集電路、控制電路和音響電路。

1.主電路由六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和譯碼、顯示電路兩部分組成。2.控制電路由鎖存控制和倒計(jì)時(shí)控制兩部分組成。以上的這兩大模塊部電路均由我的搭檔負(fù)責(zé)

以下的數(shù)據(jù)采集電路和音響電路兩個(gè)模塊是由我主要負(fù)責(zé)，下面我就詳細(xì)說明我所設(shè)計(jì)的這兩模塊： 3．?dāng)?shù)據(jù)采集電路（1）．八路搶答開關(guān)

為8位選手提供8個(gè)搶答的按鈕，這樣可以在松開按鈕后及時(shí)復(fù)位，為下次做準(zhǔn)備。這部分我利用的是試驗(yàn)儀上的8個(gè)邏輯開關(guān)，在接電路圖的時(shí)候，只用一個(gè)開關(guān)仿真。（2）.八D數(shù)據(jù)鎖存器

采用八D數(shù)據(jù)鎖存器74LS373，搶答前應(yīng)使鎖存允許LE=1，此時(shí)允許選手搶答，當(dāng)有選手搶答有效時(shí)，要利用控制電路中的LE=0，使數(shù)據(jù)被鎖存，其它選手就搶答無效了。（3）.優(yōu)先編碼器 采用優(yōu)先編碼器74LS148，因?yàn)椴捎昧烁咚倏刂齐娐?，因此一旦搶答，立即鎖存。

我所設(shè)計(jì)的控制電路將充分利用74LS148的兩個(gè)輸出信號(hào)：選通輸出Ys和擴(kuò)展輸出YEX。

以下是我設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集電路電路圖如圖4所示：

圖4數(shù)據(jù)采集電路

4．音響電路（1）.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

設(shè)音響提示時(shí)間為2秒左右，可采用一脈寬為2秒的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的方法有很多，可以用與非門或者非門電路實(shí)現(xiàn)微分型單穩(wěn)、利用施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)單穩(wěn)、集成單穩(wěn)等?，F(xiàn)采用555定時(shí)器實(shí)現(xiàn)，注意其脈寬的計(jì)算公式為tw=1.1RC.若一個(gè)負(fù)脈沖觸發(fā)信號(hào)到來，將有效觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生一個(gè)脈寬為2秒的正脈沖。（2）.音頻振蕩器及喇叭電路

利用555定時(shí)器實(shí)現(xiàn)頻率約1kHz的音頻振蕩器，因555定時(shí)器有較強(qiáng)的功率輸出能力，可以直接推動(dòng)喇叭輸出。

當(dāng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生一個(gè)正脈沖時(shí)，控制555定時(shí)器開始工作，發(fā)出響聲；當(dāng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)后，555定時(shí)器清零，不能發(fā)聲。以下是我設(shè)計(jì)的電路圖如圖5所示：

圖5 音響電路

五 電路的裝配與調(diào)試

1．由圖中所示的定時(shí)搶答器的總體方框，按時(shí)信號(hào)的流向分單元裝配，9 逐級(jí)級(jí)聯(lián)。

2．我接好電路后，開始檢驗(yàn)我的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)有選手搶答后，沒有開始倒計(jì)時(shí)，經(jīng)過老師的指正我們找到了原因，并立即改正，實(shí)現(xiàn)了要求的結(jié)果。

3．我將裁判的開關(guān)撥至0再撥回1時(shí)，發(fā)現(xiàn)是總能在任意時(shí)間重新?lián)尨?。（與設(shè)計(jì)要求相符）

4．我檢查到，當(dāng)計(jì)數(shù)器減到00時(shí)，產(chǎn)生了一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)，同時(shí)也允許開始新一輪的搶答。（與設(shè)計(jì)要求相符）

5．最后我檢查的是我所設(shè)計(jì)的音響電路，當(dāng)我撥動(dòng)一個(gè)選手開關(guān)后，音響電路所對(duì)應(yīng)的綠燈開始發(fā)光，并開始倒計(jì)時(shí)。當(dāng)計(jì)數(shù)器減到00時(shí)，綠燈再次發(fā)光提示。（與設(shè)計(jì)要求相符）現(xiàn)給出我所設(shè)計(jì)的總電路圖如圖6所示：

圖6 總電路圖 我的仿真結(jié)果圖如圖7所示：

圖7 分別是倒計(jì)時(shí)、數(shù)據(jù)采集、音響電路的仿真結(jié)果

六 心得體會(huì)

在設(shè)計(jì)之前，參考了許多相關(guān)的資料。在設(shè)計(jì)中又參考了以前講過的四路搶答器的原理圖，有了基本的思路。

但著手設(shè)計(jì)時(shí)，又出現(xiàn)了許多未預(yù)料到的問題，例如元件的選擇：在選擇 編碼器時(shí)，是采用普通編碼器還是優(yōu)先編碼器。普通編碼器中，任何時(shí)刻只允許輸入一個(gè)編碼信號(hào)，否則輸出將發(fā)生混亂。所以選擇了優(yōu)先編碼器。但是74LS系列中眾多不同管腳的類型，選擇哪個(gè)作編碼器。經(jīng)過查找，選擇了74LS192，因?yàn)橄胗脭?shù)字的形式顯示搶答者的編號(hào)，所以選擇了數(shù)碼顯示管，但數(shù)碼顯示管不能直接，數(shù)碼顯示管需要由TTL或CMOS集成電路驅(qū)動(dòng)，所以在TTL還是CMOS集成電路上又進(jìn)行了比較和選擇。最后選擇了數(shù)顯譯碼器，用它將輸出的二進(jìn)制代碼譯成相對(duì)應(yīng)的高、低信號(hào)，用其作為數(shù)碼顯示管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，數(shù)碼顯示管顯示出相對(duì)應(yīng)的選手編號(hào)。在音響電路中，根據(jù)設(shè)計(jì)需要選擇了555定時(shí)器。

在一些設(shè)計(jì)原理上也遇到了許多新問題。發(fā)現(xiàn)當(dāng)電源接通后，無論有無人按按鈕都會(huì)使音樂集成電路通電發(fā)出聲響，經(jīng)同學(xué)以及老師的指證，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)通的原因，并及時(shí)的改正。

通過這次八路搶答器的設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)了以往學(xué)習(xí)中的許多不足，也讓我掌握了以往許多掌握的不太牢的知識(shí)，感覺學(xué)到了很多東西。三周的課程設(shè)計(jì)，留給我印象最深的是要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須要有耐性和堅(jiān)持下去的毅力。在整個(gè)電路的安裝調(diào)試的過程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)元件電路的連接，電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)以及連完線路后的檢查工作上，其中在連接電路是出現(xiàn)問題比較多，在555元件和74LS192元件的連接的調(diào)試的時(shí)候出現(xiàn)了問題在老師的指導(dǎo)和講解下我門有了更深刻的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)元件的原理的功能了解的更多更深刻。在這次過程中，我深刻的體會(huì)到在設(shè)計(jì)過程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過程很可能相當(dāng)?shù)臒┈?，有時(shí)花很長(zhǎng)時(shí)間檢查電路故障，分析原因，那時(shí)心中就有點(diǎn)灰心，有時(shí)還特別想放棄，此時(shí)更需要靜下心來，更仔細(xì)的查找原因。

總之，這次實(shí)驗(yàn)過程中我受益匪淺，在摸索我和我的搭檔實(shí)現(xiàn)了課題所要求的結(jié)果。培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增加了動(dòng)手操作的能力。更讓我體會(huì)到實(shí)現(xiàn)電路功能喜悅。

第四篇：八路搶答器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

數(shù)字電子設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

八路智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)

一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

掌握搶答器的工作原理及其設(shè)計(jì)方法。

學(xué)會(huì)用Multisim8軟件操作實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

掌握設(shè)計(jì)性試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法

二．實(shí)驗(yàn)要求

八路智力競(jìng)賽搶答器功能要求：

基本功能：

1．設(shè)計(jì)一個(gè)智力競(jìng)賽搶答器，可同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)參加比賽，他們的編號(hào)分別是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)相對(duì)應(yīng)，分別是0、1、2、3、4、5、6、7。

2．給節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。

3．搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號(hào)。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。

擴(kuò)展功能：

1．搶答器具有定時(shí)搶答的功能。當(dāng)節(jié)目支持人按下“開始”按鈕后，要求定時(shí)器立即倒計(jì)時(shí)，并在顯示器上顯示。

2．參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。

3．如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒有選手搶答，則本次搶答無效，系統(tǒng)封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器上顯示00.三．實(shí)驗(yàn)原理

根據(jù)對(duì)功能要求的簡(jiǎn)要分析，將定時(shí)搶答器電路分為主題電路和擴(kuò)展電路兩部分。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答器按鈕

數(shù)字電子設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

時(shí)，能顯示選手的編號(hào)，同時(shí)能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答及報(bào)警功能。

比賽開始時(shí)，接通電源，節(jié)目主持人將開關(guān)置于“清零”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)顯示器上顯示設(shè)定時(shí)間。當(dāng)節(jié)目主持人宣布“搶答開始”，同時(shí)將控制開關(guān)撥到“開始”位置，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)。若定時(shí)時(shí)間到，卻沒有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。若選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答按鈕時(shí)，搶答器要完成以下四項(xiàng)工作：1.優(yōu)先編碼器電路立即分辨出搶答者的編號(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號(hào)； 2.揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意； 3.控制電路要對(duì)輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其他選手再次進(jìn)行搶答； 4.控制電路要使定時(shí)器停止工作，時(shí)間顯示器上顯示剩余的搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當(dāng)選手將問題回答完畢時(shí)，主持人操作控制開關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。

上述方案所示搶答器的工作過程：主持人按動(dòng)開始搶答的開關(guān)后，最先搶答的選手的電平信號(hào)先經(jīng)過優(yōu)先編碼器，再依次經(jīng)過數(shù)據(jù)鎖存器，此時(shí)已經(jīng)限制了其他選手的搶答，信號(hào)再經(jīng)過譯碼器和七段數(shù)碼顯示器，將最先搶答的該選手的編號(hào)顯示出來，并同時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，到此完成的是搶答功能；如果沒有人搶答，30秒減計(jì)數(shù)器減到00時(shí)也會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，此時(shí)完成計(jì)時(shí)功能。

數(shù)字電子設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

它的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：這種方案原理比較簡(jiǎn)單。主持人對(duì)整體電路的控制只需幾個(gè)門電路就可完成，不必用特別的芯片來組成控制電路；更容易實(shí)現(xiàn)報(bào)警提示功能，在有選手搶答后或者計(jì)時(shí)開始和結(jié)束時(shí)。既減少了布線使整個(gè)電路更直觀簡(jiǎn)單，又降低了產(chǎn)生錯(cuò)誤的可能性。

四．實(shí)驗(yàn)器材

?元器件：74LS48，72LS192，74LS279、74LS148、74LS00、74LS08、74LS32、NE555、CC4511各幾個(gè)，數(shù)碼管三個(gè)，發(fā)光二極管一個(gè)，開關(guān)、電阻、電容若干

?

仿 真：Multisim8仿真軟件

五．實(shí)驗(yàn)步驟

1．搶答電路設(shè)計(jì)

搶答電路的功能有兩個(gè)：一是能分辨出選手按按鈕的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鈕操作無效。因此，選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279以及譯碼顯示電路完成上述功能。

74LS148是一八線-三線優(yōu)先編碼器，該編碼器由8個(gè)信號(hào)輸入端，3個(gè)二進(jìn)制輸出端，輸入輸出均為低電平有效。EI為輸入使能端，低電平有效，當(dāng)EI為低電平時(shí)，編碼器處于工作狀態(tài)；EO為輸出使能端，只有在EI=0，且所有輸入都為1時(shí)，輸出為0；GS表征編碼器的工作狀態(tài)，當(dāng)且僅當(dāng)EI為低電平，且輸入至少有一各為有效電平時(shí)，GS才有效。因此，可根據(jù)EI、EO、GS功能擴(kuò)展端的特點(diǎn)，對(duì)電路進(jìn)行相應(yīng)控制。編碼器在搶答電路中功能是判斷搶答者的編號(hào)。

74LS279是由4個(gè)RS鎖存器組成，且均為與非門構(gòu)成的RS鎖存器。其中，1S和3S有兩個(gè)輸入端，S1和S2均為相與的關(guān)系。本設(shè)計(jì)中，將S2均接高電平，僅利用S1控制輸出。其引腳圖如圖四所示，下表為SR鎖存器的功能真值表，值得注意的是S和R不能同時(shí)為高電平，否則輸出不確定。

74LS48為七段顯示譯碼器。該集成譯碼器設(shè)有多個(gè)輔助控制端，以增強(qiáng)器件的功能。BI/RBO為滅燈輸入，當(dāng)BI=0時(shí)，所有字形熄滅。LT為試燈輸入，當(dāng)LT=0且RBO=1時(shí)，顯示字形為8，常用于檢測(cè)自身的好壞。RBI為動(dòng)態(tài)滅燈輸入，當(dāng)LT=1，RBI=0且輸入均為0時(shí)，輸出均為低電平，數(shù)碼管“滅零”。

譯碼器74LS48輸出高電平有效，用以驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管。七段顯示譯碼器一般與七段數(shù)碼顯示器相連，共同構(gòu)成四輸入端的數(shù)碼顯示電路。

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2.定時(shí)電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中選用十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，74LS192是具有置數(shù)和清零功能，其引腳圖和邏輯圖如圖1所示，真值表如表5所示。圖1 74LS192引腳圖和邏輯圖

P0、P1、P2、P3——置數(shù)并行數(shù)據(jù)輸入； Q0、Q1、Q2、Q3——計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)輸出； CR————————清零端； LD————————置數(shù)端；

CPu ———————加法計(jì)數(shù)CP輸入； CPd ———————減法計(jì)數(shù)CP輸入； CO————————進(jìn)位輸出端； BO————————借位輸出端。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要兩片74LS192構(gòu)成100進(jìn)制減計(jì)數(shù)器。由功能真值表可知，只需將個(gè)位74LS192的借位輸出端BO與十位74LS192的CPd即可實(shí)現(xiàn)100進(jìn)制減計(jì)數(shù)。值得注意的是，要使其實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)，CPu端口必須接高電平。

計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。秒脈沖電路由555構(gòu)成的多諧振蕩器構(gòu)成，如圖2所示，諧振蕩器無需外加輸入信號(hào)就能在接通電源自行產(chǎn)生矩形波輸出。

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圖2多諧振蕩器

因?yàn)橹芷跒橐幻耄灶l率是1赫茲。圖中電容的充放電時(shí)間分別是： t1=RB×C×ln2≈0.7RB×C t2=(RA+RB)×C×ln2≈0.7(RA+RB)C 所以555的3端輸出的頻率為： f=1/(t1+t2)≈1.43/[(2RA+RB)C] 我們采用的電阻和電容值分別是：RA=15KΩ，R2=68KΩ，C1=10uf,滿足上式，即得到的是秒脈沖。

由以上集成芯片設(shè)計(jì)的定時(shí)電路如下圖所示。

工作原理： 555構(gòu)成秒脈沖產(chǎn)生電路為計(jì)時(shí)電路提供脈沖。搶答開始前主持人閉合開關(guān)，74LS192的置數(shù)端PL為低電平有效，處于置數(shù)狀態(tài)，數(shù)碼管顯示定時(shí)時(shí)間。搶答開始，主持人打開開關(guān)，計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，555產(chǎn)生的秒脈沖與十位74LS192借位輸出端（其初始狀態(tài)為高電平）相與。計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)至00，十位74LS192借位輸出端為低電平，計(jì)數(shù)器停止工作，產(chǎn)生報(bào)警。計(jì)時(shí)期間有人搶答，減計(jì)數(shù)器停止計(jì)時(shí)，顯示器上顯示此刻時(shí)間。

3．時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)

時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，需要完成以下三項(xiàng)功能：

a.主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶

數(shù)字電子設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

答工作狀態(tài)。

b.當(dāng)競(jìng)賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。c.當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無人搶答時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。

4.搶答器整體電路

通過控制電路將搶答、定時(shí)電路進(jìn)行連接后，構(gòu)成了搶答器電路的整體設(shè)計(jì)，總電路圖如圖17所示：

主電路：

數(shù)字電子設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

六，實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1．主持人將開關(guān)撥到開始的位置，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答狀態(tài)。2.在30秒內(nèi)當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵，搶答電路和定時(shí)電路停止工作，同時(shí)數(shù)碼管顯示相應(yīng)選手的編號(hào)。

3.如果在30秒內(nèi)無人搶答，搶答電路和定時(shí)電路停止工作，選手再按搶答鍵，將不會(huì)顯示編號(hào)，同時(shí)定時(shí)電路顯示00.七．實(shí)驗(yàn)小結(jié)

通過本次課程設(shè)計(jì)，不僅有效鞏固了本學(xué)期所學(xué)數(shù)電的相關(guān)知識(shí)，加強(qiáng)了對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的記憶和理解，還學(xué)會(huì)如何運(yùn)用Multisim8仿真進(jìn)行仿真，以及如何使用面包板進(jìn)行實(shí)物制作，受益匪淺，現(xiàn)總結(jié)如下。

本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)，如何在第一位搶答者搶答題目后讓編碼器停止工作；如何使計(jì)時(shí)電路在搶答后停止倒計(jì)時(shí)；如何讓定時(shí)電路和搶答電路同時(shí)清零。設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)以往搶答器設(shè)計(jì)思路，及查閱相關(guān)資料，可運(yùn)用74LS279的輸出1Q完成上述控制任務(wù)。從這一點(diǎn)，折射出自己在平時(shí)的學(xué)習(xí)中較死板，缺乏變通思考的能力。

在電路仿真的過程中，由于Multisim8操作相對(duì)較簡(jiǎn)單，因此在仿真過程中較為順利。但仿真軟件的操作環(huán)境比較理想化，實(shí)物操作時(shí)會(huì)受到部分因素的干擾，例如在仿真電路中電路完全沒有問題，但當(dāng)焊接好實(shí)物后，定時(shí)電路與搶答電路單獨(dú)運(yùn)行都沒有問題，但互相反饋時(shí)互相干擾。最終通過與互相討論，請(qǐng)教老師，解決了問題。

通過本次實(shí)踐操作，也讓我深刻明白：只有將課本上的理論知識(shí)，結(jié)合實(shí)踐不斷練習(xí)，不斷總結(jié)提煉，反復(fù)思考實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，才能夠真正消化為自己的知識(shí)。

第五篇：八路搶答器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

八路搶答器的實(shí)驗(yàn)報(bào)告

一、設(shè)計(jì)題目

八路搶答器設(shè)計(jì)

二、設(shè)計(jì)要求

1.設(shè)計(jì)一個(gè)競(jìng)賽搶答器，可同時(shí)供8名選手或者8個(gè)代表隊(duì)參加比賽，他們的編號(hào)分別是1、2、3、4、5、6、7、8，各用一個(gè)搶答器的按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)相對(duì)應(yīng)。

2.給節(jié)目主持人設(shè)計(jì)一個(gè)控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零和搶答開始。3.搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存、顯示的功能和聲音提示功能。搶答開始后，若有選手按動(dòng)按鈕，編號(hào)立即鎖存，在數(shù)碼管上顯示選手的編號(hào)，并有聲音提示。此外，要封鎖其他選手搶答。優(yōu)先搶答的選手的編號(hào)一致保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。

三、設(shè)計(jì)思路

工作原理為：

1.接通電源前，搶答按鈕與清零按鈕都未按下。接通電源后，主持人清除開關(guān)處于工作狀態(tài)，搶答器處于工作狀態(tài)，編號(hào)顯示器顯示為0，蜂鳴器未鳴響（為方便控制，電路設(shè)計(jì)為清除開關(guān)按下時(shí)是清零狀態(tài)，未按下時(shí)為工作狀態(tài)）。等一輪搶答完成后（七段數(shù)碼管顯示出優(yōu)先搶答隊(duì)員編號(hào)，并蜂鳴器鳴響），主持人將清零開關(guān)按下數(shù)碼管清為零，蜂鳴器停止鳴響。然后先后把各隊(duì)員搶答按鈕與主持人清零按鈕復(fù)位。即可進(jìn)入下一輪搶答。

原理為：電路中清零按鈕控制D觸發(fā)器集成塊74LS175清零端低電平輸入，按下時(shí)清零端輸入為低電平（清零端低電平有效），未按下時(shí)輸入高電平。清零后D觸發(fā)器集成塊74LS175 Q`端輸出全變?yōu)楦唠娖剑咕幋a器74HC147（有效輸入電平為低電平）無有效低電平輸入，七段數(shù)碼管上顯示為0。

2.搶答時(shí)，隊(duì)員按下?lián)尨鸢粹o的時(shí)間有先后次序，電路中每個(gè)搶答按鈕連接一個(gè)D觸發(fā)器，當(dāng)一搶答按鈕按下后其對(duì)應(yīng)的觸發(fā)器鎖存住信號(hào)，Q`端輸出有效低電平，同時(shí)通過反饋電路使D觸發(fā)器集成塊得脈沖信號(hào)終止輸入，從而使其他D觸發(fā)器停止工作，搶答后也無法鎖存。達(dá)到有先輸入有先鎖存功能。原理為：根據(jù)與門功能特點(diǎn)：只要有一低電平輸入輸出即為低電平。當(dāng)D觸發(fā)器集成塊74LS175輸出端輸出一有效低電平后，電路中第7個(gè)與門U15A輸出即為低電平，而U15A輸出信號(hào)又與555觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器輸出信號(hào)相與，因此只要U15A輸出低電平，多諧振蕩器產(chǎn)生的脈沖就無法輸入，只有當(dāng)D觸發(fā)器集成塊74LS175輸出端輸出全為高電平時(shí)脈沖才正常輸入，各D觸發(fā)器正常工作。

3.搶答后，數(shù)碼管顯示優(yōu)先搶答隊(duì)員編碼，蜂鳴器鳴響。

原理為：D觸發(fā)器集成塊74LS175輸出輸出鎖存信號(hào)（有效低電平）后通過編碼器 集成塊74HC147把輸入低電平有效信號(hào)的端序號(hào)(1至8），編碼為四位二進(jìn)制數(shù)0001至1000。然后通過74LS47集成塊（數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)器），在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的數(shù)字，即優(yōu)先搶答隊(duì)員編碼。當(dāng)蜂鳴器兩端分別輸入高低電平時(shí)，風(fēng)鳴器鳴響，當(dāng)兩端都為低電平時(shí)不鳴響。已知第7個(gè)與門U15A在位搶答前為高電平，搶答后為低電平。由此可根據(jù)與門U15A輸出電平隨搶答狀態(tài)的變化來控制風(fēng)鳴器的鳴響。使蜂鳴器低電平端接地，高電平端通過一非門接與門U15A輸出端即可。

四、實(shí)驗(yàn)電路 1.電路原理圖

電路原理圖1：

1.由于七管腳半導(dǎo)體數(shù)碼管是理想器件，不存在。因此改用74LS47集成塊驅(qū)動(dòng)七段字符顯示器。

2.由于八管腳或非門集成塊未找到，后改用7個(gè)與門代替，集成塊為74LS08.3.為方便控制，電路改進(jìn)為清除開關(guān)按下時(shí)是清零狀態(tài)，未按下時(shí)為工作狀態(tài)。

修改后的電路原理圖如下圖。

電路原理圖2：

2.組裝電路圖與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

五、調(diào)試過程

在設(shè)計(jì)電路圖在仿真軟件Multisim上仿真成功，領(lǐng)到相應(yīng)的器件后，我們就開始了在電路板上進(jìn)行了電路的組裝，并在組裝過程中進(jìn)行了相應(yīng)的檢驗(yàn)與校正。1.首先在電路連接方面，由于剛開始連電路時(shí)未按一定的方法步驟，容易出現(xiàn)連錯(cuò)和漏連情況。

2.由于器件的限制及實(shí)際操作情況，電路要做相應(yīng)的改變。

由于七管腳半導(dǎo)體數(shù)碼管是理想器件，不存在。因此改用74LS47集成塊驅(qū)動(dòng)七段字符顯示器。

由于八管腳或非門集成塊未找到，后改用7個(gè)與門代替，集成塊為74LS08.為方便控制，電路改進(jìn)為清除開關(guān)按下時(shí)是清零狀態(tài)，未按下時(shí)為工作狀態(tài)。3.由于器件的損害，使電路無法正常工作。

經(jīng)過多次對(duì)電路的檢查，確定電路沒連錯(cuò)而仍無法正常工作達(dá)到預(yù)期功能后，我們開始對(duì)各部分電路分別進(jìn)行了檢測(cè)：

首先，我們檢測(cè)了555觸發(fā)器構(gòu)成的脈沖產(chǎn)生模塊。用的方法：用我們電路中的脈沖產(chǎn)生模塊去替代別的同學(xué)已經(jīng)成功電路板中的脈沖模塊來觸發(fā)其電路，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電路板能正常工作，所以驗(yàn)證了：我們的脈沖產(chǎn)生模塊是能正常工作的。

然后，我們檢測(cè)了我們D觸發(fā)器構(gòu)成的信號(hào)鎖存模塊。用的方法：用LED燈檢測(cè)D觸發(fā)器Q輸出端輸出電平狀況。LED燈一端接地另一段通過電阻接D觸發(fā)器Q輸出端，當(dāng)搶答按鈕按下后，檢測(cè)相應(yīng)的Q輸出端是否輸出高電平，使LED燈點(diǎn)亮。結(jié)果發(fā)現(xiàn)搶答按鈕按下后相應(yīng)的Q輸出端并沒有輸出高電平使LED燈點(diǎn)亮，于是我們確定了我們的D觸發(fā)器集成塊已損害。替換成相應(yīng)的集成塊后，電路就能正確工作了。

六、實(shí)驗(yàn)心得

在此次實(shí)驗(yàn)中，我們體驗(yàn)到了理論知識(shí)在實(shí)際中的運(yùn)用，體驗(yàn)到了創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。通過此次實(shí)驗(yàn)即鞏固了我們的理論知識(shí)，又鍛煉了我們的動(dòng)手能力。也讓我們認(rèn)識(shí)到了把理論運(yùn)用到實(shí)際過程中可能會(huì)遇到一些不同的困難，但只要認(rèn)真分析、仔細(xì)思考，用科學(xué)冷靜的頭腦去研究問題，終究能發(fā)現(xiàn)問題的所在，取得成功。