四人抢答器数字电路技术设计性实验

1、数字电路技术设计性实验 课题名称：_四人抢答器_ 学院：_电气工程与自动化学院_ 老师：_刘伯恕_ 姓名：_罗旌森_ 学号：_011100627_ 日期：_2013年6月17日_目录一、 技术要求二、 元件清单列表三、 总体设计方案四、 抢答器电路五、 定时电路六、 整体电路及原理解说七、实验总结一、 技术要求：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，倒计时十秒，从“9”到“0”，若无人抢答，则再抢答无效。选手抢答时，数码显示选手组号,其它选手无法进行抢答，抢答器发出提示，倒计时停止。设计要求：(1)4名选手编号为：1，2，3，4。各有一个抢答按钮，按

2、钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。(2)给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）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，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。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）抢答的功能。当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束。参赛选手在设定时间（10秒）内抢答有效，抢答成功，屏幕给出光提示，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示

3、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。封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。二、 元件清单列表74ls48七段显示译码器2个、74ls00 1个、74ls20 2个、74ls192 1个、74ls175 1个、300电阻两个、发光二极管 4个5v电源一个、1hz时钟脉冲、1mhz时钟脉冲、三、 总体设计方案：数字抢答器总体方框图如下图1所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于锁闭状态，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。定时器倒

4、计时，选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示,当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示零。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。抢答按钮优先编码电路锁存器译码电路译码显示主持人控制开关控制电路秒 脉 冲产生电路定时电路译码 电 路显示电路图1四、 抢答器电路如图2，该电路完成两个功能：一是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操作无效。工作过程：使用74ls175芯片作为选手的信号输入端。开关s5在主持人手中又来控制芯片的置零。当开关断开是触发器q4q3q2q1=0000.其后的元件均不工

5、作。当主持人按下s5后，74ls175工作，假设此时1号选手抢答，则芯片输出q4q3q2q1=1110,此时74ls20产生一个高电平通过两个非门使发光二极管点亮，提示抢答成功，q4q3q2q1=0001,使位于q1上的发光二极管亮起提示一号抢答成功。根据输入输出真值表的关系写出逻辑式后接入74ls00进行编码。将编码结果接入74ls48译码器，译码器输出接入晶体管显示数码。如一号抢答成功，则q4q3q2q1=0110则dcba=0001输入74ls48后晶体管输出1.(逻辑式：d=0;c=q4;b=q3q2;a=q3q1)。为保证实验的顺利进行，我们仍需要一个锁存电路来保持工作状态的锁定。即

6、在74ls175的始终脉冲端接一与非门的输出端，输入端分别接时钟信号与第一个非门的输出信号，则当有人抢答时，第一个非门的低电平将时钟输入锁定在高电平，则其他人抢答无效。图2五、 定时电路设定好抢答时间为10秒，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由1hz秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74ls192进行设计，进行倒计时。如图3所示，通过74ls192的减法计数功能实现倒计时的功能，通过pl与s5的连接实现主持人对芯片的开关。将输出通入74ls48进行译码输出后通入晶体管显示。同理定时器也需要一个锁存器来锁住过程的进行，将tcd（借位信号）通入基本rs锁存器

7、（用74ls20构成）的置1端，mr（清除端，高电平有效）接在q输出端进行锁存功能。74ls192被置位与1001，进行减法计数，当计数到0时，借位信号为输出0，mr输入高电平，则74ls192中的数据被锁存。六、 整体电路图及原理解说1.置数：通过单刀双掷开关将74ls192的up输入端先置为高电平，dn接时钟脉冲，使74ls192实现置数功能，将其置为1001，再通过开关，使其开始倒计时。 2.当主持人按下开始按钮时，选手开始抢答,并且倒计时开始倒计,当有任何一个选手按下按钮时ls148被锁存,光二极管亮起，其他选手按下无效,同时倒计时制止,数码管显示剩余时间和选手对应的号码,禁止选手抢答

8、。主持人再置为开始状态,其他选手才可以继续抢答,倒计时从新倒计,进入下一个抢答状态. 3.当无选手按按钮是,倒计时继续直到倒计时为零,此时零点到的信号将ls148锁存,选手再按下按钮无效,同样只有当主持人清零后再置为开始状态,其他选手才可以继续抢答。七、 实验总结调试过程出现的问题，及解决情况：1. 初始调试时发现四盏灯全亮以及数码管显示混乱，经用万用表检测发现有少焊线路及虚焊，补齐后电路工作正常，功能完整。 心得体会及其他：1.首先对用锡焊电路板技术有了进一步的提升。再通过这次数电设计性实验，我学习了四人抢答器的电路构造。在实验过程中加深了对它的理解。对电路功能区域的划分及设计实现功能内容有了一些自己的理解。 2.设计时自身的知识不足，需参考网络资料，通过整合网络上的资料，将各个芯片的管脚及功能正确的引入电