数字抢答器的设计

1、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：课程设计题目：抢答器的设计一.数字抢答器功能概述:在各种智力竞赛活动中，通常需要设置一台抢答器，并辅以数显、灯光、音响等多种手段，一边准确、公正、直观的判断出第一抢答者。数字式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，并且用数字显示第一抢答者的组号，并配有相应的灯光指示，若规定抢答时间已过，要告示任何输入的抢答信号均无效，除非重新下达抢答命令，该设计课题就是针对上述要求设计出4位参赛选手使用的抢答器。二.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

2、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。三.设计要求：l 4名选手编号为：1，2，3，4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为s1，s2，s3，s4。l 给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零和抢答的开始。l 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，同时提示灯给出提示，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。l 抢答器具有定时10秒内抢答的功能。当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，参赛

3、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。l 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。l 用555定时器产生脉冲信号，作为定时计数器的cp信号。四.实验仪器及设备： （1）数字实验箱；（2）集成电路74ls148 1片，74ls161 1片，74ls48 2片，74ls555 1片，74ls00 1片，74ls20 1片，74ls08 1片，74ls04 1片，74ls75 1片；（3）电阻4.7千欧，150 千欧，1

4、00欧；（4）电容0.01微法，4.7微法，发光二极管，共阴极数码管五.总体方案设计：1.设计思想：首先对抢答器要实现的功能进行一个分析，然后对实验所提供的器件的功能详细了解，最后开始设计。各个模块的功能如下所述：(1).时钟发生器，利用555芯片来产生；(2).倒计时功能，利用161芯片来实现；(3).锁存器75来实现抢答者的抢答功能，在输出端连接上led灯，用于指示成功抢答者或者违规抢答者。如果是违规抢答则抢答锁存器不锁住状态，4个人的指示灯均可亮。如果是正常抢答则应在第一个抢答者抢答后锁存器锁住状态，通过锁存器的输出将当前状态送到编码器148上用于显示成功抢答者的编号；(4).利用148

5、来驱动数码管显示,一个数码管用来显示倒计时，另一个可以用来显示抢答者的编号。 2.电路设计的整体思想：通过整体分析后我知道，抢答器的关键在于使能端的控制，起主要的步骤如下所述：(1). 首先是161的倒计时功能，可以通过置数法来实现，在161的输入端置入0110，则将其输出取非送至48芯片上，对应计数01101111时,送至48的数据对应为10010000,数码管显示90，在显示0时161对应有个进位输出，为保证始终从9开始计时则将进位的非送至9端即可；由于在抢答未开始的时候数码管应保持显示9，则不妨将开关m的非与co的非相与进位和m的与送至9 即可(主持人未说开始的时候m=0)；(2). 其

6、次是锁存器的使能，在主持人未说开始的时候，任何人都可以抢答，即说明锁存器未被使能,当主持人说开始的时候，一旦有人抢答则应将该状态锁住，还有在倒计时到0的时候也应将状态锁住此时抢答超时任何人都不得抢答，则将锁存器的输出和161的输出 送至锁存器的使能端即可； (3).再者当有人抢答时则161的倒计时应当停止，并保持住，还有在倒计时到0的时候也应当保持住；则将 (4).最后是抢答者的编号显示，当do，d1，d2，d3分别抢时应对应显示编号1，2，3，4则将74对应输出 分别送到148的6，5，4，3即可；由于在抢答未开始的时候，数码管应显示0代表无人抢答，则将 送至148的7即可，这样一旦有人抢答

7、则将显示抢答者编号无人抢答时就显示0。3.抢答器基本框图：报警模块主持人秒脉冲锁存模块选手抢答控制模块计数器优先编码器译码器译码器整个电路如上图所示，主要分为两部分，一个是倒计时部分，一个是抢答电路，其中抢答器电路由锁存器电路，编码器电路，译码器电路，数码管显示电路组成，倒计时电路由倒计时芯片，编码器电路，数码管显示电路，倒计时采用555秒脉冲作为时钟信号输入端。六.单元电路设计：1.脉冲电路：（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、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（2）.由555组成的脉冲电路形成1s脉冲波形如下：2.计时电路：

8、此电路用来实现模10的倒计数器，用一片74ls161来实现模十的计数功能。用同步置数法来实现，由于要求倒数计数，可以取0011至1111十个状态，然后取反而得到。取反后得到1001到0000。即9到0的倒计时。状态转移图如下：101010011000011101100/0/0/0/0/0/0/0/0/0/1111111011110010111110dcba/co通过给其co端取非送入到置入端，ent，enp来控制计数和保持。由分析知，当主持人宣布抢答开始后，正常抢答时计时模块才会停止计时，故将ent接高电平，enp由主持人和抢答队员经过门电路控制，高电平计数，低电平保持。计时电路图：3.锁存电

9、路与抢答电路：锁存电路主要由7475来实现，当7475的使能端4，13号管脚均为“0”时，它将进行锁存，保持原来的状态；当使能端均为1时输出q随着输入d的变化而变化。 74ls75真值表dcq111010x0qn 75芯片的数据输入端接四组抢答队员，使能端由主持人经过148优先编码器进行编码，再经过组合门电路进行控制，可以实现正常抢答和违规抢答的队员组号的锁存和显示。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。74

10、ls148功能表如下：抢答锁存电路图：总电路图：七.遇到的问题及解决办法：（1）电路连线太多的时候容易发生串线，于是我在连接每一根线的时候都要注意这一列有没有其他连线。而且已经用过的路不能再让其它线再用。接线端接触不良（2）刚开始计数器倒计时不显示，灯根本就不亮，稍动板子又亮了，但出现了乱码，我先检查了电路的连接，确定电路正确，置数也正确，然后用四个灯检查了161计数器的四个输出端，发现输出的信号是正确的，然后再用两个灯，一个接在161的一个输出端，另一个接在该输出端取非后在04芯片对应的输出，理论上应该是一个灯亮，一个灯灭，而我发现这两个灯是同时亮灭的。原来是04芯片坏了，于是我重新接了一个

11、04，这时倒计时终于正常了。（3）刚开始当没有人抢答的时候数码管显示“7”。解决方法：74ls148的ln7接收ln6、ln5、ln4、ln3的反馈信号，没有选手按键的时候，ln6、ln5、ln4、ln3的输入均为高电平，则ln7的输入为低电平，那么3线8线编码器的输出为000，抢答信号为1，作用在锁存器使能端，锁存器不锁存，经过译码器在数码管上显示0。八.分析与总结：刚开始接到这个题目时，真不知如何下手，就只能硬着头皮，看书，查阅资料，一切都感觉挺陌生，但慢慢的有点小成就的时候就还挺开心的，促使我更加劲努力的完成没完成的内容，第一次的设计图连在板子上时，由于出现的问题，发现倒计时不锁存，循环

12、从9到0，然后我就很不解，而且选手不能正确显示编号，经过仔细检错，还是不能正常工作，那天在实验室呆了一天，除了中午吃饭时间，可是还是没什么太大进展，放学了，回到宿舍，我就翻开我的电路图，仔细排错，知道凌晨2点发现图有些问题，修改之后第二天早早的就去，重新连接电路，好多同学还以为我都好了，我给他们一说，他们都感觉不可思议，因为抢答器的芯片本来就比较多，图也复杂，我集中注意力，一个上午就连好了，可是令我很郁闷的是竟然倒计时都不显示了，最后还找同学帮我检查，我们最先检查的是161芯片，发现161接触不是很好，本应该是低电平的却显示高电平，进位端一直显示1，经过检查连线，芯片管脚，倒计时计数器显示了，

13、可是乱码，于是又查看74ls04芯片，结果芯片有的管脚坏了，于是问老师要了新的芯片，结果正常工作，倒计时这个总算好了，接下来就是抢答模块，锁存模块，经过仔细的排错，抢答计数器也正常工作。这让我很是欣慰。经过两周的课程设计，首先让对数字电路这门课程有了更深的了解，因为课程设计本身要求将以前所学的理论知识运用到实际的电路设计当中去，在电路的设计过程中，无形中便加深了对数字电路的了解及运用能力，对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解；以前的数字实验只是针对某一个小的功能设计，而课程设计对我们的总体电路的设计的要求更严格，需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案，然后逐步细化进行

14、各模块的设计。例如： 555定时器的使用原理和作用，用它构成触发器和振荡器的方法，还有一个难题就是怎么来选择我们所需要的芯片，从而实现我们所想实现的功能。最后，感谢学校给我们这次机会，锻炼了我们的动手能力。通过这次课设让我明白了理论和实际操作之间差距，而且也让我很明确得意识到自己在数电上有很多的知识漏洞，以后应该多钻研一下。再次，感谢老师的辅导以及同学的帮助。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，由此看来实践的重要，这要求我们在以后的学习生活中要将理论和实践紧密联系，多多实践，而不是一味的只注重理论。九参考文献【1】数字电路逻辑设计（第二版）主编：王毓银 高等教育出版社。【2】数字电路与eda实践教程；主编：唐小华；科学出版社。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薛园园 班级/学号通工1008班/03101281(26)承担任务实验室（单位）电路与电子技术基