电子技术课程设计8路抢答器设计

1、电子技术课程设计8路抢答器 学院：电子信息工程学院专业、班级：自动化 班 姓名：樊向新 学号：8 指导教师：阎晓梅 2008年1月8路抢答器1、 设计任务与要求1. 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0 S7表示。2. 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。3. 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。2、 总体框图 如图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“清零”状态，抢答器处于禁止状态，编

2、号显示器灭灯；主持人将开关置“开始”状态，宣布“开始”，抢答器工作，扬声器给出声响提示（或者提示灯给出显示）。选手进行抢答时，抢答器将完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器（显示灯）提示等操作。当一轮抢答之后，禁止二次抢答。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。图1 总体方框图数码显示器锁存器优先编码电路报警显示电路控制电路主持人控制开关抢答按钮上面的总体框图是我认为的最佳方案。具体的说明： 抢答器按钮就是输入一些高低电平信号，此实验是低电平有效。 优先编码电路用来把输入的高低电平信号编码，74LS148优先编码器及83编码器，输出3位2进制数，以代表不同的低电平信号

3、。 锁存器用D触发器，因为D触发器结构和功能都比较简单，方便使用。D触发器使用4个，第四个除用来输出2进制数的最高位外，还用于控制信号的锁定，即触发或锁定触发器的工作状态。 数码显示器用DCD七段数码显示管，即有4个输入信号的管子，能表示0到9十个数，而且输入的二进制数正好和十进制数一一对应。 主持人控制开关就是一个开关，用来清零和开始工作。 控制电路比较复杂，除了第四个触发器和主持人的开关外，还需要8个抢答器按钮组成的8输入与非门和第四个触发器用一个与门共同组成一个控制电路来控制信号的传输和锁定。 报警显示电路，由于没有报警器，所以选择一个LED灯来表示信号的锁定。为了使更明显一些，给LED

4、灯加了个连续脉冲信号，以使灯能够按我们需要的频率一闪一闪。 另外，还用到一些其他的与非门和或非门，都是一些实验室常用的器件，实验室没有8输入的与非门，改成两个4输入的与非门再加个或门来构成8输入的与非门。 其他我想的方案还有用74LS48驱动BS201来用作显示电路部分也是可以的，但比起上面的设计所需要的器件要多一些，因此综合考虑还是选择上面的设计方案较好。 这个设计还可以加其他附加功能，比如倒计时，即抢答器具有定时功能，当时间到后还没人抢答则这次抢答无效作废，抢答器给出提示等。3、 选择器件 选择器件尽量选用实验室有的常用的器件，以下分别对各部分所选择的器件给出具体的说明。1、 抢答按钮 选

5、用8个可弹起按钮作为抢答按钮。2、优先编码电路 采用74LS148优先编码器作为编码电路。74LS148编码器功能表如下：74LS148功能表 由表中不难看出，在ST=1电路正常工作状态下，允许I0I7当中同时有几个输入端为低电平，即有编码输入信号。IN7的优先权最高，IN0的优先权最低。当IN7=1时，无论其他输入端有无输入信号，输出端只给出了IN7的编码，即000.74LS148的内部逻辑图3、锁存器 此设计电路选用D触发器作为锁存器电路。D触发器的逻辑功能表如下所示： D触发器的特性表DQnQn+1001101010011 RP是置位端（置数端），CLR是复位端（清零端），CLK是时钟触

6、发端。工作原理是：当CLK给高电平触发时，D触发器开始工作；RP用来置位开始时输出的信号，CLR用来清零。D触发器的逻辑图（大体上）4、数码显示器 数码显示器用4线的七段显示数码管。 功能表如下：数字 4 32101234567890000000011000011110000110011000101010101 5、主持人控制开关 用于控制清零和工作的按钮。6、控制电路 控制电路由触发器和输入信号一起控制电路的工作。 原理：如上图所示，3个触发器的置数端都置为高电平，这样在开始工作时触发器的Q非端为1，当输入信号有高电平信号时，通过与门触发器开始工作，经过触发器将信号传输到显示数码管，而第三个

7、触发器Q非端变为低电平，返回到与门锁定触发器的状态，这样锁住信号，其他按钮信号将不会显示。7、报警显示电路 实验选择LED灯来表示信号的锁定。4、 功能模块 设计的电路可分为三个主要模块：编码模块、信号锁定模块和显示模块。下面分别对三个模块进行说明和仿真。 编码模块：编码部分主要是对74LS148的应用，电路原理图如下，并进行功能的仿真。上面电路是对编码部分的功能仿真，74LS148是低电平有效的优先编码器，输出端A0A1A2输出的二进制正好与十进制对应。例如开关3接低电平，则输出A0A1A2=011，数码管将显示3，下面看仿真结果。当开关4闭合时 当开关5闭合时从仿真结果中可看出编码这一模块

8、的功能是正确的。 信号锁定模块： 工作原理：接通电源清零后，四个触发器的PR置位端都是低电平，输出Q为0，Q为1，当有低电平信号时，或非门U8为1，与门U4输出为1，四个触发器都开始工作，由于第四个触发器的输入端一直是1，所以使输出端Q为1，Q为0，U4输出变为0，锁住触发器的状态，这样来锁住信号的，当进行下一次工作时必须要清零。上面的电路只能仿真几个信号，下面给出仿真结果。开关A闭合（输出110，应该显示6）开关B闭合（输出101，应该显示5）开关C闭合时（输出011，应该显示3）从仿真出来的结果看，这部分的功能是正确的。 显示模块： 显示电路就是一个DCD4线的数码显示管，他的输入二进制正

9、好与十进制对应，在上面的仿真实验中都用到了数码显示管。5、 总体设计电路图 整体电路图如下： 图中的U2A,U2B和U4A共同组成一个8输入的与非门（实验室没有8输入的与非门，故改成此电路来实现功能），当有选手按按钮时，通过它产生一个高电平信号，此高电平信号与由第四个触发器的Q端初始的高电平信号通过与门U10来触发触发器，又通过Q端的低电平信号来锁住信号。优先编码器用来对输入的信号编码为三位的二进制数，因此输出信号最多显示到111代表十进制的7，而000是我们不需要的，所以我们通过一个3输入的或非门加到数码显示管的第四个管脚，当信号为000时第四个管脚为高电平，这样显示8这个数。后面在给发光二极管加个脉冲信号来使他闪动起来。仿真结果3号先抢答7号先抢答6号先抢答 为了更清除把按钮改为非弹起按钮，下面是仿真的结果：3号先抢答6号先抢答从上面的仿真结果看，电路满足要求。 在数字试验箱上对电路进行验证，一切都符合设计的要求。在实验中发现每次接通电源时，数码显示管开始会显示7和0，然后要清零，这是因为开始时触发器的初始值不能确定，因此每次进行实验时清零是必须要做的。实验过程中为了达到实验准快，在实验中最好（我认为是必需的）对每根导线、每个用到的器件进行检验是否正常，不然在出不来结果时不知道错误出现在哪，排错就比较困难了