八路抢答器实验报告

1、八路抢答器设计与制作一、电路功能1. 主持人控制抢答器工作。2 .抢答有效时间为主持人按下按键后5秒内，其他时间按动抢答键无效。3. 抢答选手编号为 0、1、2、3、4、5、6、7。抢答开始后，若五秒内有人抢答，则由 LED数码管显示最先抢答选手编号，否则无显示。4. 抢答开始后由蜂鸣器发出 5声1秒的提示音，若在 5秒内有人抢答，蜂鸣器立刻停 止提示音。并显示抢答选手编号。二、电路基本参数输入电压Vcc=5v三、电路原理框图图3-1八路抢答器组成电路四、设计要求5. 有八个抢答按键，一个主持人控制按键。6. 抢答有效时间为主持人按下按键后5秒内，其他时间按动抢答键无效。7. 抢答选手编号为

2、0、1、2、3、4、5、6、7。抢答开始后，若五秒内有人抢答，则由 LED数码管显示最先抢答选手编号，否则无显示。8. 抢答开始后由蜂鸣器发出 5声1秒的提示音，若在 5秒内有人抢答，蜂鸣器立刻停 止提示音。五、电路原理图及工作原理介绍电路原理图如图2-1所示。图2-1八路抢答器原理图图中Ko - K?为8个抢答按键。74LS148为8线/3线优先编码器，其逻辑功能如表2-1所示。8路输入信号Do - D7以及编码输出信号 氏_ A均为负逻辑。EI为使能 控制端，低电平有效，当 EI=0时，正常编码，否则所有输出端均为高电平。当EI=0时，且Do -D7有输出时，Gs = 0,否则Gs =1，

3、可见GS为低电平时74LS148正常 编码且有输入。当EI=0时，且Do - D7无输入时，EO=0,可见EO为低电平时表示 74LS148 正常编码且无输入。74LS279为4RS触发器，输入信号低电平有效。其中，第一和第三RS触发器有两个置1端。看K8为主持人控制键，按下 K8将第一至第三 RS触发器复位，将第四 RS 触发器置1。在正常抢答期间，74LS279作为锁存器，将编码输出人- A7和GS锁存，其中A2 - Ao反相输出，从而将负逻辑编码变为正逻辑，GS同相输出。最后，编码信号经7段显示译码器 74LS48译码由LED显示抢答选手编号。74LS48内部有2K上拉电阻，可直接驱动共

4、阴 LED,不需要串联限流电阻。由555定时器构成多谐振荡电路，震荡周期T = 0.7（尺0 - R11）C1 ： 1S,占空比R - RD 10 亠:66.7%。该信号既是倒计数电路的时钟脉冲，又是蜂鸣器的发声的R10 + 2Rn定时脉冲。由74LS192构成5秒倒计时电路。主持人按下K8时，计数器置为 6,然后开始倒计数，经6个脉冲后，计数值为0,以后保持0不变，除非主持人再次按下 K8置 数，因为计数器最高输出 Qd端与异步清零端 CLR相连，当计数器为0时若继续倒计数， 则Qd=1,使计数器清零。主持人按下按键 K8复位后，计数器输出为6,前5个计数脉冲到来后，计数器输出分别为5、4、

5、3、2、1，或门G输出高电平，若无人抢答，则与非门G2打开，时钟脉冲经G2 , G3到三极管T,蜂鸣器发出5声蜂鸣音。计数器输出为0或有人抢答时，与非门G2关闭蜂鸣器不再发声。主持人按下按键 K8复位后，锁存器 74LS279第四个RS触发器置1输出端4Q为 高电平；计数器 74LS192置6,门Gi输出高电平，从而使门G4输出低电平，编码器74LS148被选通，处于正常编码状态。若有人抢答，则G = 0，使锁存器4Q=Q从而使门G4输出高电平，编码器 74LS148被关闭，不再编码，输出全为高电平，锁存器输 出保持不变。若计数器计数到0，则门G1输出为0，编码器74LS148同样被关闭，不再

6、编码，输出全为高电平，锁存器输出保持不变。编码器74LS148输出端EO与七段显示译码器 74LS48的 BI/RBO相连，这是因 为，无人抢答时和0号选手按下K1抢答时，编码器具有相同的输出，而前者 EO=0使 LED无显示，后者EO=0,显示0。六、芯片简介1. 74LS19274LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：图6-174LS192的引脚排列及逻辑符号(a)引脚排列(b)逻辑符号图中：丄为置数端，-为加计数端,I为减计数端，为非同步进位输出端,为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端， 二二为清除端

7、，Q0 Q1、Q2、Q3为数据输出端。其功能表如下:表6-274LS192的功能表输入输出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01XXXXXXX000000XXdcbadcba011XXXX加计数011XXXX减计数2. 74LS1484LS148为8线3线优先编码器，共有54/74148和54/74LS148两种线路结构型式，将8条数据线（0 7）进行3线（4-2-1）二进制（八进制）优先编码，即对最高位数据线进行 译码。 利用选通端（EI）和输出选通端（EO可进行八进制扩展。芯片管脚如下图所示图6-2 74LS148 管脚图07编码输入端（低电平有效）EI选通输入端（低电平有效）A0、A1、

8、A2三位二进制编码输出信号即编码输出端（低电平有效）GS片优先编码输出端即宽展端（低电平有效）EO选通输出端，即使能输出端图6-3 74LS148内部逻辑图在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。 不过在设计优先编码器时，已 经将所有的输入信号按优先顺序排了队。在同时存在两个或两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不起作用。74148是一个八线-三线优先级编码器。74148优先编码器为16脚的集成芯片，除电源脚 VCC（16）和GND（8）外，其余输入、输 出脚的作用和脚号如图中所标。其中I 0 I 7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输

9、出信号，EI是使能输入端，EO使能输出端，G S为片优先编码输出端。表6-1 74LS148真值表由74LS148真值表可列输出逻辑方程为：A2 =（I4+I5+I6+I7）EIEIA1 = (I2I4I5+I3I4I5+I6+7)EIA0 = (I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7)当使能输入 IE=0 时，所有输出端群被封锁在高电平。当使能输入IE=1时，允许编码，在1017输入中，输入17优先级最高，其余依次为：I6,I5,I4,I3,I2,I0， I0 等级排列。使能输出端 O E 的逻辑方程为：EO =10 I1 I2 I3 I4 I5 67 EI ,此逻辑表达式表明当所有

10、的编码输入端都是高电平 （即没有编码输入） ，且 EI=0 时， EO 才为零；表明EO的低电平输出信号表示“电路工作，但无编码输入。扩展片优先编码输出端 G S 的逻辑方程为：GS = （I0+I1 + I2+I3+I4+I5+I6+I7） EI此时表明只要任何一个编码输入段有低电平信号输入，且EI=0,GS 即为低电平。GS的低电平输出信号表示“电路工作，而且有编码输入。”（GS=0 1在数字电子技术基础中， EI表示S,EO表示Ys,GS表示YEX（EX为下标）3. 74LS4874LS48 芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系 统的显示系统中74LS48

11、/SN74LS48 引脚功能图74LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA和输出（YaYg）端外，7448还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）,以及既有输入功能又有输出 功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。表 6-3 74LS48 真值表由 74LS48 真值表可获知 74LS48 所具有的逻辑功能：（ 1）7 段译码功能（ LT=1， RBI=1）在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入 DCBA经7448 译码，输出高电平有效的 7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。除 DCBA = 0000外， RBI也可以接低

12、电平，见表 1中116行。（2）消隐功能（ BI=0）此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，表1倒数第3行，无论LT和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么状态，输出全为“ 0”，7段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。（3）灯测试功能（ LT = 0 ）此时BI/RBO端作为输出端， 端输入低电平信号时， 表1最后一行，与 及DCBA俞入无关，输出全为“ 1”，显示器 7个字段都点亮。该功能用于 7段显示器测试，判别是否有损坏 的字段。（4）动态灭零功能（ LT=1， RBI=1）此时 BI/RBO 端也作为输出端， LT 端输入高电平信号， RBI 端输入低

13、电平信号， 若此时DCBA= 0000，表1倒数第2行，输出全为“ 0”，显示器熄灭，不显示这个零。DCB加0,则对显示无影响。该功能主要用于多个 7 段显示器同时显示时熄灭高位的零。图2 7段显示译码器74LS48 （a）逻辑图（b）方框图（c）符号图图 2 给出了 74LS48 的逻辑图,方框图和符号图。由符号图可以知道,4 号管脚端具有输入和输出双重功能。作为输入（ BI）低电平时，G21为0，所有字段输出置 0,即实现消隐功能。作为输出（RBO,相当于LT,及CT0的与坟系，即LT=1, RBI=0, DCBA=0000寸输 出低电平，可实现动态灭零功能。 3号（LT）端有效低电平时，

14、V20=1，所有字段置1,实现 灯测试功能。七、电路调试1 在焊接好的电路板上各引出一条 +5V的红色电源线和一条黑色地线；2 在实验箱上练好电路，调出 +5V后，分别将两条电源线和地线接上；3. 打开电源开关,按下复位轻触开关,蜂鸣器开始发出清晰的鸣响；4. 无人抢答时, 蜂鸣器连续发出 5声1 秒的提示音, 后蜂鸣器立刻停止提示音, 数码管 显示数字零5. 在5秒内有人抢答,蜂鸣器立刻停止提示音,数码管显示抢答人的编号-1。八、测试结果1 、无人抢答时蜂鸣器鸣响五次,偶尔鸣响六次；2、抢答选手编号 18 与显示编号 07 一一对应；3、经过多次测试,无发生二次抢答的情况；4、时钟电路产生的

15、周期为一秒；5、占空比为 1/3 。九、存在问题及分析1、无人抢答时显示与一号选手抢答显示编号相同，难以判断是否为一号选手于第五秒 时按下抢答键。2、考虑时钟周期误差的情况下，会引入一秒的误差，蜂鸣器提示音有几率鸣响4 次或6 次。3、电阻标称值与电路计算值的差距会导致一定的误差。十、 总结本次电子课程设计实习将理论与实践有机地结合，既考查了我们对理论知识的掌 握程度，由反映了实际动手能力，更主要的是考查了我们对知识的综合运用以及创新 设计思维能力， 为今后的发展提供了一次良好的学习环境。 八路抢答器是以 74LS48 译 码器和74LS148编码器为主体，其中另加了基本RS触发器为锁存电路、

16、555构成倒计时与报警电路。一学期的数电学习让我们对74LS系列和555有了一些了解，但是并不深入。经过此次的课程设计我们对这些器件的功能、引脚功能、组合功能等等都有了 深入的了解，对我们此后在专业课上的学习都有很大的帮助。由于已有绘制原理图经验，在初期绘制电路原理图阶段还是比较顺利的。可是进 入排版过程了就开始遇到困难了。刚开始用自动布线跳线始终无法完成布线，一连几 天都没有进展。无奈决定摈弃自动布线，开始手动布线。手动布线虽然耗时很久，但 是跳线却少了很多。经过一天的奋战，我总算把PCB连线布好。手动布线我清晰了解到每条线的连接，在之后的焊接工作的时候简单了很多。焊接必须精益求精，一丝不苟

17、，一点的差错都可能导致实验结果错误，因此必须 准确无误还要工整，这样才能在调试中能比较轻松进行，也是整个电路可看性更好。调试工作是个精细工作。在调试过程中，有些问题是芯片本身损坏引起的，也有 些是因为焊接问题引起的等因此排查过程需要特别有耐心，通过对芯片功能的检验， 对焊点的检查最后检查出问题所在。当最后解决问题时，电路的正确是非常振奋，也 很有成就感和满足感。调试过程中还发现了少了一条连线，即74LS10芯片的1脚与4脚，但系统并未提示，因此，调试不能仅仅根据PCB版图来查看线路，而应该回归原理图来调试。由于稳压电源不是很稳定，多少有些干扰，我们在电源接入处加了电容来滤波，保证电源 输入的稳定。12实物图正面实物图反面附录一 实物图附录二PCB图PCD附录三元器件清单八路抢答器元器件清单名称型号数量备注一、电阻碳膜电阻RT-0.25-2K1R12碳膜电阻RT-0.25-10K9R1R9碳膜电阻RT-0.25-47K2R10 R11二、电容瓷片电容104-0.01uf2C2附加电容电解电容CD11-