数电课设四路抢答器的设计

1、数电课设四路抢答器的设计4 路抢答器的设计绪论 ：随着经济水平的不断提高，当今的社会竞争日益激烈，选拔人才，评选优 胜，知识竞赛之类的活动愈加频繁，智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，人 们在物质文明得到满足的同时更注重精神文明的追求，各种节目不断涌现，提 高节目的质量尤为重要。本次设计是针对活动中用到的抢答器而设计的。抢答 器是为竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，广泛应用于 各种知识竞赛、文娱活动等场合。通过抢答和必答两种答题方式能引起参赛者 和观众的极大兴趣，并且能在极短的时间内，使人们迅速增加一些科学知识和 生活常识。现在的抢答器有着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高

2、了抢答器的 成本。鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答 器必将大有市场本文设计的抢答器，电路简单，成本较低，操作方便，灵敏可 靠，具有较高的推广价值。抢答器在竞赛中有很大用处 , 它能准确、公正、直观地判断出第 1 抢答者 通过抢答器的指示灯显示手段指示出第 1 抢答者1 。本论文设计宗旨在培养学生 综合模拟、数字电路知识，解决电子信息方面常见实际问题的能力，掌握一般 电子电路设计方法与设计步骤。促使学生积累实际电子制作经验，准备走向更 复杂更实用的应用领域。目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、 走向实用。功能简介：参加竞赛者对主持人提出的问题要在短时间内

3、作出判断，并按 下抢答按键回答问题。 当第一个人按下按键后，同时电路将其他抢答按键封锁， 使其不起作用。主持人有开时间和复位键，按下开时间后才能开始抢答，否者 犯规。抢答前主持人操作开关使抢答有效，显示灯全熄灭。当四人中有人抢答 有效时，其对应的显示灯亮，此时其余的开关不起作用，即其对应的显示灯灭。数电课设四路抢答器的设计连接电路并进行操作，观测抢答器的工作情况。数字电路产品在生活中有着极其广泛的应用，包括计算机、数字通信、智 能仪器仪表、自动控制及航天等领域中。这些给人们带来了生活，工作等方面 带来了极大的方便。数字电路的发展，使得这门课程对于我们来说是很有必要 学好。数字电路设备实现简单，

4、速度和可靠性好。在这次的数字电路制作中，本 人制作四路竞赛抢答器。抢答器在比赛等场合中不可缺少的设备。一、 设计目的1.1 学习数字电路的优先编码器、锁存器、多谐振荡器、译码器、数据显示管的综合应用1.2 熟悉抢答器的工作原理1.3 了解数字系统设计，调试及故障排除方法。二、设计要求2.1 该抢答器同时供 4 名选手比赛；2.2 设置一个系统清零和抢答器控制开关，该开关由主持人控制；2.3 抢答器具有锁存和显示功能，即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在 LED 数码管上显示。三、电路的总体结构3.1 电路的总体原理框图数电课设四路抢答器的设计图1、设计原理框图抢答电路选用触发器74LS175来

5、完成。该电路主要完成两个功能：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（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作 无效。3.2 Multisim软件的简单介绍Multisim软件是一个专门用于电子线路仿真与设计的EDA工具软件。作为Win dows下运行的个人桌面电子设计工具，Multisim 是一个完整的集成化设 计环境。Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际 动手实验相脱节的这一问题。可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿 真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。它

6、具有直观的图形界面，丰富的元器件，强大的仿真能力，丰富的测试仪器，完 备的分析手段，独特的射频模块，强大的MCU莫块，完善的后处理，详细的报告，兼容性好的信息转换特点。所以NI Multisim 软件电子学教学的首选软件工具。四、电路的设计与元器件的原理4.1抢答电路的设计数电课设四路抢答器的设计设计电路如图所示。电路选用触发器74LS175成。该电路主要完成两个功 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（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其工作过程：开关S5打开时，74LS175输出置0,使7触发器工作标志端二0, 使之处于工作

7、状态。当开关S5置于key=A时，抢答器处于等待工作状态，当有 选手将抢答按键按下时（如按下J4开关时），74LS175的输出经74ALS133M锁 存后，CTR=1,RBO（图中4端）=1,七段显示电路 74LS175处于工作状态， 4Q3Q2Q=100经译码显示为4”。此外，CTR=1，使74LS175触发器工作标志 端（图中5号端）=1，处于禁止状态，圭寸锁其他按键的输入。当按键松开即 按下时，74LS175的此时由于仍为CTR =1,使优先编码工作标志端（图中 5 号端）=1，所以74LS175仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号， 保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人

8、将S6开关重新置地端然后再进行下一轮抢答。4.2 74LS175 芯片数电课设四路抢答器的设计74LS175是四D触发器，是上升沿触发的边沿触发器。D触发器的状态方程 为：Qni二D,引脚功能及逻辑符号如图3所示，上升沿触发D触发器的功能如 表1所示。D是数据输入端，是触发器状态更新的依据， QQ与为两个互补输出端。通 常把Q 0, Q 1的状态定为触发器“ 0”状态；而把Q 1，Q 0定为“1 ” 状态。Wx PINI 阳Vcc 5 阳 D?內花！ Qg CP 而両而而而而而IT订 I 2I丨？丨丨4丨5 6 7 |丨£ 廉 / 岛比 Di $GND图3 74LS175四D触发器引

9、脚排列及逻辑符号表1上升沿触发D触发器的功能输入输出DQQLLHHHL4.3 74LS175 工作原理图4 74LS175工作原理图表2 74LS175 的真值表输入输出Sd'Rd'CPDQn 1Qn 101XX1010XX0100XX岁岁111101100111JXQnQn'4.4与门“与”运算是逻辑运算中的一种基本逻辑关系，它的逻辑描述是：当完成某一个事件的所有的条件都满足时，结果才会发生。换句话说，只要所有的条件数电课设四路抢答器的设计中有一个不满足，结果就不会发生。下面通过逻辑函数的方法对“与”关系进行分析。当有两个条件时，设两个条件为变量 A、B,结果为变量丫

10、则“与”关系可 以表示为Y=AB用1来表示“满足”，用0来表示“不满足”、结果的“发生”用1来表示，结 果的“不发生”用0来表示：当A=1时，根据“与”关系的描述，若B=0则丫=0;若B=1，则丫=1，说明 当A=1时丫的逻辑值与B的逻辑值是相同的21。当A=0时，无论B=0或B=1，根据“与”关系的描述，丫的逻辑值都是0, 说明当A=0时丫的逻辑值与B的逻辑值无关，恒等于022。将两个条件的“与” 关系进行放大，当有多个条件变量时，只要其中有一个条件变量的值等于 0,无 论其它条件变量的逻辑取值是多少， 结果变量恒等于0【7】。在数字电路中，表示“与”关系的逻辑电路称为与门，其中条件变量对应

11、与门的输入端，结果变量 对应与门的输出端根据上面的函数分析可以看出，在与门中只要有一个输入端 的输入信号为0（低电压），该0信号就可以屏蔽掉其它输入端的输入信号，使得 输出恒等于0（低电压）【17】。利用与门的这种功能就可以实现智力竞赛抢答电路的 屏蔽要求。五、实验步骤5.1检测与查阅器件用数字集成电路测试仪检测所用的集成电路。通过查阅集成电路手册，标 出图中各集成电路输入、输出端的引脚编号。5.2连接电路运用Multisim 按图2连接电路。5.3实验过程 图5.1、运行电路图5.1图5.2、手持人打开开关S5，然后在打开S6，万用表显示2.5V，此时抢答图5.2图5.3、开关Si打开，LE

12、D显示为1,说明选手1首先抢答，电压变为5V;VEC-图5.3图5.4、开关S2随后打开，选手2在第二时间抢答，然后引文75ALS133锁存使其他开关无效；H：图5.4 6 a-riLllfMJ J-51-nitJ-174S.D4D图5.5、主持人控制的S6断开，LED自动清零，电压返回2.5V ；图5.6、主持人闭合开关S6，选手断开3、S2、S3、S4进行下一轮的抢答;图5.6图5.7、抢答完毕，主持人断开S5,实验结束图5.7六结论总结从该电路设计本身来说，由集成D触发器74LS175组成的抢答电路，电路设 计较简单，器件易采购。但需要外加 CP工作脉冲（由于本文的重点是抢答，电 路的设

13、计，因此没有给出脉冲发生电路）。相比而言，其他类型的触发器，比如 基本RS触发器和JK触发器，同样可以用于抢答器电路的设计并且不需要外加 CP工作脉冲，但电路中使用的门器件较多，结构复杂。其次，从触发器的应用 来说，只要电路设计中需要记忆单元，都可以用不同类型的触发器来实现，比 如寄存器的设计，计数器的设计等等都需要触发器的参与。触发器应用的资料 有很多，读者如有兴趣可自行设计以加深对触发器功能以及其应用的理解。七、收获心得本次数字电子线路课程设计过程，我学到了很多东西，通过四路抢答器 的设计，不仅掌握了 74LS175的工作原理，全面了解到抢答器的特点。更是对 一学期以来所学的电子方面的知识

14、也重新学习和复习了一遍，也对自己在模拟 电子方面的能力有了更客观的认识和评价。在这次设计过程中，从最基本的查原件，找资料做起，了解了完整的电子设计的一般步骤，也和同学们共同探讨, 学到了很多课堂上学不到的东西，也遇到了各种各样从没有想到的问题，通过 请教老师，和同学交流，搜索资料等各种方面解决它们，可以说是为我们以后 再电子领域的发展做了一些有意的尝试，同时也使我增加了对电子方面知识的 兴趣，也从中发现了自己的一些不足的地方，以后会多多改进。最后，在这里 也非常感谢指导老师，感谢你们的耐心指导，谢谢 !八、参考文献1 周良权，方小乔编数字电子技术北京：高等教育出版社，19942 康华光电子技术基础（数字部分）北京：高等教育出版社 20003 任为民数字电子电路学习和实验指导北京：广播电视大学出版社 19924 谢自美电子线路设计实验测试（第二版）华中科技大学出版社，2000 侯大年数字电子技术北京：电子工业出版社,1999 欧阳星明数字逻辑武汉:华中科技大学出版社，20007 杨晓辉，张彤，姜俊海智能抢答器的设计与制作长春大学学报，2000,06（24-25）8 周南良数字逻辑长沙：国防科技大学出版社，19929 阎 石数字电子电路北京：