数字电路逻辑设计报告

1、数字电路课程设计报告书数字抢答器实验题目：四路数字抢答器一、引言数字抢答器完全由数字电路实现，可以同时满足四名选手参加比赛。设有主持人开关、抢答按键、信号灯和显示器。比赛开始后，主持人发出抢答命令前，选手抢答按犯规处理，显示犯规选手序号，同时红色警告灯亮；当主持人发出抢答命令后，在10秒内如有人抢答则时间立即锁住，同时显示第一个抢答人序号，其他人抢答信号无效；而当10秒结束后仍无人抢答，则显示抢答结束标志（计时器显示标志，显示抢答序号数码管的标志）。二、系统设计1）设计要求1、至少4人抢答。2、设定一个由主持人控制的总控制开关，对抢答和清零进行控制。3、允许抢答时间为10秒，在规定时间内抢答者

2、，抢答有效，绿灯亮、数码管显示相应序号，计数器停止计时。4、超过规定时间没人抢答，数码管卡显示无效字符。5、在“抢答开始”命令下达前抢答者为违规，违规者红灯亮，数码管显示违规者的序号。6、锁存器对抢先者进行锁存，数码管显示抢先者的序号并锁存，后继抢答无效。数码管显示的序号一直保持到主持人清零为止，即每次只能有一人抢答有效。7、新一轮抢答之前主持人要对系统进行清零。2）数学建模模型建立设计要求和应用电路之间的一个桥梁。根据功能要求，该抢答器主要设计模块有：秒脉冲产生模块，由555定时器及相关电阻电容组成；计数译码显示模块，由计数器、译码器、数码管三部分组成，计数器由74LS161实现，译码器由7

3、4LS48实现；锁存模块，当抢答开始时，锁存器工作，一旦检测到有抢答信号，立即锁存，由74LS75实现；选手选择模块，即编码器模块，由74LS148实现；控制模块，通过门电路实现，是抢答器电路设计的关键，主要控制抢答器的工作状态，主持人按下开关时，进入正常抢答状态，当选手按下按钮时，抢答器进入锁存状态，计时电路停止，抢答无效时，计时电路、抢答电路不工作。3）电路系统框图如下：锁存 脉 冲 模 块计 时 模 块时间显示选 手 抢 答按 钮编码单元违规抢答正确抢答报警抢答灯正常抢答灯主 持 人 控制 开 关选手号显示模块 总开关处于置数端即主持人发布“开始抢答”命令之前，若有信号输入，此信号为违规

4、信号，报警灯红灯亮，数码管显示违规者。在总开关处于开始端即“开始抢答”命令发布之后抢答者抢答输入的信号为有效信号，绿灯亮，数码管显示抢答者序号，锁定当前数码管时间。在“开始抢答”倒计时从9到0后若无抢答者信号输入则为超时，数码管时间停在“0”，显示抢答者的数码管显示1个无效字符。4）试验要用到器材设备名称数量(个)设备名称数量(个)74LS75174LS161174LS48274LS04174LS1481555174LS08174LS00174LS201电阻7数码管3发光二极管红色1个，绿色2个电容4.7uf /0.01uf各1个导线若干钳子1面包板1万用表1三、单元电路设计1、脉冲产生电路：

5、利用555可以产生频率为1HZ的脉冲。 产生脉冲的波型为：Clk ： 脉冲产生电路产生脉冲有2号CLK管脚输出供给倒计时模块。2、输入控制电路： 主要应用在总开关处于置数端即主持人发布“开始抢答”命令之前，若有信号输入，此信号为违规信号，报警灯红灯亮，数码管显示违规者。在总开关处于开始端即“开始抢答”命令发布之后抢答者抢答输入的信号为有效信号，绿灯亮，数码管显示抢答者序号，锁定当前数码管时间。在“开始抢答”倒计时从9到0后若无抢答者信号输入则为超时，数码管时间停在“0”，显示抢答者的数码管显示1个无效字符。3、倒计时电路 采用一片74LS161和一片74LS48实现10秒倒计数。两个器材状态转

6、移图如下。74LS161：置数ABCD=“0110”10101001100001111011ABCD 0110111111101101110074LS48：10011000011101100101ABCD01000011000100000010接入时钟脉冲，主持人先接地起置数作用，74LS161芯片置数0110；主持人接电源电压，进入倒计时模块，没有选手回答问题时，ENP是高电平，74LS161芯片从0110循环到1111，同时74LS161的输出经74LS04非门接入74LS48芯片，使74LS48的输出相应从1001循环到0000，完成10秒计时。如果在倒计时有效时间内没有选手回答问题，那

7、么一次循环完后倒计时数码管保持在“0”，直到主持持人重新置数，即进入下一答题环节。如果在倒计时有效时间内有选手回答问题，则74LS161芯片ENP是低电平，芯片停止工作，计时数码管保持在当前时间状态。电路如下： 控制报警灯 四位选手经过与非 下支路 4、抢答、锁存电路： 该部分主要用到74LS75，74LS148，74LS48。74LS148芯片功能表如下： 当第一个抢答信号出现时，正确抢答显示灯绿灯亮，数码管显示显示第一个抢答者序号，并锁存器将该信号进行保存，使后继输入信号无效，直至主持人将系统清零为止。另外，当有效抢答信号输入后计数器停止工作，保持在抢答时刻。若该信号为违规抢答信号时，报警

8、红灯亮，数码管显示相应抢答者序号。选手开关经过非门后连接计时模块的ENP74LS161进位输出RCO的非序号显示5、显示灯电路：该系统有3个显示灯。第一个是红灯违规报警，当主持人未按下开关，但有人抢答，则报警红灯亮；第二个是绿灯显示正常抢答情况，当主持人按下开关，有人抢答，则正常抢答，绿灯亮；第二个是绿灯显示正常抢脉冲工作情况，当脉冲正常工作时，该绿灯按工作脉冲闪亮。系统主要的2个灯：违规抢答报警红灯正确抢答显示绿灯 红灯违规报警，当主持人未按下开关，但有人抢答，则报警红灯亮；绿灯显示正常抢答情况，当主持人按下开关，有人抢答，则正常抢答，绿灯亮；6、显示译码电路该部分主要是应用七段显示译码器将

9、输入的4位输转化成译码管的输出。 将以上各部分通过基本逻辑门连接起来，组成抢答器电路如下：用maxplus仿真以后波形：输入控制端选手数码管显示4号选手抢答，3号抢答无效计时正常抢答绿灯 显示4号选手违规抢答，3号抢答无效实现内容：主要应用在总开关处于置数端即主持人发布“开始抢答”命令之前，若有信号输入，此信号为违规信号，报警灯红灯亮，数码管显示违规者。在总开关处于开始端即“开始抢答”命令发布之后抢答者抢答输入的信号为有效信号，绿灯亮，数码管显示抢答者序号，锁定当前数码管时间。在“开始抢答”倒计时从9到0后若无抢答者信号输入则为超时，数码管时间停在“0”，显示抢答者的数码管显示1个无效字符。四

10、、系统联调本次课程设计，我先进行原理图设计，然后搭建每个模块，并确保其功能实现，最后将所有模块串起进行调节。联调时遇到以下问题：1：主持人按下开关后，无人抢答，计时系统倒计时到0后，又开始下一轮倒计时，而不能保持在“0”。出错原因分析：由于系统联调时只考虑到进程中倒计时应可循环用，而未考虑每一次只倒计时一圈，因此电路错连成：解决方法：由于倒计时与在有选手回答问题及计时一圈后有关，根据他们间的关系，我进行了以下改进：四位选手主持人信号主持人只控制置位信号，四位选手经过与门（实际操作时先经过与非门再经过非门）和经过非门后的一起控制，这样当主持人按下开关，正常工作时，若无选手抢答，到计时一圈后有：

11、则74LS161芯片停止工作，计时数码管保持在“0”。2：抢答选手序号不能被锁住，即当有多个选手抢答时，不能实现只锁住第一个选手的序号。出错原因分析：考虑到74LS75芯片功能： H H H L L H L L H 保持若要锁定序号需是使能端E保持低电平，我采用：四位选手问题出在，无论什么时候只要有人抢答，使能端E即成低电平，保持最新信号，因此不能锁住。解决方法：采用以下改进：Huo四位选手采用四位选手输出的与门控制使能端”E”。用maxplus理论设计时由于是输入信号因此加入一信号”huo”，仿真时在无选手回答时，使其保持高电平，有选手回答时是低电平，如此保证正常工作；实际操作时，不需要加此

12、信号和或门，因为实际芯片输入端在未接信号时相当于接了高电平，此处同理可看作起始时使能端”E”接高电平。五、设计总结通过两周的实习，我感觉到了理论与实际的差别。理论是实践的基础，实践却是检验理论的最好尺度！如果没有本次实习话，我所做的抢答器理论就永远看上去那么完美。在这次实习中，我那完美的理论一开始就严重打击了我！后来经过反复查错才解决了问题。在以后的学习中，千万不能脱离实践，这样才能更深刻，更长久的理解所学的，检验所学的并记住学到的知识。另外本次也锻炼了我们的自学能力，通过到因为一开始做事有点头绪，急于求成，没仔细理清思路就开始做，但结果很不理想，是自己深受打击。后来针对问题，仔细思考，通过与同学讨论及查找资料，顺利设计出完美电路。但实际在电路板上做时，又遇到了很多问题，通过排查电路，分析原因，请教老师，终于使电路工作，完成了设计内容！总的来说，通过这次实习，我受益匪浅。看着自己亲手搭好的最终电路，内心深处挺有成就感！另外在不断摸索该电路设计，使之实现所需功能的过程中