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1、1 八路数字抢答器学生姓名： 专业班级： _指导老师： 工作单位: 初始条件：要求对数字电路里 555 电路的运用有所了解，同事熟 悉计数电路和译码电路的运用，还要能够运用 Multisim 软件进行电 路的仿真。 要求完成的主要任务： 1 运用数字电路设计一个能够满足特定要求的八路抢答器。 2 绘制电路原理图并节能型仿真，要求在报告中划出正确的波形。 3 按照所画的原理图，在仿真的基础上焊接实物并进行调试。 时间安排： 编号 任务 时间 1 查资料、原理图设计 3 天 2 仿真电路并修改 3 天 3 实物焊接与调试 5 天 4 报告撰写 2 天 5 答辩 1 天 指导老师签名：_ 年 月 日
2、 系主任（或责任教师）签名：_ 年 月 日2 摘要 抢答器作为一种工具，已经广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。 本设计以八路智力竞赛抢答器为基本概念，从实际应用出发，利用 电子设计自动化（EDA）技术，用数字、模拟电子器件设计具有扩 充功能的抢答器。该抢答器的设计利用Multisimll 完成了原理图设计 和电路仿真，具有数字显示、倒计时显示、编码译码功能，应用效 果良好。 关键词：电子设计自动化；数字电子技术；抢答器；仿真3 Abstract Responder is a tool that has been widely used in various intelligence and k
3、nowledge competitions occasions. The design to eight-way quiz Responder basic concepts, from the practical application, the use of electronic design automation (EDA) technology,with digital, analog electronics design extension of the answering device. The design of the Responder use Multisimll compl
4、eted the schematic design and circuit simulation, with digital display, countdown shows, coding and decoding functions, with good results. Key words:EDA; digital electronic technology; Responder;Simulation 4 一、 实验目的 通过八路数字抢答器的设计实验，要求学生回顾所学的数字 电子技术的基础理论和基础实验，掌握组合电路、时序电路、变 成器件和任意集成电路的综合使用及设计方法，熟悉掌握优先编
5、 码器、触发器、计数器、单脉冲触发器、555 电路、译码/驱动电 路的应用方法，熟悉掌握时序电路的设计方法。达到数字实验课 程大纲所要求掌握的基本内容。 二、 设计要求与内容 在许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢 答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光或音响等多种手段 指示出第一抢答者。 （1）设计制作一个可容纳 8 组参赛的数字式抢答器，每组 设置一个抢答按钮供抢答者使用。 （2）电路具备第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人 系统发出抢答指令后，若参赛者按抢答开关，则该组指示灯亮并 用组别显示电路显示抢答者的的组别，同时指示灯（发光二极管） 亮。此时，电路应具备自锁存功能
6、，使别组的抢答开关不起作用。 （3）若超时仍无人抢答，则报警指示灯熄灭。5 三、设计及原理 3.1 总体方案设计 3.1.1 设计思路 本题的根本任务是准确判断出第一抢答者的信号并将其 1 锁存。实现这一功能可选择使用触发器或锁存器等。在得到第 一信号之后应立即将电路的输入封锁，即使其他的抢答信号无 效。同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命 令之后才有效。 当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显 2 示电路显示出抢答者的组别，也可以用发光二极管直接指示出 组别。 在主持人没有按下开始抢答按钮前，参赛者的抢答开关 3 无效：当主持人按下开始抢答按钮后，开始进行 30 秒倒
7、计时， 此时，若有组别抢答，显示该组别并使抢答指示灯亮表示“已 有人抢答”：当计时时间到，仍无组别抢答，则计时指示灯灭 表示“时间已到” ，主持人清零后开始新一轮的抢答。 3.1.2 总电路框图6 3.2 各模块设计方案及原理说明 3.2.1 抢答电路 此部分电路主要完成的功能是实现 8 路选手抢答并进行锁存， 同时有相应发光二极管点亮和数码显示。 使用优先编码 74LS148 和锁存 74LS297 来完成。该电路主 要完成两个功能：一是分辨出选手案件的先后，并锁存应优先抢 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。工
8、作过程：开关S 置于“ 清除”端时，RS 触发器的R 、S端均为 0，4 个触发器输出置 0，使 74LS148 的优先编码工作标志端 =0，使之处于工作状态。当开关S 置于“开始”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S5） ， 74LS148 的输出RS经锁存后，CTR=1，RBO=1，七段显示电路 74LS148 处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经译码显示为“5” 。此 外，CTR=1，使 74LS148 优先编码工作标志端=1。处于禁止状 态，封锁其他按键的输入。当案件松开即按下时，74LS148 的， 此时由于仍为CTR=1，使优先编码工作标志端=1, 5
9、 所以7 74LS148 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。只要有一组选手按下抢答器，就会将编码 器锁死，不再对其他组进行编码。通过 74LS48 译码器使抢答组 别数字显示 0-7。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除” 然后再进行下一轮抢答。 原理如图 1 所示 图1 抢答电路 RS触发器： 1.保持状态。当输入端接入 = =1 的电平时，如果基本SR S R 触发器现态Q=1 、 =0，则触发器次态Q=1、 =0；若基本SR 触 Q Q 发器的现态Q=0 、 =1，则触发器次态Q=0、 =1。即 = =1 时， Q Q S R8 触发器保持原状态
10、不变。 2. 置 0 状态。当 =1， =0 时，如果基本SR触发器现态为 S R Q=1、 =0，因 =0 ， Q R 会使 =1，而 =1 与 =1 共同作用使Q 端翻转为 0；如果基本SR触 Q Q S 发器现态为Q=0 、 =1，同理会使Q=0 、 =1。只要输入信号 Q Q =1， =0，无论基本SR 触发器的输出现态如何，均会使输出次态 S R 置为 0 态。 3. 置 1 状态。当 =0 ， =1 时，如果触发器现态为 S R Q=0、 =1，因 =0 ，会使 的输出端次态翻转为 1，而Q=1 和 Q S 1 G =1 共同使 的输出端 =0 ；同理Q=1 、 =0，也会使触发器
11、的次 R 2 G Q Q 态输出为Q=1 、 =0 ；只要 =0 ， =1，无论触发器现态如何，均 Q S R 会将触发器置 1. 4.不定状态。当 0 R S 时，无论触发器的原状态如何，均会 使 Q=1， 1 Q 。当脉冲去掉后， S 和 R 同时恢复高电平后，触发器的 新状态要看 1 G 和 2 G 两个门翻转速度快慢，所以称 0 R S 是不定状态， 在实际电路中要避免此状态出现。基本 RS 触发器的逻辑图、逻辑 符号和波形如图 1-4 示。9 图 1-474LS148 的输入端和输出端低电平有效。 7 0 I I 是输入信号， 0 2 Y Y 为三位二进制编码输出信号， 1 S I
12、时，编码器进制编码，当 0 S I 时，允许编码。 S Y 是技能输出端，只有在 0 S I ，而 7 0 I I 均无 编码输入信号时为 0。 EX Y 为优先编码输出端，在 0 S I 而 7 0 I I 的其 中之一有信号时， 0 EX Y 。 7 0 I I 各输入端的优先顺序为： 7 I 级别最 高， 0 I 级别最低。如果 0 7 I （有信号） ，则其他输入端即使有输入 信号，均不起作用，此时输出只按 7 I 编码， 000 0 1 2 Y Y Y 。优先编码被 广泛用于计算及控制系统中，当有多个外设申请中断时，优先编码 器总是给优先级别高的设备先编码。10 二进制译码器是将输入
13、的二进制代码的各种状态按特定含义翻 译成对应输出信号的电路。也成为变量译码器。若输入端有 n 位， 代码组合就有 n 2 个，当然可以译出 n 2 个输出信号。 显示译码器有译码器输出和显示器配合使用，最常用的是 BCD 七段编码器。其输出是驱动七段字形的七个信号，常见产品信号有 74LS48、74LS47 等。 字符显示器：分段式显示是将字符有分布在同一平面上的若干 段发光笔划组成。电子计算器，数字万用表等显示器都是显示分段 式数字。而 LED 数码显示器是最常见的。通常有红、绿、黄等颜色。 LED 的死区电压较高，工作电压大约 1.53V ，驱动电流为几十毫安。 图 1-3 是七段 LED
14、 数码管的引线图和显示数字情况。74LS47 译码 驱动器输出是低电平有效，所以配接的数码管须采用共阳极接法； 而 74LS48 译码驱动器输出的是高电平有效，所以，配接的数码管 须采用共阴极数码管常用型号有 BS201、BS202 等。图 1-4 （a）是 共阴式 LED 数码管的原理图，使用时，共阴极接地，7 个阳极 ag 由相应的 BCD 七段编码器来驱动。 3.2.2 倒计时电路 原理如图 7.1.3 所示：11 该部分主要由 555 定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计 数器 74LS192 减法计数电路、74LS48 译码电路和 2 个 7 段数码管即 相关电路组成。完成的功能是
15、当主持人按下开始抢答按钮后，进行 30s 倒计时，到 0s 倒计时指示灯亮。当有人抢答时，计时停止。两 块 74LS192 实现减法计数，通过译码电路 74LS48 显示到数码管上， 其时钟信号由时钟产生电路提供。74LS192 的预置数控制端实现预 置数 30s ，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。按键弹起后，计数 器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管上， 当有人抢答时停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答， 且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报 警，同时以后选手抢答无效。12 由 555 定时器和三极管构成报警电路。其中 555 构成多谐振荡
16、 器，振荡频率 fo=1.43/(RI+2R2)C, 其输出信号经三极管推动扬声器。 PR 为控制信号，当 PR 为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路 停振。 控制输入信号为经过编码的抢答选手的信号，当有人在有效时 间抢答时，定时时间到时无人抢答时，输入信号为高电平，报警电 路发出报警信号；反之，输入信号为低电平时，报警器不工作。 将连接好的 555 定时器的输出端接在示波器上，呈现如下符合 要求的方波。 4、电路仿真 4.1 抢答电路 第 2 路抢答器抢答后的显示，同时发光二级管指示灯发光，如图 7.1.2 所示：13 五，实验结果及分析 接通电源，开关打到预置端，倒计时数码管显示 30。主持人拨 动开关后，倒计时电路开始从 30 秒倒数，8 路触电开关处于待命状 态. 若有选手
