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1、1数字式抢答器的设计一、设计任务与要求一、设计任务与要求1设计一个智力竞赛抢答器，可同时供 8 名选手或 8 个代表队参加比赛，他们的编号分别是 1、2、3、4、5、6、7、8，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8。2给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零(编号显示数码管灭灯)和抢答的开始。3抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在 LED 数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其它选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止
2、。 4抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定(30 秒)。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即进行倒计时，并用显示器进行显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间 0.5 秒左右。5参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。6如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统进行短暂的报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，定时显示器上显示 00。 二、设计参考二、设计参考 数字抢答器的总体框图如图 8.34.1 所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基
3、本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其它选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能。 三、设计报告要求三、设计报告要求 1.画出数字抢答器的总体框图及完整的逻辑电路图，并说明其设计原理及工作过程。2.说明实验中产生的故障现象及解决方法。3.心得、体会和建议。2四、总体框图四、总体框图抢答抢答按钮按钮优先优先编码编码电路电路锁存锁存电路电路译码译码电路电路主持主持人开人开关关控制控制电路电路报警报警电路电路秒脉秒脉冲电冲电路路定时定时电路电路译码译码电路电路显示显示电路电路显示显示电路电路3五五、实验内容实验内容、各芯片的工作原理及电路图各芯片的工
4、作原理及电路图。(1) 74LS373 锁存器锁存器74LS373 与单刀双掷开关相连作为 8 位选手的抢答锁存开关，它的4 脚、7 脚、8 脚、13 脚、14 脚、17 脚、18 脚、3 脚分别连接单刀双掷开关 J1-J8。单刀双掷开关的双掷的两个端脚分别接 5V 和 0V 高低电平。1 脚 OE 为 三态允许控制端（低电平有效） 。当三态允许控制端OE 为低电平时，1Q8Q 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE 为高电平时，1Q8Q 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。本实验中 1 脚接地为低电平。11 脚作为锁存允许端与 74LS76 的 1
5、5 脚相连，74LS76 的 15 脚输出电平的高低变化控制 74LS373 的导通与锁存。具体控制过程为 11 脚为高电平时，整个芯片呈“透明”状态，即输出端的电位随输入端的变化而变化；当 11 脚为低电平时，输出的信号被锁存， 不再受输入端的影响。20 脚接高电平 5V，1 脚和 10 脚接地。2 脚、5 脚、6 脚、9 脚、12脚、15 脚、16 脚、19 脚分别与 74LS148 的 4 脚、3 脚、2 脚、1 脚、13 脚、12 脚、11 脚、10 脚相连。其芯片的连接图如下：4图 1 74LS373 电路连接图(2) 74LS148 优先译码器优先译码器74LS148 优先编码器，
6、作用是将 74LS373 输出的电信号编码。其 4 脚、3 脚、2 脚、1 脚、13 脚、12 脚、11 脚、10 脚与 74LS 373的输出端 2 脚、5 脚、6 脚、9 脚、12 脚、15 脚、16 脚、19 脚分别相连。6 脚、7 脚、9 脚分别与 CD4511 的 2 脚、1 脚、7 脚相连。14 脚连接 74LS76 的 1 脚和 6 脚，15 脚接 CD4511 的 4 脚。作用为 74LS148 不译码时，14 脚为高电平；译码时，14 脚为低电平。通过两种状态电平变化产生的高低脉冲来控制 74LS76。当 74LS148 输入端全为高电平，15 脚为低电平，译码时为高电平，从
7、而控制CD4511。5 脚、8 脚接地，16 脚接高电平。74LS148 的真值表和连接电路图如下：输输 入入 输输 出出接 74 L S 14 8接 74LS76 的 15 脚抢答开关574LS148 真值表图 2 74LS148 电路连接图(3) CD4511 数码显示器驱动器数码显示器驱动器CD4511 是 BCD 码锁存/7 段译码/驱动器，利用该器件的 7 段码IsI0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7A2 A1 A0E S1000000000 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1
8、1 1 10 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 11 11 00 10 10 10 10 10 10 10 1接 74LS373接 74LS76接 CD45116a、b、c、d、e、f、g 可直接驱动数码管 LED（共阴极） 。电路的A、B、C、D 为二十进制 BCD 码（4 位）输入端，a、b、c、d、e、f、g 为 7 段译码输出端。余下的引脚 LT、BI，和LE 为控制端，其中 3 脚为灯测试端 LT，功能是 LT=1 时，不影响数码管 LED 显示；LT=0 时，笔段 ag 全发
9、光，显示 8，以检测数码管的好坏，同时 A、B、C 和 D 输入无效。4 脚为消隐控制端 BI，功能是 BI=1 时，不影响数码管 LED 工作，BI=0 时，其笔段码全关断（呈高阻态） ，数码管不显示。5 脚 LE 为启动控制端，功能是 LE=0时，允许向 A、B、C、D 端送数，LE=1 时，笔段码锁存。根据其功能，3 脚接 5V 高电平。因为其输入端为二-十进制 BCD码 4 位输入，而 74LS148 为 8 线 3 线编码器，即输出端为 3 位，因此7 脚、1 脚、2 脚分别接 74LS148 的 9 脚、7 脚和 6 脚。CD4511 的 6脚与 74LS373 的 2 脚经过与非
10、门后的输出端相连，这样才能输出 7 以上的数字。13 脚、12 脚、11 脚、10 脚、9 脚、15 脚、14 脚分别与 7 脚的共阴极数码管的 a、b、c、d、e、f、g 相连。其连接电路图如下：图 3 CD4511 电路连接图(4) 74LS76 即单刀双掷开关组成复位开关即单刀双掷开关组成复位开关74LS1487本实验中用到了两个 74LS76 触发器，它在电路中与一单刀双掷开关 J9 相连构成复位开关。74LS76 为可复位性 JK 触发器， 2 脚（A）或 7 脚（B）为置位端，当为低电平时，输出端 15 脚（A）或 11 脚（B）输出高电平；3脚（A）或 8 脚（B）为清零端，低电
11、平有效。1 脚（A）或 6 脚（B）为 CK,下将沿有效。74LS76 的 2 脚（A）和 8 脚（B）连接一单刀双掷开关，开关的两个掷端分别接高低电平。开始前，开关打到高电平。1 脚和 6 脚与74LS148 的 14 脚相连。15 脚连接 74LS373 的 11 脚锁存允许端。11 脚连接红色信号灯。4 脚为低电平，16 脚为高电平。12 脚连接单稳态触发器的 3 脚输出端。9 脚与 74LS00 与非门输出端相连，其输入端都与单稳态触发器的输出端 3 脚相连。工作原理如下： 、对 LED 数码管的复位.。复位前，开关 J9 与高电平相连。输出端 15 脚输出高电平，它连接到 74LS3
12、73 的 11 脚。因此 74LS373 呈“透明”状态，即输出端的电位与输入端相同，全为高电平。所以 74LS148 的输入端即也全为高电平，这样使得 74LS148 的 15 脚输出低电平。由于 74LS148 的 15 脚于CD4511 的 4 脚 BI 端相连，使得 BI 端也为低电平，所以 LED 数码显示器不显示。有选手抢答后，由于 74LS148 开始编码，使其 14 脚电平的变化，使 74LS76 接收到脉冲。根据 JK 触发器输出方程 Q= JQn+KQn（此时4 脚为低电平，16 脚为高电平） ，因此 15 脚输出低电平。即 74LS373接收到低电平而转变为锁存状态，从而
13、实现了对选手数据的锁存。当选手完成抢答后，LED 数码显示器上又被锁存的抢答选手的号码， （被锁存是由于 74LS148 的 14 脚电平的变化给 74LS76 的 CP 段一个脉冲，使得 74LS76 的输出端 15 脚为低电平，选手的号码从而被锁存）这时使用复位开关，即将开关有高电平打到低电平在打回高电平。由于开关与 74LS76 的 2 脚相连，所以其 15 脚输出电平变为高电平，即 74LS373 的 11 脚接收到高电平，使 74LS373 再次呈现透明状态，即解除了对选手号码的锁存，也使 CD4511 的 BI 端为低电平，LED 数码显示器不再显示，从而达到了对 LED 数码显示
14、器复位的目的。8、对信号灯和警报器的复位。I、在规定时间内抢答后的复位（绿色信号灯亮，警报器报警） 。在规定的时间内抢答，定时器（多谐振荡器）的输出端 3 脚输出高电平。同时 74LS148 开始编码，使其 15 脚输出高电平。定时器的 3脚和 74LS148 的 15 脚经一与门同时与一或门和绿色信号灯连接。因此绿色信号灯亮，而该或门同时输出高电平，连接到报警器上，使报警器报警。选手在规定时间内抢答完毕后，绿色信号灯亮，同时警报器报警。这时使用复位开关，即将开关由高电平打到低电平在打回高电平。74LS76 的 15 脚输出高电平，即 74LS373 的 11 脚接收到高电平，使74LS373 再次呈现透明状态，从而使 74LS148 的输入端全为高电平，因此其 15 脚边为低电平，这使得与定时器相连接的与门输出为低电平，从而绿色信号灯熄灭；或门 74LS32 输出低电平，警报器停止报警。这样就实现了在规定时间内抢答对信号灯和警报器的复位。II、在非规定时间内抢答后的复位（红色信号灯亮，警报器报警） 。i、在记时开始前抢答犯规导致的红色信号灯亮。在计时开始前，定时器（单稳态触发器）3 脚输出低电平，所以 74LS76 的 12 脚 K 端为低电平，9 脚 J 端为高电平。此时信号灯全部熄灭。若此时有选手先摁抢答开关，则 74LS148
