数字电路说明书

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1、0 目录目录 一、课题名称：八路智力竞赛抢答器一、课题名称：八路智力竞赛抢答器1 二、内容摘要：二、内容摘要：2 三、设计内容及设计要求：三、设计内容及设计要求：2 四、试验器件清单：四、试验器件清单：2 五、设计的系统方案：五、设计的系统方案：3 六、电路的工作原理六、电路的工作原理4 1 1、开关阵列电路、开关阵列电路4 2、触发锁存电路、触发锁存电路4 3 3、数码显示器数码显示器5 4 4、电路工作原理、电路工作原理5 七、设计的调试：七、设计的调试：10 八、总结设计电路的特点及方案的优缺点：八、总结设计电路的特点及方案的优缺点：11 九、改进意见和展望：九、改进意见和展望：11 十

2、、总结：十、总结：11 十一、致谢十一、致谢12 十一十一 、参考资料、参考资料12 1 一、课题名称：八路智力竞赛抢答器一、课题名称：八路智力竞赛抢答器 二、内容摘要二、内容摘要： 摘要：摘要： 本文主要介绍用数电知识设计八路抢答器。优先编码电路、锁存器、译码 电路将参赛队的输入信号在显示器上输出，并与主持人开关相连接，即构成了 抢答器的主体电路。经过布线、接线、调试等工作后数字抢答器成形。借助较 少的外围元件完成抢答的整个过程，设计制作了八路抢答器，设计编程简单， 容易理解掌握，且工作稳定可靠。总体电路简单，易于制作。可供 8 人或 8 个 代表队抢答，并用 7 段数码管显示首先抢答者的组

3、别号码，有人抢答后自动闭 锁其他各路输入，禁止其他人抢答，使其他组的开关失去作用，而显示最先按 下抢答键的组别号。只有当主持人按下复位按键才能再次抢答。 关键字： 抢答器；设计；稳定；再次 三、设计内容及设计要求：三、设计内容及设计要求： 1、设计一个 8 路智力竞赛抢答器地电路，满足一下要求。 A、给节目主持人设置一个控制来关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭 灯）及抢答的开始。 B、抢答开始后，当有某一选手首先按下抢答按钮时，选手编号立即被存锁，编 号数码管显示选手编号，并发出报警声响，此时抢答器不再接收其它输入信息。 优先抢答选手的编号一直保持到节目主持人将系统清零为止。 C、抢答器

4、具有定时抢答功能，且一次抢答时间由节目主持人设定（如 30 秒） 。 当节目主持人启动开始建后，要求定时器立即进行显示，同时扬声器发出短暂 的声响，声响持续时间为 0.5 秒左右。 D、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 选手编号和抢答时刻的时间，并保持到节目主持人将系统清零为止。如果定时 抢答时间已到，却没有选手抢答，则本次抢答无效，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. 2、抢答器最多可供 8 名选手参赛，编号为 18 号，各队分别用一个按钮 （分别为 S0S7） 控制，并设置一个系统清零和抢答控制开关 S，该开关

5、由主 持人控制。 3、抢答器具有数据锁存功能,并将锁存数据用 LED 数码管显示出来，只能 由主持人进行清零。 4、开关 S 作为清零及抢答控制开关（由主持人控制） ，当开关 S 被按下时 抢答电路清零，松开后则允许抢答。输入抢答信号由抢答按钮开关 S0S7实现。 2 四、试验器件清单四、试验器件清单： 本设计所用的实验器材如下表所示。 表 1 实验器材 名称型号数量备注 74LS003代替 74LS279 74LS1481集成电路 74LS481 10K9电阻 5101 二极管FG1110501 七段数码管共阴极1 导线若干 面包板2 +6V 直流电源1 按钮开关9 五、设计的系统方案：五、

6、设计的系统方案： 1、构思抢答器需要达到的功能并结合自身的能力，列出了如图所示的总体 框架图。 3 抢答 按钮 优先编 码电路 锁存器 译 码 电 路 显示电路 节目主持人 控制开关 控制电路 报警电路 定时 电路 译码 电路 显示 电路 秒脉冲 产生电路 主体电路 扩展电路 2、具体设计方案如下： 接通电源后，主持人将开关拨到“清除“状态，抢答器处于禁止状态，编 号显示器和指示灯灭灯，等主持人将开关置“开始”位置后，抢答器处于等待 状态，此时可以进行抢答。 抢答器完成：优先判断抢答的组号，并将编号进行锁存，然后通过译码 器将编号显示在七段数码管上。 如果再次抢答必须由主持人操作“清除“和“开

7、始“状态的开关，即需要主 持人清零。 六、电路的工作原理六、电路的工作原理 1、开关阵列电路 该电路由多路开关所组成，供抢答着使用，每一抢答者与一个开关相对应 （开关 S0S7 的代号分别是 8、1、2、6、7，即抢答着的组号，便于主持人 看到显示器上的数字后，能准确宣布谁是优先抢答者） 。开关应为常开型，当按 下开关时，开关闭合；当松开开关时，开关自动弹出断开。 图 2 抢答的开关 4 2、触发锁存电路 当某一开关被按下时，触发锁存的电路被触发，在输出端产生相应的开关 电平信息。同时为了防止其它开关随后触发而产生紊乱，让最先产生的输出电 平返回来将触发锁存器的电路锁定。若有多个开关同时按下时

8、，则在它们之间 存在着随机竞争的问题，结果只能是它们中的任一个产生有效输出，任然达到 了优先判断的效果。 因为在完成本设计的时，实验室不能提供现成的锁存器(集成电路 74LS279)则结合所学的理论知识，用集成电路 74LS00 自制成了锁存器，代替了 他(集成电路 74LS279)的功能。其连线如图 3 所示。 图 3 由 74LS00 组成的锁存器 3、数码显示器 数码管通常有发光二极管（ LED ）数码管和液晶（ LCD ）数码管。本设 计提供的为 LED 数码管，如图 4 所示。它显示最先抢答者的相应的代号，方便 主持人宣布最先抢答者。 图 4 LED 显示器 4、电路工作原理 该电路

9、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；二是禁止其他选手按键操作无效。具体的 组成及工作原理如图 5 所示。 工作过程：开关 S 置于“清除”端时，RS 触发器的端均为 0，5 个触发器R 输出置 0，使 74LS148 的0，使之处于工作状态。当开关 S 置于“开始”ST 时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下 S5） ，74LS148 的 5 输出,经 RS 锁存后,2Q=1,74LS48 处于工作状态， 210 010Y YY 0EXY1BI 5Q4Q3Q=101，且 1Q=0，则经译码显示为“5” 。此外，2Q，使 7

10、4LS148 的 ，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，ST 74LS148 的此时由于仍有 2Q，使，所以 74LS148 仍处于禁1EXYST 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 抢答需由主持人将 S 开关重新置于“清除”然后再进行下一轮抢答。 若按下 S0，经 RS 锁存器后，1Q=1，74LS148 的输出, 210 111Y YY 0EXY 经 RS 锁存后,2Q=1,74LS48 处于工作状态，5Q4Q3Q=000，且 1Q=1,所以1BI 经译码显示为“8” 。保证抢答者的优先性与上述类似。 若所按的是其他开关(S1、S2、S3

11、、S4、S6、S7)的工作过程与按下开关 S5 的工作过程相似，只是 5Q4Q3Q 的输出会发生变化。 图 5 数字抢答器电路 优先判决器 优先判决器主要是由 74LS148 集成优先编码器等组成。该编码器有 8 个信 号输入端，3 个二进制码输出端，选通输入端，选通输出端和扩展端。STSYEXY 6 其功能表如表 2 所示。从功能表中可以看出当“0”时，编码器工作，而ST 当“1”时，则不论 8 个输入端为何种状态，输出端均为“1” ，且端和STSY 端为“1” ，编码器处于非工作状态,这种情况被称为输入低电平有效。EXY 表 2 优先编码器 74LS148 功能表 输入输出 ST 0I1I

12、2I3I4I5I6I7I 2Y1Y0Y SYEXY 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 01 0 0 0 1 1 1 0 1 11 0 0 0 1 1 1 1 1 0 01 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 11 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 01 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 0 注：表中代表任意状态 锁存器 SR 锁存器是该设计中保证多个开关随后触发而不产生紊乱的重要部分，因 实验室不能提供现成的锁存器，则用两个与非门(

13、与非门由集成电路 74LS00 提 供)组成了一个 SR 锁存器，连线如图 3 所示，其真值表见表 3。 表 3 用与非门组成的 SR 锁存器的特性表 D S D RQ * Q 1 100 1 111 0 101 0 111 1 001 1 011 0 001 0 011 注：SD、RD的 0 状态同时消失以后状态不定。 译码器 本设计中选用的译码器型号是74LS48（共阴） ，其引脚排列如图6 所示，其 7 中、 BCD 码输入端，、 、 、 译 码输出端， 3 A 2 A 1 A 0 A a Y b Y c Y d Y e Y f Y g Y 输出“1”有效，用来驱动共阴极 LED 数码管

14、。 测灯输入端，“0”时，译码输出全为“1” ，数码管七段同时电LTLT 亮，以检查数码管各段能否正常发光。 灭灯输入端，“0”时，RBO/BIBI 译码输出全为“0” 。 作为输出端使用时，称灭“0”输出端，在 A=B=C=D=0时，而 且 =0 时，才会输出低电平，表示译码器把不希望显示的零熄灭了。RBIRBO 熄零输入端。用来熄灭不希望显示的零。RBI 图 6 74LS48 的引脚排列图 数码显示器 LED 数码管是目前最常用的数字显示器，它分为共阴管和共阳管。在此只 对共阴管作介绍，其电路和出线形式的引出脚如图 7 所示。一个 LED 数码管可 用来显示一位 09 十进制数和一个小数点

15、。小型数码管（0.5 寸和 0.36 寸） 每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不 同略有差别，通常约为 22.5V，每个发光二极管的点亮电流在 510mA。LED 数码管要显示 BCD 码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码 器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。 (a) 共阴连接（“1”电平驱动） (b) 符号及引脚功能 图 7 LED 数码 （1）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。 如图所示的是八线-三线编码器 74148 的惯用符号及管脚图引脚图。 8 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 I0I7 为输入信号，A2,A1,A0 为 三位二进制编码输出信号，IE 是使能输入端，OE 是使能输出端，GS 为片优先 编码输出端。 （2）74LS48 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