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1、数电实验报告姓名： 侯婉思专业： 通信工程班级： 1111学号： 11387121指导老师： 田丽娜四人竞赛抢答器实验报告一前言现今，形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、 商业机构、学校、企事业单位及社会团体组织中， 它为各种知识竞赛增添了刺激性、 娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。对于抢答器我们大家都知道那是用于选手做抢答题时用的，选手进行抢答，抢到题的选手来回答问题。 抢答器不仅考验选手的反应速度同时也要求选手具备足够的知识面和一定的勇气。 选手们都站在同一个起跑线上， 体现了公平公正的原则。本文介绍了一种用 74 系列常用集成电路设计的高分辨率的 4 路抢答器。该抢答器
2、为全数字集成电路设计， 具有分组数多、 分辨率高等优点。 该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有优先能力 , 定时及复位功能。主持人通过控制开关使抢答器达到复位的功能。二 实验目的1. 学习并掌握抢答器的工作原理及其设计方法2. 熟悉各个芯片的功能及其各个管脚的接法。3. 灵活运用学过的知识并将其加以巩固，发散思维，提高学生的动手能力和思维的缜密。三设计任务与要求1、设计任务设计一台可供 4 名选手参加比赛的竞赛抢答器。 选手抢答时，数码显示选手组号。2. 设计要求：抢答器的基本功能：1. 设计一个智力抢答器， 可同时供四名选手或四个代表队参加比赛， 编号为一，二，三，四，各用一个抢答按钮，分
3、别用四个按钮S0 S3 表示。2. 给节目主持人设置一个控制开关， 用来控制系统的清零 （编号显示数码管清零）。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，此外，要封锁输入电路，实现优先锁存， 禁止其他选手抢答， 优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。简言之，有选手按下时，显示选手的编号。同时，其他人再按下时电路不做任何处理。也就是说，如果有选手按下以后， 别的选手再按的话电路不会显示是他的编号。4. 可用 555 定时器产生频率为 1Hz 的脉冲信号，作为触发器的 CP 信号。四四人竞赛抢答器电路原
4、理及设计1、设计方案抢答器具有锁存、定时、显示。即当抢答开始后，选手抢答按动按钮，锁存器锁存相应的选手编码， 同时用 LED数码管把选手的编码显示出来。 接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，编号显示器为 0，此时才可以再次抢答。选手在抢答时，抢答器完成：编号锁存、编号显示。2. 单元电路设计及元器件选择（1）抢答电路电路如图 2 所示。该电路完成两个功能： 一是分辨出选手按键的先后， 并锁定 74LS175 的功能真值表即优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示选手编号；二是要使其他选手随后的按键操作无效。实现该电路的功能的主要芯片是74ls175 （图 1 为功能表，图 2 为逻辑功能图
5、，图3 为锁存器电路）图一图二图三图 2 抢答电路其工作原理为：当主持人控制开关处于“清除”时， D 触发器的清零端为低电平，使 D触发器被强制清零，输入的抢答信号无效。当主持人将开关拨到“开始”时， D触发器 Q非端前一状态为高电平，四个 Q非端与在一起为高电平，再和抢答按键信号和借位信号与在一起给 D 触发器的脉冲端， 当没人抢答时， 抢答信号为低电平，与门 U11 输出端为低电平给 D 触发器脉冲端，当一有人抢答时，抢答信号为高电平，并和 U2 的输出信号和借位信号与在一起，使得 U11 输出端为高电平给 D 触发器，于是 D 触发器就有一个上升沿， 使得抢答信号经 D触发器触发锁存再经
6、过译码器 74ls48 译码，把相应的信号显示在数码管上。另外，当选手松开按键后， D 触发器的 Q 非前一状态为低电平，与在一起后给与门 U11, 使得 U11的输出端为低电平给 D触发器，则 D触发器的脉冲输入端恢复原来状态，从而使得其他选手按键的输入信号不会被接收。 这就保证了抢答者的优先性及抢答电路的准确性。 当选手回答完毕， 主持人控制开关 S 是抢答电路复位， 以便进行下一轮抢答。2.显示编号的电路当有选手按下了开关后，快的那个选手的编号可以被输出并记忆起来送到 74ls48 组成的编码器和七段显示器组成的显示台号电路中去显示出选手编号。十输入BI/R输出字进 制 或LTRDCBA
7、BOa b c de f g 形功能BI0HHL LL L HHHHHHHH01H L LL HHLHHLLLL12H L LH L HHHLHHLH23HLLHHHHHHHLLH34H L HL L HLHHLLHH45HLHLHHHLHHLHH56HLHHLHLLHHHHH67HLHHHHHHHLLLL78HHLLLHHHHHHHH89HHLLHHHHHLLHH910HHLHLHLLLHHLH11HHLHHHLLHHLLH乱12HHHLLHLHLLLHH13HHHLHHHLLHLHH14HHHHLHLLLHHHH15HHHHHHLLLLLLL码消LLLLLLLL隐HLLLLLLLLLLLL
8、L脉LHHHHHHH8冲消隐灯测试（ L低电平H 高电平 任意电平）表 1.七段 LED 译码驱动器 7448 功能表图四图四是封锁电路和台号显示电路合在一起的电路图，只有两个合在一起才能很好的在一次答题中只显示一个选手号。由于 74ls175 是低电平有效，可以将从74175 输出端 Q1 ，Q2 ，Q3 ，Q4 分别接到其 1， 2， 3， 4 端，其余的 5，6，7 端均接高电平，这样就可以形成，最高输出 4 而不会出现显示大于 4 的可能出现。由于其输出以为低电平有效， 正常情况下每个输出经过一个非门后就可进行显示编号。 在复位状态下台号数码管不作任何显示（灭灯），所以必须要接 74l
9、s48。74ls48 的功能表与电路分别如表 1 所示 .3. 脉冲产生电路利用 555 以及一些电容和电阻实现，使每秒产生一个74ls175 的 CP端，最后数码显示。CP上升沿。送给五、总电路工作原理及元器件清单1.总电路原理图：2. 元器件列表表 1序号器件名称数量备注174LS1751D触发器2555定时器1连接成多谐振荡与秒时钟脉冲374LS211四脚与门474LS111三脚门574LS482译码器6开关按纽 S57BCD七段显1共阴极示器8电容29电阻710二极管6六、仿真调试与分析本次设计的仿真我采用了 protues仿真软件做， 我试过多个软件如 EWB ，但是这个软件能比较直
10、观地看出来每一个输出输入量是高电平还是低电平， 而且连起线来也相对比较简单， 最好一点是两个端口之间不一定要用线连而使用相同的网络标号（即相同的名字）就相当于把线连了起来。仿真结果正确：七、成品调试把电路焊好后，首先是对照电路图逐一检查电路有没有漏焊，经检查发现有几个管脚没接， 于是细心地接上。 然后用万用表逐一检查有没有虚焊或线路断路或线路短路， 但没发现有虚焊等问题。 下一步就接通电源调试， 但电路完全没反应，然后用万用表逐个模块进行检查， 发现有些管脚还没接上， 于是在对照电路图细心地检查，改进后再进行接电调试，先测试脉冲的输出，正常，如图4。宣告成品大功告成。图 4八、设计过程中的问题
11、和解决办法（ 1）在设计方案时，遇到了信号不能锁存的问题。经过查找资料，了解如何通过 D 触发器的输出信号来反馈回 D 触发器的脉冲端来进行锁存。（ 2）当焊完电路调试时，发现 74ls21 的与 Q3非连接的输入端的是低电平。于是对照电路图来逐一检查，发现其他地方没什么问题，就直接将 21 的那端输入拉高，结果得到正确结果。九、设计成品的优点与不足优点：元器件较少，功能满足要求不足：（1）在设计时，用了D 触发器来进行抢答信号的筛选和锁存，在同时按下S0 和 S1时（其同时按下的几率较小，其可精确到微秒甚至纳秒级，但情况还是会存在的）会显示“ 3”，而按 S2 时也会显示“ 5”，所以显示“ 5”的几率大一点，但几率很小。改良：可改用编码器和锁存器来代替D 触发器。（2）电路跳线较多，使得电路板外观不好。改良：焊线路前应细心考虑元件的排布和线路的连接。十、心得体会这一课程设计使我们将课堂上的理论知识有了进步的了解，并增强了
