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1、上海海洋大学数字逻辑课程设计目 录一、设计题目1二、设计目的1三、设计内容1四、设计要求1五、总体功能框图2六、单元电路设计36.1 抢答电路36.1.1 抢答电路的设计36.1.2 抢答电路图46.2定时电路46.2.1定时电路的设计46.2.2 定时电路图56.3报警电路56.3.1报警电路的设计56.3.2 报警电路图.66.4时序控制电路66.4.1时序控制电路的设计66.4.2 时序控制电路图.6七、总电路图7八、测试98.1 抢答功能测试8.1.1 74LS148的功能分析8.1.2 74LS279的功能分析.8.1.3测试.8.2 定时功能测试8.2.1 74LS192的功能分析
2、8.2.2 555的功能分析.8.2.3 74LS00的功能分析.8.2.4 测试.8.3 整机电路功能测试8.3.1 74LS20的功能分析.8.3.2 测试.九、设计心得11一、设计题目多路智力竞赛抢答器设计二、设计目的1 初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法；2 掌握数字电路布线、调试的基本技巧；3 掌握数字系统的分析和设计方法；4 能够熟悉的、合理的选用集成电路器件；5 培养综合运用理论知识解决实际问题的能力。法三、设计内容用中、小规模集成电路设计并制作一个智力竞赛抢答器。智力竞赛抢答器电路是一个典型的数字电路系统，是利用数字电子器件完成抢答器的功
3、能。其由抢答电路、定时电路、报警电路以及时序控制电路组成。可以利用一片74LS148和四片74LS279完成抢答电路的功能，并用一个8421数码管进行显示；利用两片74LS192和一片555 完成定时电路的功能，并用两个8421数码管进行显示；由一片555和一个三极管完成报警电路的功能；利用一片74LS00和一片74LS20完成时序逻辑电路功能。由以上子电路可以构成智力竞赛抢答器数字电路系统。 四、设计要求1 基本功能(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，他们得编号分别时0、1、2、3、4、5、6、7，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S0、
4、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。(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. 扩展功能(1) 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（如30ns）。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间0.5s左右。(2) 参赛选
5、手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器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。(3) 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，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示00。抢答按钮优先编码电路锁存器译码电路显示电路主持人控制开关控制电路报警电路秒脉冲产生电路定时电路译码电路显示电路主体电路控制电路五、总体功能框图图1 总体功能框图定时抢答器的总体框图如图1所示。它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即计时抢答后，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
6、路完成定时抢答的功能。六、单元电路设计6.1 抢答电路6.1.1 抢答电路的设计抢答电路的功能有两个：一是能分辩出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其它选手的按键操作无效。选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图2所示。其工作原理是：当主持人控制开关处于“清除”位置时，RS触发器的端为低电平，输出端（4Q1Q）全部为低电平。于是74LS48的0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于
7、等待工作状态，等待输入端输入信号，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出010，0，经过RS锁存器后，CTR1，1，74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。此外，CTR1，使74LS148的端为高电平，74LSE148处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。当按下的键松开后，74LS148的为高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以方便进行下一轮抢答。6
8、.1.2抢答电路图图2 抢答电路的设计6.2 定时电路 6.2.1 定时电路的设计节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，选用十进制同步加/减计数器74LS192进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。6.2.2 定时电路图图3 定时电路的设计6.3报警电路6.3.1 报警电路的设计报警电路由555定时器和三极管构成，其中555构成多谐振荡器，振荡频率为其输出信号经三极管推动扬声器。6.3.2 报警电路图图4 报警电路的设计报警电路中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。6.4时序控制电路6.4.1 时序控制电路的设
9、计时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：(1) 主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。(2) 当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。(3) 当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。6.4.2时序控制电路图根据上面的功能要求以及图2、3，设计的时序控制电路如图5所示。图中，门G1的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输入使能端。图5（a）的工作原理是：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，来自于图2中的74LS279的输出CT
10、R0，经G3反相，A1，则从555输出端来的时钟信号CP能够加到74LS279的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，来自于图3中74LS192的借位输出端1，门G2的输出0，使74LS148处于正常工作状态，从而实现功能（1）的要求。当选手在定时时间内按动抢答按键时，CTR1，经G3反相，A0，封锁CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能（2）的要求。当定时时间到时，来自74LSE192的0，1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门G1处于关门状态，封锁CP信号，使定时电路保持00状态
11、不变，从而实现功能（3）的要求。74LS121用于控制报警电路及发声的时间。 (a) (b)图5 时序控制电路的设计七、总电路图经过以上各单元电路的设计，可以得到定时抢答器的整机电路，如图6所示。由于电子技术实验箱上的数码管显示模块已集成了显示驱动电路，故实际实验时电路可更为简单，图6中的显示驱动电路部分可以不接，直接将锁存器74LS279和计数器74LS192的输出接数码管显示模块的输入插座A、B、C、D，其对应顺序为A0A、A1B、A2C、A3D，74LS279的输出也无须再接入74LS48的4脚，其它部分电路与图6相同。图6 定时抢答器的整机电路设计八、测试8.1 抢答功能测试8.1.1 74LS148的功能分析8.1.2 74LS279的功能分析8.1.3 测试8.2 定时功能测试8.2.1 74LS192的功能分析8.2.2 555的功能分析8.2.3 74LS00的功能分析8.2.4 测试8.3 整机电路功能测试8.3.1 74LS20的功能分析8.3.2 测试 九、设计心得
