1、 計算機11 屆數字電路課程設計八路智力競賽搶答器學生姓名 胡茁成 學 號 所屬學院 信息工程學院 專 業 計算機科學與技術 班 級 計算機11-2 日 期 2009年7月4日 塔里木大學教務處制一、課題名稱：八路智力競賽搶答器二、內容摘要：摘要：本文主要介紹用數電知識設計八路搶答器。優先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出，并與主持人開關相連接，即構成了搶答器的主體電路。經過布線、接線、調試等工作后數字搶答器成形。借助較少的外圍元件完成搶答的整個過程，設計制作了八路搶答器，設計編程簡單，容易理解掌握，且工作穩定可靠。總體電路簡單，易于制作。可供8人或8個代表隊搶答，并用

2、7段數碼管顯示首先搶答者的組別號碼，有人搶答后自動閉鎖其他各路輸入，禁止其他人搶答，使其他組的開關失去作用，而顯示最先按下搶答鍵的組別號。只有當主持人按下復位按鍵才能再次搶答。關鍵字： 搶答器；設計；穩定；再次三、設計內容及設計要求：1、搶答器最多可供8名選手參賽，編號為18號，各隊分別用一個按鈕（分別為S0S7） 控制，并設置一個系統清零和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。2、搶答器具有數據鎖存功能,并將鎖存數據用LED數碼管顯示出來，只能由主持人進行清零。3、開關S作為清零及搶答控制開關（由主持人控制），當開關S被按下時搶答電路清零，松開后則允許搶答。輸入搶答信號由搶答按鈕開關S0S7實

3、現。四、試驗器件清單：本設計所用的實驗器材如下表所示。表1 實驗器材名稱型號數量備注集成電路74LS003代替74LS27974LS148174LS481電阻10K95101二極管FG1七段數碼管共陰極1導線若干面包板2+6V直流電源1按鈕開關9五、設計的系統方案：1、構思搶答器需要達到的功能并結合自身的能力，列出了如圖1所示的總體框架圖。鎖存器譯碼顯示鎖存器搶答按鈕優先編碼電路譯碼電路控制電路主持人控制開關圖1 總體框架2、具體設計方案如下： 接通電源后，主持人將開關撥到清除狀態，搶答器處于禁止狀態，編號顯示器和指示燈滅燈，等主持人將開關置“開始”位置后，搶答器處于等待狀態，此時可以進行搶答

4、。搶答器完成：優先判斷搶答的組號，并將編號進行鎖存，然后通過譯碼器將編號顯示在七段數碼管上。如果再次搶答必須由主持人操作清除和開始狀態的開關，即需要主持人清零。六、電路的工作原理1、開關陣列電路 該電路由多路開關所組成，供搶答著使用，每一搶答者與一個開關相對應（開關S0S7的代號分別是8、1、2、6、7，即搶答著的組號，便于主持人看到顯示器上的數字后，能準確宣布誰是優先搶答者）。開關應為常開型，當按下開關時，開關閉合；當松開開關時，開關自動彈出斷開。圖2 搶答的開關2、觸發鎖存電路 當某一開關被按下時，觸發鎖存的電路被觸發，在輸出端產生相應的開關電平信息。同時為了防止其它開關隨后觸發而產生紊亂

5、，讓最先產生的輸出電平返回來將觸發鎖存器的電路鎖定。若有多個開關同時按下時，則在它們之間存在著隨機競爭的問題，結果只能是它們中的任一個產生有效輸出，任然達到了優先判斷的效果。因為在完成本設計的時，實驗室不能提供現成的鎖存器(集成電路74LS279)則結合所學的理論知識，用集成電路74LS00自制成了鎖存器，代替了他(集成電路74LS279)的功能。其連線如圖3所示。圖3 由74LS00組成的鎖存器3、數碼顯示器 數碼管通常有發光二極管（ LED ）數碼管和液晶（ LCD ）數碼管。本設計提供的為 LED 數碼管，如圖4所示。它顯示最先搶答者的相應的代號，方便主持人宣布最先搶答者。圖4 LED顯

6、示器4、電路工作原理該電路完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。具體的組成及工作原理如圖5所示。工作過程：開關S置于“清除”端時，RS觸發器的端均為0，5個觸發器輸出置0，使74LS148的0，使之處于工作狀態。當開關S置于“開始”時，搶答器處于等待工作狀態，當有選手將鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出,經RS鎖存后,2Q=1,74LS48處于工作狀態，5Q4Q3Q=101，且1Q=0，則經譯碼顯示為“5”。此外，2Q，使74LS148的，處于禁止狀態，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74LS1

7、48的此時由于仍有2Q，使，所以74LS148仍處于禁止狀態，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優先性。如有再次搶答需由主持人將S開關重新置于“清除”然后再進行下一輪搶答。若按下S0，經RS鎖存器后，1Q=1，74LS148的輸出,經RS鎖存后,2Q=1,74LS48處于工作狀態，5Q4Q3Q=000，且1Q=1,所以經譯碼顯示為“8”。保證搶答者的優先性與上述類似。若所按的是其他開關(S1、S2、S3、S4、S6、S7)的工作過程與按下開關S5的工作過程相似，只是5Q4Q3Q的輸出會發生變化。圖5 數字搶答器電路優先判決器優先判決器主要是由74LS148集成優先編碼器等組成。該編碼

8、器有8個信號輸入端，3個二進制碼輸出端，選通輸入端，選通輸出端和擴展端。其功能表如表2所示。從功能表中可以看出當“0”時，編碼器工作，而當“1”時，則不論8個輸入端為何種狀態，輸出端均為“1”，且端和端為“1”，編碼器處于非工作狀態,這種情況被稱為輸入低電平有效。表2 優先編碼器74LS148功能表輸入輸出 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 10 0 0 0 0 1 00 0 1 0 0 1 1 00 0 1 1 0 1 01 00 0 1 1 1 0 1 11 00 0 1 1 1 1 1 0 01 00 0 1 1 1 1 1 1 0 11 00 0

9、 1 1 1 1 1 1 1 1 01 00 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 0注：表中代表任意狀態鎖存器SR鎖存器是該設計中保證多個開關隨后觸發而不產生紊亂的重要部分，因實驗室不能提供現成的鎖存器，則用兩個與非門(與非門由集成電路74LS00提供)組成了一個SR鎖存器，連線如圖3所示，其真值表見表3。表3 用與非門組成的SR鎖存器的特性表 Q 1 100 1 111 0 101 0 111 1 001 1 011 0 001 0 011注：SD、RD的0狀態同時消失以后狀態不定。譯碼器本設計中選用的譯碼器型號是74LS48（共陰），其引腳排列如圖6所示，其中、 BCD碼輸入端，

10、、 譯碼輸出端，輸出“1”有效，用來驅動共陰極LED數碼管。 測燈輸入端，“0”時，譯碼輸出全為“1”，數碼管七段同時電亮，以檢查數碼管各段能否正常發光。 滅燈輸入端，“0”時，譯碼輸出全為“0”。 作為輸出端使用時，稱滅“0”輸出端，在A=B=C=D=0時，而且 =0時，才會輸出低電平，表示譯碼器把不希望顯示的零熄滅了。熄零輸入端。用來熄滅不希望顯示的零。圖6 74LS48的引腳排列圖數碼顯示器LED數碼管是目前最常用的數字顯示器，它分為共陰管和共陽管。在此只對共陰管作介紹，其電路和出線形式的引出腳如圖7所示。一個LED數碼管可用來顯示一位09十進制數和一個小數點。小型數碼管（0.5寸和0.

11、36寸）每段發光二極管的正向壓降，隨顯示光（通常為紅、綠、黃、橙色）的顏色不同略有差別，通常約為22.5V，每個發光二極管的點亮電流在510mA。LED數碼管要顯示BCD碼所表示的十進制數字就需要有一個專門的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能，還要有相當的驅動能力。 (a) 共陰連接（“1”電平驅動） (b) 符號及引腳功能圖7 LED數碼管七、設計的調試：1、在調試的過程中主要運用了數字萬用表。2、在調試之前我們這一組的成員在一起。首先，對照事先設計好的原理圖仔細檢查在實物中是否有接錯的地方(主要檢查集成電路的引腳與導線是否出錯接錯和是否出現了短路)，若發現有，就立即改正。以防給實物通電之后

12、，出現意外。然后，用數字萬用表檢測實物中是否有不導通的地方，若有，應立即修正。以防通電后不能工作，而懷疑其他地方出錯。3、在上一步完成的基礎之上，給實物通電，進行調試。我們這組出現的問題記改正措施如下：我們初次調試時，實物的確沒有工作。然而，我們對事先設計好的原理圖進行仔細的研究，最后在指導老師的幫助下發現我們設計的原理圖有錯誤(在集成電路74LS148與鎖存器之間多加了反相器)，決定將它去掉。在上一步完成了之后通電，發現LED顯示器上顯示的是07之間的數，但是我們需要它顯示18之間的數。經過較長時間的思考，并結合指導老師給出的意見，在開關S0和集成電路74LS48之間加了一個SR鎖存器1Q，

13、詳見圖7。然而，也成了我們完成此設計的最終原理圖。經過上兩步的改進，終于達到了我們事先預定的目標。八、總結設計電路的特點及方案的優缺點：a、設計電路的特點：集成電路74LS148和由74LS00構成基本SR鎖存觸發器完成了優先判斷的功能。在此充分利用了集成電路74LS148的主要功能。再通過譯碼器(集成電路74LS48)和LED顯示器顯示優先搶答的組號給主持人宣布最先搶答的組號提供了有力的證據。b、方案優點：該電路原理簡單、并且在接線時可以使自己思路清晰，縮短了完成此設計的時間。c、方案缺點：用集成電路74LSOO構成SR鎖存器時比較麻煩，最容易把線接錯。在面包板上所布的線比較復雜，不利于后面的檢查。九、改進意見和展望：我們設計的此八路搶答器只能用來判斷優先搶答這是誰，只能用在比較普通的場合。我覺得它有很多需要改進的地方：當首次給它通電后，LED顯示器上應顯示0，待主持人清零后，LED顯示器不顯示，只有等有搶答開關按下時才顯示號碼。應添加一個計時器，用來限制搶答者的搶答時間，即當主持人宣布開始搶答后，開始計時，在主持人設定的時間內可以進行搶答；否則，進行下一輪搶答。還需要添加一個報警器，以便用聲音來提示主持人和觀眾已經有人進行了搶