1、數字電子技術基礎課程設計題目：八路搶答器 一、計設計任務及要求：1.設計多路競賽搶答器2.搶答器至少控制 6 人搶答；3.設置一個主持人控制開關，控制搶答器的開始與清零；4.搶答器具有鎖存和顯示第一個搶答者的編號，并禁止其他人搶答的功能；5.具有 30 秒倒計時顯示搶答的時間控制，時間到禁止所有人搶答；二、方案設計及論證： 搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0S7表示。 設置一個系統清除和搶答控制開關S，該開關由老師控制。 搶答器具有鎖存與顯示功能。即學生按動按鈕，鎖存相應的編號，并在LED數碼管上顯示。學生搶答實行優先鎖存，優先搶答學生的編號一直保持到

2、老師將系統清除為止。搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由老師設定（如30秒）。當老師啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時。學生在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示學生的編號和搶答的時間，并保持到老師將系統清除為止。如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統禁止搶答，定時顯示器上顯示00。  設計方案簡述1. 定時搶答器的總體框圖如下圖所示，它由主體電路和擴展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當學生按動搶答鍵時，能顯示學生的編號，同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答，擴展電路完成定時搶答的功能。2. 定時搶答

3、器的工作過程是：接通電源時，老師將開關置于“消除”位置，搶答器處于禁止工作狀態，編號顯示器滅燈，定時器倒計時，當定時時間到，卻沒有學生搶答時，系統報警，并封鎖輸入電路，禁止學生超時后搶答。當學生在定時時間內按動搶答鍵時，搶答器要完成以下四項工作：優先編碼電路立即分辨出搶答者的編號，并由鎖存器進行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號；控制電路要對輸入編碼電路進行封鎖，避免其他學生再次進行搶答；控制電路要使定時器停止工作，時間顯示器上顯示剩余的搶答時間，并保持到老師將系統消零為止，當學生將問題回答完畢，老師操作控制開關，使系統回復到禁止工作狀態，以便進行下一輪搶答。 三 、系統分析與設計（一）搶答器電

4、路設計1. 搶答電路的功能有兩個：一是分辨學生按鍵的先后，并鎖存搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是是其他學生的按鍵操作無效。選用優先編碼器74LS147和RS鎖存器,74LS373,74LS192可完成上述功能。譯碼電路選用74LS48芯片具體電路如圖1所示，其工作原理為：2. 當老師控制開關處于“清除”位置時，RS觸發器R為低電平，輸出端（4Q1Q）全部為低電平。于是74LS48的BI=0；74LS148的選通輸入ST=0，74LS148處于工作狀態，此時鎖存器電路不工作。當老師開關撥到開“始位”置，優先編碼電路和鎖存電路同時開始工作，等待輸入信號I7，···

5、，I0。當有學生按下鍵時，74LS148的輸出Y2Y1Y0=010,Yex=0。經RS鎖存器后，CTR=1,BI=1，74LS373處于工作狀態，4Q3Q2Q=101。經過74LS48譯碼后，顯示器顯示學生編號。此外，CTR=1，是74LS148的ST為高電平，74LS148處于禁止工作狀態，封鎖了其他學生按鍵的輸入。當按下的鍵松開后，74LS148的Yes為高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態，其他學生的輸入不會被接收，保證了搶答者的優先性以及搶答電路的準確性。搶答完后老師使搶答電路復位，以便進行下一輪搶答。 3. 七段數碼管顯示器74LS48測試燈輸入端

6、。=0（低電平有效）且=1時，Ya-Yg輸出均為1，顯示器七段應全亮，否則說明顯示器件有故障。正常譯碼顯示時，應處于高電平，即=1。雙重功能端。此端可作為輸入信號端又可以作為輸出信號端。作為輸入端時是熄滅信號輸入端，利用端可按照需要控制數碼管顯示或不顯示。當=0時（低電平有效），無論A3A2A1A0狀態如何，Ya-Yg均為0，數碼管不顯示。當該端作為輸出端時是滅零輸出端，當=0，且A3A2A1A0=0000時，=0。滅零輸入端。該端的作用是將數碼管顯示的數字O熄滅。當=0（低電平有效）、且A3A2A1A0=0000時，Ya-Yg均輸出0，數碼管不顯示。 其功能和引腳如圖所示: 4. 74LS1

7、47優先編碼器功能優先編碼器在同一時間內,當多個輸入信號請求編碼時,只對優先級別高的信號進行編碼的邏輯電路,常用的集成優先編碼器有74LS147(8線-3線)其原理圖和功能真值表如圖: 74LS147優先編碼器真值表 5. 555定時器振蕩器是計時器的核心，振蕩器的穩定度和頻率的精確度決定了計時器的準確度。一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度就越高，但耗電量將越大。所以，在設計電路時要根據需要而設計出最佳電路。在本設計中，采用的是精度高的，由集成電路 555 與 RC 組成的多諧振蕩器。接通電源后，電容C1 被充電，vC上升，當vC上升到大于 2/3VCC時，觸發器被復位，放電管T導通，此時v

8、0為低電平，電容C1 通過R2和T放電，使vC下降。當vC下降到小于 1/3VCC時，觸發器被置位，v0翻轉為高電平。電容器C1 放電結束,所需的時間為 ：當C1 放電結束時，T截止，VCC將通過R19、R18向電容器C1 充電，vC由 1/3VCC上升到 2/3VCC所需的時為：當vC上升到 2/3VCC時，觸發器又被復位發生翻轉，如此周而復始，在輸出端就得到一個周期性的方波。振蕩周期T的計算： T=T1+T2=0.7（R1+2R2）C T1=（R1+R2）Cln(Ucc-1/3Ucc)/(UCC-2/3Ucc)=(R1+R2)Cln2=0.7(R1+R2)C T2=R2Cln(0-2/3U

9、cc)/(0-1/3Ucc)=R2Cln2=0.7R2C振蕩周期T： T=0.7（R19+2R18）C =0.7*（56000+2*56000）*0.00001 =1. 176s 555定時器波形圖6、 原理圖及PCB圖 原理圖底板電路部分顯示電路原理圖7、 制作步驟 八路搶答器分為倒計時部分和搶答顯示部分。（1） 仿真。設計電路圖進行仿真，確定電路是否能實現其功能，觀察555定時器波形 （2） 畫圖。通過AD畫圖軟件畫出原理圖，轉換成PCB（3） 制板。打印PCB圖轉印電路圖，焊接元器件制成電路板（4） 調試。 問題分析：（1） 數碼管顯示亂碼：a、電路虛焊，b、元器件間的連線斷路（2）55

10、5有脈沖但是數碼管不倒計時：a、檢查74LS192的4引腳是否有脈沖 b、555定時器外接問題（3） 數碼管倒計時倒計兩秒后自動搶答: 拆除74LS32 5腳和9腳間連接的極性電容（二）搶答器電路原理圖四、調試結果及實際電路照片五、設計總結體會經過兩周的課程設計,我學會了如何進行電路設計及豐富了自己的理論知識和實踐實習能力,在設計過程中,加深了對組合和時序邏輯電路的掌握情況,同時也使得學過的知識得到了鞏固與復習,在設計搶答器、定時器的過程中，通過翻閱資料，上網搜索等，我對各電路器件（如：與非門，555定時器和LED顯像管等）及原理有了更深一層次的認識，既增強了我的理解能力,也使我能更好的運用所

11、學的知識。在設計之初,并不明白如何用所學的器件來實現電路的功能,經過小組內的激情討論,最終確定了答題的設計方案,在設計的過程中,不斷的發現和克服困難,使我明白了,學習并非上課認真學習那么簡單,我深深的體會到了,要將所學的理論知識轉變成事物的重要性,不僅能夠加深對理論知識的理解,也能怎家對本課的興趣和愛好。 兩周的磨練,使我對本課由最初的懵懂認識到現在的全面了解,總的來說收獲很多。元器件清單名稱數量注釋名稱數量74LS042六組反相器74LS04274ls112三組三輸入端與門74ls11274ls321四組輛輸入端或門74ls321CD40721雙四輸入端或門CD40721CD40821雙四輸

12、入端與門CD4082174LS1922十進制可逆計數器74LS192274LS4834線七段譯碼器74LS48374LS147110-4線優先編碼器74LS147174LS3731八D鎖存器74LS37311N414831N41483按鍵12個按鍵12個電容3個0.1uf 47uf 10uf各一個電容3個電阻25個10K20個 2K兩個56K兩個電阻25個74LS861異或門74LS861單個數碼管3共陰極單個數碼管3名稱數量注釋名稱數量74LS042六組反相器74LS04274ls112三組三輸入端與門74ls11274ls321四組輛輸入端或門74ls321CD40721雙四輸入端或門CD40721CD40821雙四輸入端與門CD4082174LS1922十進