數電實驗報告姓名：專業：通信工程班級：學號：指導老師：四人競賽搶答器實驗報告一．前言現今，形式多樣、功能完備的搶答器已廣泛應用于電視臺、商業機構、學校、企事業單位及社會團體組織中，它為各種知識競賽增添了刺激性、娛樂性，在一定程度上豐富了人們的業余生活。對于搶答器我們大家都知道那是用于選手做搶答題時用的，選手進行搶答，搶到題的選手來回答問題。搶答器不僅考驗選手的反應速度同時也要求選手具備足夠的知識面和一定的勇氣。選手們都站在同一個起跑線上，體現了公平公正的原則。本文介紹了一種用74系列常用集成電路設計的高分辨率的4路搶答器。該搶答器為全數字集成電路設計，具有分組數多、分辨率高等優點。該搶答器除具有基本的搶答功能外，還具有優先能力,定時及復位功能。主持人通過控制開關使搶答器達到復位的功能。二．實驗目的1.學習并掌握搶答器的工作原理及其設計方法2.熟悉各個芯片的功能及其各個管腳的接法。3.靈活運用學過的知識并將其加以鞏固，發散思維，提高學生的動手能力和思維的縝密。三．設計任務與要求1、設計任務設計一臺可供4名選手參加比賽的競賽搶答器。選手搶答時，數碼顯示選手組號。2.設計要求：搶答器的基本功能：1.設計一個智力搶答器，可同時供四名選手或四個代表隊參加比賽，編號為一，二，三，四，各用一個搶答按鈕，分別用四個按鈕S0——S3表示。2.給節目主持人設置一個控制開關，用來控制系統的清零（編號顯示數碼管清零）。3.搶答器具有數據鎖存和顯示的功能，搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并在LED數碼管上顯示出選手的編號，此外，要封鎖輸入電路，實現優先鎖存，禁止其他選手搶答，優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清零為止。簡言之，有選手按下時，顯示選手的編號。同時，其他人再按下時電路不做任何處理。也就是說，如果有選手按下以后，別的選手再按的話電路不會顯示是他的編號。4.可用555定時器產生頻率為1Hz的脈沖信號，作為觸發器的CP信號。四．四人競賽搶答器電路原理及設計1、設計方案搶答器具有鎖存、定時、顯示。即當搶答開始后，選手搶答按動按鈕，鎖存器鎖存相應的選手編碼，同時用LED數碼管把選手的編碼顯示出來。接通電源后，主持人將開關撥到“清除”狀態，，編號顯示器為0，此時才可以再次搶答。選手在搶答時，搶答器完成：編號鎖存、編號顯示。2.單元電路設計及元器件選擇（1）搶答電路電路如圖2所示。該電路完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖定74LS175的功能真值表即優先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示選手編號；二是要使其他選手隨后的按鍵操作無效。實現該電路的功能的主要芯片是74ls175（圖1為功能表，圖2為邏輯功能圖，圖3為鎖存器電路）圖一圖二圖三圖2搶答電路其工作原理為：當主持人控制開關處于“清除”時，D觸發器的清零端為低電平，使D觸發器被強制清零，輸入的搶答信號無效。當主持人將開關撥到“開始”時，D觸發器Q非端前一狀態為高電平，四個Q非端與在一起為高電平，再和搶答按鍵信號和借位信號與在一起給D觸發器的脈沖端，當沒人搶答時，搶答信號為低電平，與門U11輸出端為低電平給D觸發器脈沖端，當一有人搶答時，搶答信號為高電平，并和U2的輸出信號和借位信號與在一起，使得U11輸出端為高電平給D觸發器，于是D觸發器就有一個上升沿，使得搶答信號經D觸發器觸發鎖存再經過譯碼器74ls48譯碼，把相應的信號顯示在數碼管上。另外，當選手松開按鍵后，D觸發器的Q非前一狀態為低電平，與在一起后給與門U11,使得U11的輸出端為低電平給D觸發器，則D觸發器的脈沖輸入端恢復原來狀態，從而使得其他選手按鍵的輸入信號不會被接收。這就保證了搶答者的優先性及搶答電路的準確性。當選手回答完畢，主持人控制開關S是搶答電路復位，以便進行下一輪搶答。2.顯示編號的電路 當有選手按下了開關后，快的那個選手的編號可以被輸出并記憶起來送到74ls48組成的編碼器和七段顯示器組成的顯示臺號電路中去顯示出選手編號。十進制或功能輸入BI/RBO輸出字形LTRBIDCBAabcdefg0123456789101112131415HHHHHHHHHHHHHHHHH×××××××××××××××LLLLLLLHLLHLLLHHLHLLLHLHLHHLLHHHHLLLHLLHHLHLHLHHHHLLHHLHHHHLHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHLHHLLLLHHLHHLHHHHHLLHLHHLLHHHLHHLHHLLHHHHHHHHLLLLHHHHHHHHHHLLHHLLLHHLHLLHHLLHLHLLLHHHLLHLHHLLLHHHHLLLLLLL0123456789亂碼消隱脈沖消隱燈測試×HL×L×××××LLLL××××LLHLLLLLLLLLLLLLLHHHHHH8（L低電平H高電平×任意電平）表1.七段LED譯碼驅動器7448功能表圖四圖四是封鎖電路和臺號顯示電路合在一起的電路圖，只有兩個合在一起才能很好的在一次答題中只顯示一個選手號。由于74ls175是低電平有效，可以將從74175輸出端，，，分別接到其1，2，3，4端，其余的5，6，7端均接高電平，這樣就可以形成，最高輸出4而不會出現顯示大于4的可能出現。由于其輸出以為低電平有效，正常情況下每個輸出經過一個非門后就可進行顯示編號。在復位狀態下臺號數碼管不作任何顯示（滅燈），所以必須要接74ls48。74ls48的功能表與電路分別如表1所示.3.脈沖產生電路利用555以及一些電容和電阻實現，使每秒產生一個CP上升沿。送給74ls175的CP端，最后數碼顯示。五、總電路工作原理及元器件清單1.總電路原理圖：2.元器件列表表1序號器件名稱數量備注174LS1751D觸發器2555定時器1連接成多諧振蕩與秒時鐘脈沖374LS211四腳與門474LS111三腳門574LS482譯碼器6開關按紐S57BCD七段顯示器1共陰極8電容29電阻710二極管6

六、仿真調試與分析本次設計的仿真我采用了protues仿真軟件做，我試過多個軟件如EWB，但是這個軟件能比較直觀地看出來每一個輸出輸入量是高電平還是低電平，而且連起線來也相對比較簡單，最好一點是兩個端口之間不一定要用線連而使用相同的網絡標號（即相同的名字）就相當于把線連了起來。仿真結果正確：七、成品調試把電路焊好后，首先是對照電路圖逐一檢查電路有沒有漏焊，經檢查發現有幾個管腳沒接，于是細心地接上。然后用萬用表逐一檢查有沒有虛焊或線路斷路或線路短路，但沒發現有虛焊等問題。下一步就接通電源調試，但電路完全沒反應，然后用萬用表逐個模塊進行檢查，發現有些管腳還沒接上，于是在對照電路圖細心地檢查，改進后再進行接電調試，先測試脈沖的輸出，正常，如圖4。宣告成品大功告成。圖4八、設計過程中的問題和解決辦法（1）在設計方案時，遇到了信號不能鎖存的問題。經過查找資料，了解如何通過D觸發器的輸出信號來反饋回D觸發器的脈沖端來進行鎖存。（2）當焊完電路調試時，發現74ls21的與Q3非連接的輸入端的是低電平。于是對照電路圖來逐一檢查，發現其他地方沒什么問題，就直接將21的那端輸入拉高，結果得到正確結果。九、設計成品的優點與不足優點：元器件較少，功能滿足要求不足：（1）在設計時，用了D觸發器來進行搶答信號的篩選和鎖存，在同時按下S0和S1時（其同時按下的幾率較小，其可精確到微秒甚至納秒級，但情況還是會存在的）會顯示“3”，而按S2時也會顯示“5”，所以顯示“5”的幾率大一點，但幾率很小。改良：可改用編碼器和鎖存器來代替D觸發器。（2）電路跳線較多，使得電路板外觀不好。改良：焊線路前應細心考慮元件的排布和線路的連接。十、心得體會這一課程設計使我們將課堂上的理論知識有了進步的了解，并增強了對數字電子技術這門課程的興趣。了解了更多電子元件的工作原理，如：74LS21、74LS48、74ls175等。但同時也暴露出我在知識上掌握不足等缺點。其次在此次設計過程中由于我們頻繁的使用一電子設計軟件如：protues等，因此使我熟悉了軟件的使用，同時在電腦的電子設計和繪圖操作上有了進一步提高。加上在設計過程中遇到了一些問題，使得我得查找相關資料，從而增長知識的同時增強解決問題和動手的能力，鍛煉我做事細心、用心、耐心的能耐。這一課程設計，使我向更高的精神和知識層次邁向一大步。所以在以后的學習生活中，我會努力學習，培養自己獨立思考的能力，積極參加多種設計活動，培養自己的綜合能力，從而使得自己成為一個有綜合能力的人才而更加適應社會。并且通過這次的實驗，讓我對以往所學的知識有了更深入的了解，設計電路圖，考