(完整word版)四人竞赛抢答器实验报告

数电课程设计实验报告

设计课题:四人抢答器

学院:信息工程学院

专业：通信工程

班级：

学号：

姓名：

指导老师：

四人抢答器实验报告

一．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。

二．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，并分别让四盏LED亮来表示，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，显示不同选手的灯会亮。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所代表的的LED灯亮。

4.可用555定时器产生频率为1k H Z的脉冲信号，作为触发器的CP信号。三．四人竞赛抢答器电路原理及设计

系统原理框图：

1、设计方案

抢答器具有锁存、响铃、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，同时用代表不同选手的LED显示出来，蜂鸣器响铃。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、编号灯显示，响铃。

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，同时代表不同选手的LED灯电路亮，蜂鸣器鸣叫；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，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过相应的LED显示，把相应的信号显示出来。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）报警电路

由74ls20和蜂鸣器构成的报警电路，如下图所示。其中A1的脉冲输入端是由复位信号和Q非的与信号和借位信号与在一起来提供的。当其中一个信号为低电平时，使得A1得到一个下降沿脉冲，从而使A1的Q端输出一个宽度为一秒的高电平，那么蜂鸣器就会响一秒。反之，电路停振，蜂鸣器不响。

报警电路

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1Q ，2Q ，3Q ，4Q 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74ls48。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CP上升沿。送给74ls175的CP端，最后数码显示。

五、总电路工作原理及元器件清单

1.总电路原理图：

电路PCB图：

2.元器件列表

表1

序号器件名称数量

1 74LS175 1

2 555定时器 1

3 74LS00 1

4 74LS20 1

5 开关按纽S 6

6 蜂鸣器 1

7 电容 2

8 电阻11

9 二极管 6

六、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

七、设计过程中的问题和解决办法

（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。

八、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）布线时把线布得小与紧密，焊接技术有待提高，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。

九、心得体会：

这次的课程设计，总的来说就是受益匪浅，因为通过这一课程设计，我们对理论知识有了进步的了解，并且深刻体会到科技的神奇，简简单单的几个元器件，通过某种电路途径就组成了我们我们以前认为很不可思议很高端大气的设备，四人抢答器，以前自己从不敢想象这设备自己也能制作得出来，所以当调试成功的那一刻，心情久久不能平静。

通过这次动手的过程，我了解了更多电子元件的工作原理，如： 74ls175 、555等。但同时也暴露出我在知识上掌握不足等缺点。其次在此次设计过程中由于我们频繁的使用一电子设计软件如：protues99，因此使我熟悉了软件的使用，虽然最后图我还是没有能自己独立画出来，最后请教了不少同学，但我觉得自己在电子设计和绘图操作上有了进一步提高。加上在设计过程中遇到了一些问题，使得我得查找相关资料，从而增长知识的同时增强解决问题和动手的能力，锻炼我做事细心、用心、耐心的能耐。这一课程设计，使我向更高的精神和知识层次迈向一大步。所以在以后的学习生活中，我会努力学习，培养自己独立思考的能力，积极参加多种设计活动，培养自己的综合能力，从而使得自己成为一个有综合能力的人才而更加适应社会。并且通过这次的实验，让我对以往所学的知识有了更深入的了解，设计电路图，考察的是自己对器件功能的认识以及自己的逻辑思维能力，连接电路，考验的是自己的耐心，而分析电路，就考察的是自己对各部分电路以及整个电路的认识，对各部分功能的准确分析。实习的过程中肯定少不了问题，通过对问题的分析研究，可以更好的认识电路，当然，和同学一起研究出现的问题，也可以学到他们分析问题的方法，可以更好的把握整个电路。总之，这次课程设计很好的体现了一个人分析问题和解决问题的能力。对这次实验的总结就是一定要细心，要有耐心，更要有恒心。

还有，这次的实验我们小组是两名女生，所以遇到的困难也是比较多，但我们互相勉励，共同进步，最终成功地完成了任务。