数电设计实验报告

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目录

1 设计任务与要求-------------------------------------------------------------------------------1 1.1 基本功能--------------------------------------------------------------------------------------1

1.2 扩展功能--------------------------------------------------------------------------------------1

2 设计原理----------------------------------------------------------------------------------------1 3设计分析-----------------------------------------------------------------------------------------2 3.1 抢答电路--------------------------------------------------------------------------------------2 3.2 定时电路--------------------------------------------------------------------------------------

3 3.3 报警电路-------------------------------------------------------------------------

4 3.4 时序控制电路-------------------------------------------------------------------

5 4设计结果----------------------------------------------------------------------------------------

6 5制作结果-----------------------------------------------------------------------------------------

7 6学习心得-----------------------------------------------------------------------------------------

8 7参考文献-----------------------------------------------------------------------------------------9

8路智力竞赛抢答器的设计

1 设计任务与要求

1.1 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，其编号分别是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、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，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示选手的编号，同时扬声器发出音响提示此外．要封锁输人电路，禁止其他选手抢答，并将优先抢答选手的编号—直保持到主持人将系统清零为止。

1.2 扩展功能

（1）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间长度可以由主持人设定（如30 s）。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音响，音响持续时间为0.5 s左右。

（2）参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效；有效抢答结束定时器停止工作．显示器上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，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后做无效抢答，时间显示器上显示00。

2 设计原理

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，即开始抢答后，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，禁止其他选手抢答；扩展电路完成定时抢答的功能。

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图1 定时器总体框图

图1所示的定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间；当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，扬声器发出音响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时开始。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手在超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：

（1）优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码电路显示编号；

扬声器发出短暂音响，提醒节目主持人注意。

（2）控制电路要对输人编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答。

（3）控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余抢答时间．并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关．使系统回复到禁止工作状态，以便进行下—轮抢答。

3设计分析

3.1 抢答电路

抢答电路的功能有两个：—是能分辨选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他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。

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图2 抢答器电路

其工作原理是：当主持人的控制开关处于“清除”位置时，RS 触发器的R 端为低电平，输出端（4Q ～1Q ）全部为低电平，于是74LS48的RBI ＝0，显示器灭灯；74LS48的选通输入端ST ＝0， 74LS48处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人将开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端7I 、··· 、0I 输人信号。当有选手将键按下时（如按下S 5，74LS148的输出012Y Y Y ＝000，EX Y ＝0，经RS 锁存器后，CTR ＝1，B ＝1，74LS279处于工作状态； 4Q3Q2Q ＝101，经74LS48译码，显示器显示“5”。此外，CTR ＝1，使74LS148的ST 端为高电平．74LSl48处于禁止工作状态，封锁了其他按键的输人。当选手按下的键松开后，74LS148的EX Y 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，其他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，以便进行下一轮抢答。

3.2 定时电路

节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间长度，通过预置时间电路对计数器进行预置。现选用十进制同步加／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，具体电路如图3所示。电路工作原理请同学们根据数字电路课程所学自行分析。

图3 可预置时间的定时电路

3.3 报警电路

由555定时器和三极管构成的报警电路如图4所示。其中555定时器构成多谐振荡器，振荡频率为

C

R R R R f

C 1

2

1

210

)43

.12

ln )2(1

2(+≈

+=

其输出信号经三极管推动扬声器。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。

图4 报警电路

4

3.4 时序控制电路

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人正常工作状态。

（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。

根据上面的功能要求以及图2和图3，设计的时序控制电路如图5所示。

（a）抢答定时电路的时序控制电路（b）报警电路的时序控制电路

图5 时序控制电路

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的输人使能端ST。图2-15（a）的工作原理是：主持人将控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时．来自于图2-12中的74LS279的输出CTR＝0，经G3反相，A＝l，则从555输出瑞来的时钟信号CP能够加到74LS192的CP D时钟输人端，定时电路进行递减计时；同时，在

BO＝1，门G2的输出ST＝0，定时时间未到时，来自图2-13中74LS192的借位输出端

2

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键时，CTR＝1，经G3反相，A＝0，封锁CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出ST＝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BO＝0，ST＝1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。

时，来自74LS192的

2

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。

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4、设计结果

通过multisim软件对所要设计进行仿真，从而验证自己设计的时钟电路在实际制作后能否正常工作，也为实际制作提供了末班图纸。

5、制作结果

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6、心得体会

在这个星期，我们组设计并制作了8路智力竞赛抢答器，这一次不是我们第一次进行焊接，但无疑是最困难的一次。在上次音箱的制作中，我遇到了很多的问题，所以想在这次操作中少犯些错误，但事与愿违，这次的操作与自己想象中完全不同。

在实际操作中，当看到那么多的集成芯片，当时真的很恐惧，但是必须硬着头皮完成我们的任务。在焊接的工作中遇到了很多困难，不是接线没接好就是管脚接线错误。在第一次焊完电板后连通电源，结果没有一点反应，在检查了一遍又一遍，也由于没有很好的规划线路的走向，使电路板乱七八糟，皇天不负有心人在检查了很多遍之后，终于有了反应。

由于时间的原因和一些个人原因，没有做好当有人抢答后锁住时间的电路的接线，说实话真的很遗憾也很失落，但我们真的努力了，也许是自己平时没注意专业课的要点和基础知识的积累吧。对知识点掌握不牢才导致这样的后果的。所以，以后我一定会注重专业课的知识要点的。同时，这次实训也加深了我对74LS192、74LS148、74LS00、74LS11、74LS04、555等集成芯片的进一步的了解。让我对这门课有了更多的认识。

通过这次对8路智力竞赛抢答器的设计，让我受益非浅。首先深入的了解了设计电路的程序。同时加深了对芯片的了解及其应用。将书本上面学到的知识和实际应用相结合。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，但是由于时间方面的原因，我们没有完全按照最初的要求严格来做，因而还有很多问题我们没有发现，也还有很多知识我们没有接触到。这对我们来说也是一个遗憾把。所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。

这次实训也再次让我看到理论与实践的差别和联系，理论固然重要，然而我们要在实践中发现错误并解决错误，也提高了自己的动手能力和实际解决问题的能力。无任最后结果是怎样，你参与了，你就肯定有收获。在这几天可以说是废寝忘食的实训中，我也收获了许

多，我仍然记得将设计做出来的时候，那种喜悦的心情是难以形容的。

生活中，我们也会遇到种种的挫折，但我相信，只要我们以严谨的态度，坚持不懈的努力，相信胜利就在不远方。

7、参考文献

1）、10电自数字电子技术课程设计任务书

2）、https://www.360docs.net/doc/5c7276681.html,/hzbupin.html

3）、https://www.360docs.net/doc/5c7276681.html,/view/c56ec7d1360cba1aa811da21.html

4）、https://www.360docs.net/doc/5c7276681.html,/p-213758315498.html

5）、https://www.360docs.net/doc/5c7276681.html,/p-312915793.html