数电教学规划八人智力抢答器

华南理工大学广州学院

中兴3G学院

数字电子技术课程设计报告题目：八人智力抢答器

专业：通信工程

班级：

姓名：

学号: gdpnzzm@163,com

序号：

日期：2013年1 月

目录

一：设计目的 3 二：设计要求和设计指标3三：总体框图设计 3 四：功能模块设计和原理说明 4 五：总电路图与器件11 六：本设计改进建议12 七：总结（感想和心得等）13

一．设计目的

为了让学生更加深刻理解数字电子技术中的各项元器件的原理和运用，开展数字电子技术课程时间，增进学生对知识的理解和运用，增加学生学习兴趣。

二．设计要求和设计指标：

A: 抢答组数分为8组，每组序号分别为1，2，3，4，5，6，7，8，按键SB0～SB7分别对应8个组，抢答者按动本组按键，组号立即在LED显示屏上显示，同时封锁其他组的按键信号

B: 数字抢答器定时为30s，通过按控制键启动抢答器后，要求30s定时器开始工作，发光二极管点亮。

C: 抢答者在30s内进行抢答，则抢答有效，如果30s定时到时，无抢答者，则本次抢答无效，系统短暂报警。

三．总体框图设计

选手

四．功能模块设计和原理说明

本设计主要有555定时器产生的脉冲模块。还有30秒倒计时模块。倒计时模块的设计灵感来源于实验指导书的最后一个实验，电子秒表。八选一抢答模块，还有显示模块和反馈模块。

555定时器模块：

本模块利用书本中第八章，用555定时器组成多谐振荡器的知识，运用公式tpL=R2cln2=0.7R2C

tpH=(R1+R2C)LN2=0.7(R1+R2)C

f=0.7(R1+R2)C+0.7R2C

根据本次课程设计的要求，我们的555需要提供1Hz的时钟脉冲信号，所以我由公式设计得出该电路的电阻应为R1=R2=48K,C=10uf。

另外图中，10000pf电容即10nf电容是滤波电容。

555的脉冲输出口是3号口，我们并不是直接将555连接74LS192芯片，

而是通过一个开关之后，和一个与门之后连接74LS192。这样实现了暂停的功能。这部分将另外说明。

30秒倒计时模块：

30秒倒计时是主要是由74LS192完成功能，74LS192是一个十位加减计数器，本次课程设计中用到的功能是倒计时功能，所以我们将CPu口接高电平。低位片的CPd时钟信号由555定时模块提供。555提供1Hz脉冲让低位片进行倒数，实现1秒减一的功能。

而高位片的CPd时钟脉冲由低位片的TBO借位提供。当低位片芯片从0减到9时，会由TBO产生一个脉冲信号。此时高位片收到低位片的脉冲信号，高位片减一，继续等待下一个时钟脉冲TBO的到来。这样就实现了10秒减一的功能。

另外我们还在PL位接了一个按钮，这个按钮是实现30秒倒计时的置数功能，在实际适用中还充当开始键的功能，这部分功能将另外解说了。由于PL是低电平有效，所以一开始通过一个电阻接了一个高电平，当电阻接高电平到PL 口是，默认电阻为一条导线，当按键的时候按下的时候，VCC经过电阻到达地，此时PL为低电平，所以置位位有效。所以两块芯片分别被置位为如图所示的电压。即：

高位片的D3D2D1D0=0011;

低位片的D3D2D1D0=0000;

这样就实现了30秒的置数。

八人抢答功能模块：

八人抢答模块主要是有74LS148八选一优先编码器和74LS279RS锁存器实现。74LS148的真值表如下：

由真值表可知，当74LS148由无输入到有输入的变化中,GS由高电平变为

低电平，EO由低电平变为高电平。

我们利用E0的变化做成了一个反馈模块，实现了灭零的功能。这部分将在反馈模块中进行说明。

由于74LS148并没有锁存的功能，当优先级低的信号先按下去松开之后，又有了高优先级的信号，74LS148只会输出高优先级的信号，这样就不能实现抢答的公平性。我们就利用了74LS279的锁存功能实现了74LS148只能输入一次，不能重复触发的效果。

首先我们将74LS148的输出口A0A1A2分别连接74LS279的RS锁存器的S端。实现置数功能。而另外一端通过一个电阻连接高电平。

当R端无效的时候，由A2A1A0所输入的S1S2S3进行置位，此时

A2A1A0=S1S2S3；此时有反馈将S1&S2&S3反馈给74LS148的EI使能端，如果有输入，反馈结果为1，则输入使能无效，则无法再进行输入。

R端通过一个电阻连接VCC，另有一端如图所示通过按钮连接地。当按钮按下时候，R端有效实现清零作用，这时候EI使能端有效，从而实现了再次输入进行第二轮抢答功能。

（R端这部分在最后由于功能实现方法跟置数功能实现方法相同，而且起到的作用也都是进行第二次开始的按键，我们就将其合并为同一个按钮，以节省使用者操作次数。）

反馈模块：

反馈模块是实现电路功能的一个重要模块，所以再次单独说明。

反馈模块主要可以分为三个方面，一个是实现30秒倒计时的暂停功能，一个是实现30秒倒计时开始和八人抢答模块的输入使能控制，一个是实现灭零功能。

30秒倒计时到00秒的时候如果没有反馈模块，74LS192将自动减到99秒，而这跟我们的电路要实现的效果不一致。这就需要一个自动反馈的模块。不难观察，当30秒倒计时到00秒的时候，高位片的Q1Q0和低位片的

Q3Q2Q1Q0都是低电平，它们相或也是一个低电平。即

Q1+Q0+Q3+Q2+Q1+Q0=0。若此时与555时钟信号相与，则无时钟信号给低位片CPd，则74LS192不再进行计数。而其他时候，

Q1+Q0+Q3+Q2+Q1+Q0=1，则与555时钟脉冲相与之后，555时钟脉冲信号会跟原来一致。即：

555

CP 0

555

1

CP

而计数停止除了倒计时到0之外还有另外一种情况，就是当有人按下按键的时候应当停止倒计时。

这时联想到74LS148的拓展输出端GS的真值表。GS由没输入到有输入的过程，GS由高电平变为低电平，如果将其与555信号相与则555输出的型号经过与门之后就会变成了0，此时74LS192没有时钟脉冲信号，则74LS192不会进行倒计时。

30秒启动功能是由上述功能引申而来的，一开始置位PL位无效的时候，74LS192的输入电平全为0，输出电平也全为0，此时通过74LS32与门的555信号全为低电平，当按下开关按钮，置数之后输出的

Q1+Q0+Q3+Q2+Q1+Q0=1，则输出的波形和555的波形一致。

与此同时，由于当元器件是第二次启动的时候，74LS27可能保留有上次锁存的数据，这时候需要给锁存器一个清零的信号同时实现74LS148的能够重新输入，这时候由于Q1+Q0+Q3+Q2+Q1+Q0=1通过一个反相器之后则为0，所以EI输入使能有效，则74LS148能重新输入，进行第二次抢答。

我们将启动功能和清零功能结合在一起，减少了按键操作次数，大大简化了电路还有按键操作次数，这是本设计的一大亮点。

原理图如下：

灭零功能：

八人抢答电路中，当没有抢答信号的时候，输出型号为HHHH，与输入为0时相同，这样会造成混淆，但是同时EO的电平在无输入时候和有输入时候是不同的，我利用了这一点，做了一个反馈电路，将EO反馈给RBI和RBO，从而实现无输入时候的灭零功能。

显示模块：

显示模块是由74LS48七段译码显示驱动器和共阴（CK）八段数码管组成的。由于我们使用的是八段数码管，所以我们的“.”不需要用到，所以我们将数码管的.接零，以达成跟我们仿真图一样的效果。

其次，我们在数码管与驱动器之间链接了200欧电阻，以实现限流，避免烧坏二极管。在实际操作中，由于使用了100欧电阻，烧坏了一个数码管，这

是一个深刻的教训。

74LS48 主要是将二进制的数转化为七段数码管的显示引脚电压。

74LS48的引脚图为：

74LS48的真值表如下：

在倒计时模块中，我们没有设置灭零功能，因为这可以给我们一个开始的信

号，而在八选一抢答模块中，我们采用了这种功能，利用GS电位的变化来控制RBI/RBO的电位变化。从而实现灭零功能。此功能在反馈模块中说明，在此不再重复说明。

五．总电路图与器件

总电路图如下：

总电路如上，总电路可以分为两大部分，一个是30秒倒计时部分，一部分是八选一抢答功能模块，两个模块由反馈模块进行连接。

元器件的清单见下页

该元器件清单有ISIS仿真自动生成，实际应用中，LED灯采用红色LED灯。六．本设计改进建议

在实物连接过程中，由于PCB板布线出现问题，临时改用万用板，用杜邦线进行连接。但是由于杜邦线接触不好，有时候暂停的按键会有出现直接清零的现象，建议再次试用PCB板进行制版完成电路功能。

由于时间紧促，在后期操作中，8人抢答功能出现故障，由于时间紧促，电路检修不够，建议再次检查按键，以完成所有功能。主要是利用PCB板，排除干扰，便于检查。由于此一大模块的出错，我们的电路只完成了30秒倒计时的功能。

由于时间紧促，队员都是通宵熬夜制作板，在有些板的布线上不美观，而且在清零功能的实现上，没有使用按键，而是使用杜邦线，这样操作起来不方便，建议使用按键清零。

由于反馈模块中，有一部分电路出现了故障，在后期我们将其临时修改方案，让其无反馈。本是实现有按键就停止计数，后期没有实现。这部分需要检查电路并进行改进。

555模块中的1Hz波形可以变成10Hz波形，然后再通过74LS160进行分频，从而达到更精确的时间倒计时。

七.总结（感想和心得等）

数字电子技术课程设计评语