八路抢答器 最全版

目录

前言 (2)

摘要 (3)

一、实验目的 (4)

二、设计要求与内容 (4)

三、设计及原理 (4)

3.1 总体方案设计 (4)

3.1.1 设计思路 (4)

3.1.2 总电路框图 (5)

3.2 各模块设计方案及原理说明 (5)

3.2.1 抢答电路 (5)

3.2.2 倒计时及报警电路 (12)

四、电路实验与调试 (14)

五、设计总结 (15)

六、课设感受 (16)

参考文献 (17)

附录

1..元器件清单 (18)

2.元件引脚图 (19)

3..总电路图 (21)

前言

进入21世纪越来越来多的电子产品出现在人们的日常生活中，例如企业、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛, 抢答记分器是必要设备。过去在举行的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。人们于是开始寻求一种能不依人的主观意愿来判断的设备来规范比赛。因此，为了克服这种现象的惯性发生人们利用各种资源和条件设计出很多的抢答器，从最初的简单抢答按钮，到后来的显示选手号的抢答器，再到现在的数显抢答器，其功能在一天的趋于完善不但可以用来倒计时抢答，还兼具报警，计分显示等等功能，有了这些更准确地仪器使得我们的竞赛变得更加精彩纷呈，也使比赛更突显其公平公正的原则。

今天随着科技的不断进步抢答器的制作也更加追求精益求精，人们摆脱了耗费很多元件仅来实现用指示灯和一些电路来实现简单的抢答功能，使第一个抢答的参赛者的编号能通过指示灯显示出来，避免不合理的现象发生。但这种电路不易于扩展，而且当有更高要求是酒无法实现，例如参赛人数的增加。随着数字电路的发展，数字抢答器诞生了，它易于扩展，可靠性好，集成度高，而且费用低，功能更加多样话，是一种高效能的产品。而如今在市场上销售的抢答器大多采用可编程逻辑元器件，或利用单片机技术进行设计，本次设计主要利用常见的74LS系列集成电路芯片、CD系列集成电路芯片和555芯片，并通过划分功能模块进行各个部分的设计，最后完成了八路智力竞赛抢答器的设计。

摘要

介绍了数码显示八路抢答器电路的组成、设计及功能，电路采用74系列常用集成电路进行设计。该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有定时、计时和报警功能。主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间，系统将完成自动倒计时。若在规定的时间内有人抢答，则计时将自动停止；若在规定的时间内无人抢答，则系统中的蜂鸣器将发响，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能，若超过抢答时间则抢答无效。

该抢答器主要运用到了编码器，译码器和锁存器：它采用74LS148来实现抢答器的选号，采用74LS279芯片实现对号码的锁存，采用74LS192实现十进制的减法计数，采用555芯片产生秒脉冲信号来共同实现倒计时功能，然后实现报警信号的输出。

通过课程设计提高和巩固了所学的专业知识，以及知识的综合应用和焊接技术。

关键词: 抢答器编码译码定时报警

八路数字抢答器

一、实验目的

通过八路数字抢答器的设计实验，要求学生回顾所学数字电子技术的基础理论和基础实验，掌握组合电路、时序电路、编程器件和任意集成电路的综合使用及设计方法，熟悉掌握优先编码器、触发器、计数器、单脉冲触发器、555电路、译码/驱动电路的应用方法，熟悉掌握时序电路的设计方法。达到数字实验课程大纲所要求掌握的基本内容。

二、设计要求与内容

在许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光或音响等多种手段指示出第一抢答者。

（1）设计制作一个可容纳8组参赛的数字式抢答器，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。

（2）电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人系统发出抢答指令后，若参赛者按抢答开关，则该组指示灯亮并用组别显示电路显示出抢答者的组别，同时指示灯(发光二极管)亮。此时，电路应具备自锁存功能，使别组的抢答开关不起作用。

（3）若超时仍无人抢答，则报警指示灯熄灭。

三、设计及原理

3.1 总体方案设计

3.1.1 设计思路

①本题的根本任务是准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可选择使用触发器或锁存器等。在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信

号无效。同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。

②当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，也可以用发光二极管直接指示出组别。

③在主持人没有按下开始抢答按钮前，参赛者的抢答开关无效；当主持人按下开始抢答按钮后，开始进行30秒倒计时，此时，若有组别抢答，显示该组别并使抢答指示灯亮表示“已有人抢答”；当计时时间到，仍无组别抢答，则计时指示灯灭表示“时间已到”，主持人清零后开始新一轮抢答。、

3.1.2 总电路框图

图 3-1总电路框图

3.2 各模块设计方案及原理说明

3.2.1 抢答电路

此部分电路主要完成的功能是实现8路选手抢答并进行锁存，同时有相应发光二极管点亮和数码显示。

使用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 来完成。该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关S 置

于"清除"端时，RS 触发器的 R、S 端均为0，4 个触发器输出置0，使74LS148 的优先编码工作标志端＝ 0，使之处于工作状态。当开关S 置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148 的输出经RS 锁存后，CTR=1,RBO =1, 七段显示电路74LS48 处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR ＝1，使74LS148 优先编码工作标志端＝１，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148 的此时由于仍为CTR＝1，使优先编码工作标志端＝1， 5 所以74LS148 仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。只要有一组选手先按下抢答器，就会将编码器锁死，不再对其他组进行编码。通过74LS48译码器使抢答组别数字显示0-7。如有再次抢答需由主持人将S 开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。

原理图如下：

图 3-2 抢答模块原理图

RS触发器：

1.保持状态。当输入端接入S=R=1的电平时，如果基本SR触发器现态Q=1、Q=0，

则触发器次态Q =1、Q =0；若基本SR 触发器的现态Q =0、Q =1，则触发器次态Q =0、

Q =1。即S =R =1时，触发器保持原状态不变。

2. 置0状态。当S =1，R =0时，如果基本SR 触发器现态为Q =1、Q =0，因R =0，

会使Q =1，而Q =1与S =1共同作用使Q 端翻转为0；如果基本SR 触发器现态为Q =0、

Q =1，同理会使Q =0，Q =1。只要输入信号S =1，R =0，无论基本SR 触发器的输出现态如何，均会使输出次态置为0态。

3. 置1状态。当S =0、R =1时，如果触发器现态为Q =0、Q =1，因S =0，会使G 1

的输出端次态翻转为1，而Q =1和R =1共同使G 2的输出端Q =0；同理当Q =1、Q =0，也会使触发器的次态输出为Q =1、Q =0；只要S =0、R =1，无论触发器现态如何，均会将触发器置1。

4. 不定状态。当S =R =0时，无论触发器的原状态如何，均会使Q =1，Q =1。当脉冲去掉后，S 和R 同时恢复高电平后，触发器的新状态要看G 1 和G 2两个门翻转速度快慢，所以称S =R =0是不定状态，在实际电路中要避免此状态出现。基本RS 触发器的逻辑图、逻辑符号和波形图如图1-7所示。

（a ）逻辑图 (b) 逻辑符号 (c) 波

&

&

Q

Q

G 1

G 2

R

S

S R

R

S

Q

Q

R

S

Q

置0

置1

保持

表 3-1 74LS148真值表

4LS148的输入端和输出端低电平有效。0I ~7I 是输入信号，2Y ~0Y 为三位二进制编码

输出信号，S I ＝1时，编码器禁止编码，当S I ＝0时，允许编码。S Y 是技能输出端，只有

在

S I ＝0，而0I ~7I 均无编码输入信号时为0。EX Y 为优先编码输出端，在S I ＝0而0I ~7

I 的其中之一有信号时，EX Y ＝0。0I ~7I 各输入端的优先顺序为：7I 级别最高，0I 级别最

低。如果

7I ＝0（有信号），则其它输入端即使有输入信号，均不起作用，此时输出只按7

I 编码，2Y 1Y 0Y ＝000。优先编码被广泛用于计算机控制系统中，当有多个外设申请中断时，

优先编码器总是给优先级别高的设备先编码。

输 入

输 出

s I

0I

1I

2I

3I

4I

5I

6I

7I

2Y

1Y

0Y EX Y s Y

1 X X X X X X X X 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 X X X X X X X 0 0 0 0 0 1 0 X X X X X X 0 1 0 0 1 0 1 0 X X X X X 0 1 1 0 1 0 0 1 0 X X X X 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 X X X 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 X X 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 X 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

译码显示电路

CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，特点如下：

具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。

其功能介绍如下：

BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。

LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。

LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。

A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。

a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。

CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。

1. CD4511的引脚

CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED.各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示 a、b、c、d、e、f、g。左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。

2. CD4511的工作原理

1.CD4511的工作真值表如表3-2

2.锁存功能

译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。当LE为“0”电平导通，TG2截止；当LE为“1”电平时，TG1截止，TG2导通，此时有锁存作用。如图3-3

（3）译码

CD4511译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数

据B、C进行组合，得出、、、四项，然后将输入的数据A、D一起用或

非门译码。

（4）消隐

BI为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使B端输出为低电平，字形消隐。。

输入输出

LE BI LI D C B A a b c d e f g 显示X X 0 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 8 X 0 1 X X X X 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 2 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 3 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 4 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 5 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 6 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 7 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 8 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 9 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐

0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 消隐

1 1 1 X X X X 锁存锁存

表3-2 CD 4511的真值表。

3.2.2 倒计时及报警电路

原理图如下：

该部分主要由555 定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192 减法计数电路、74LS48 译码电路和 2 个 7 段数码管即相关电路组成。完成的功能是当主持人按下开始抢答按钮后，进行30s倒计时，到0s时倒计时指示灯亮。当有人抢答时，计时停止。两块74LS192 实现减法计数，通过译码电路 74LS48 显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74LS192 的预置数控制端实现预置数30s，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管上，

当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。

图3-6 555定时器连接

由555定时器和三极管构成报警电路。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo＝ 1.43／［（RI＋2R2）C］，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。

控制输入信号为经过编码的抢答选手的信号，当有人在有效时间内抢答时，定时时间到时无人抢答时，输入信号为高电平，报警电路发出报警信号；反之，输入信号为低电平时，报警器不工作。

四、电路实验与调试

4.1焊接

通过实验原理图进行实物焊接，焊接时能深刻体会到焊接工艺的重要性：各个芯片的引脚功能不能混淆，必须了解各个芯片的使用方法，内部结构以及使用时的注意事项，该接电源的一定要接电源，该接地的一定要接地，且不能有悬空。同时在电路板上要预先确定电源的正负端，便于区分及焊接。正确焊接各芯片个管脚连接必须查阅各种资料并记录，以确保在焊接过程和调试过程中芯片不被烧坏，同时确保整个电路的正确性。在焊接完后每块芯片都用万用表检测，看是否有短接等，还有焊接时要尽量使布线规范清晰明了，这样才有利于在调试过程中检查电路。

4.2 调试中出现的问题及解决方法

（1）显示电路不稳定问题

在完成电路的焊接进入调试阶段时发现抢答器数码管显示选手编号不稳定。主要表现在单选手按下抢答键后数码管显示的不是选手当前号码。因此着手对电路进食检查，首先检查数码管看是否是关节焊接错误，后又检查电路各个芯片管脚接错均未发现问题，最后发现当触动某按键连线时显示正常由此判断可能是因为出现了虚焊，遂将电路各焊点又仔细焊接了一遍，此时电路显示正常。

（2）控制开关无法控制电路

在调试是发现当按下主持人开关时电路断电，当松开后数码管显示始终为7，经过一个多小时对电路用万用表逐个检查，发现是开关触焊接错误，通过改正焊接后电路能正常工作。（3）数码管不能正常倒计时

在进入定时电路调试时，发现数码管不能正常倒计时，出现乱码。对这问题我们检查了芯片是否完好，电路界限是否正确均未发现问题，后发现是由于在焊接时焊线有些地方出现部分短接，于是就将焊线重新理清，数码管也能正常工作了。

五、设计总结

本次电子课程设计实习将理论与实践有机地结合，既考查了同学对理论知识的掌握程度，由反映了实际动手能力，更主要的是考查了同学对知识的综合运用以及创新设计思维能力，为今后的发展提供了一次良好的学习环境。

针对课设题目八路抢答器，一开始还没有头绪，不会运用所学知识进行有效设计，但通过上网查阅各种类似的设计，去图书馆翻阅相关设计书籍，查阅所提供的芯片功能，确定基本设计方案，又通过仿真验证试验方案的可实行性，虽说比较烦杂但却对设计一个电路有了基本的经验。同时也使自己认识到：

1、设计思路是整个设计的灵魂

拿下每个课题能有一个非常清晰的设计思路是至关重要的。只有对课题的充分理解，对各种器件的熟练掌握，勾画出基本的设计图是成功的关键，，必须多花时间在设计上才能为后续工作提供更扎实的基础。翻阅各种资料，上网查询填补所需知识的空白是必要的。

2、焊接制作必须精益求精

焊接必须精益求精，一丝不苟，一点的差错都可能导致实验结果错误，因此必须准确无误还要工整，这样才能在调试中能比较轻松进行，也是整个电路可看性更好。

3、调试

调试工作是个精细工作。在调试过程中，有些问题是芯片本身损坏引起的，也有些是因为焊接问题引起的等因此排查过程需要特别有耐心，通过对芯片功能的检验，对焊点的检查最后检查出问题所在。当最后解决问题时，电路的正确是非常振奋，也很有成就感和满足感。

4、建议

设计的作品主要是用74系列集成芯片来完成的，在焊接的过程中由于芯片的引

脚过多，布线工作不是很方便。有时候还因为某一跟线没有焊牢，造成电路的不稳定，这些都是有待改进的。

六、课设感受

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，数电模电相结合的产品在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握这类产品的开发技术是十分重要的。

回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说三极管PNP管脚不懂怎么放置，不懂分得二极管的正负极，对CD4511的原理掌握不扎实……通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。

这次课程设计终于完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在马志刚老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在马志刚老师的身上我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！

参考文献

【1】马双宝.protel 99 SE原理图与PCB设计。人民邮电出版社。【2】康华光.电子技术基础（数字部分）第五版.高等教育出版社. 【3】康华光.电子技术基础（模拟部分）第五版.高等教育出版社. 【4】谢自美.电子线路设计实验测试.华中科技大学出版社.2000 【5】高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社.2002【6】赵保终.中国集成电路大全（TTL集成电路）.国防工业出版社

附录一：元件清单

序号类型数量

1 74LS279（RS锁存器） 1

2 CD4511（4线—7段译码驱动器） 3

3 74LS148（8线—3线优先编码器） 1

4 74LS192（十进制可逆计数器） 2

5 CD4011（四二输入与非门） 1

6 NE555 1

7 晶体管8550 1

8 七段数码管（共阴极） 3

9 单刀双置（触发开关） 1

10 发光二极管 1

11 扬声器 1

12 单刀单置（输入开关）8

13 电阻（100Ω）30

14 电阻（56KΩ） 1

15 电阻（68KΩ） 1

16 电阻（6.8KΩ） 1

17 电阻（46KΩ） 1

18 电容（0.01μF） 1

19 电容（10μF） 1

附录二：74LS148的引脚图和逻辑功能表

附录三： 74LS279

的逻辑功能表和引脚图

附录四： 74LS192的逻辑功能表和引脚图

74LS192芯片的引脚图

附录五：NE555的引脚图

附录六：CD4511的引脚图

共阴数码管引脚图

555定时器引脚图