课程设计八路数字抢答器

电子课程设计
八路数字抢答器
学院：专业班级: 姓名：
学号：指导教师:
2013年12月
一.设计任务及要求--------------------- 2
二.总体框图 -------------- 2
三.选择器件 -------------- 3
四.功能模块 -------------- 6
五.总体设计电路图--------------------- 9
六.收获心得与体会--------------------- 12
八路数字抢答器
第一部分设计任务与要求
一个可供八个人抢答的多路抢答器，可以显示优先抢着的序号，并同时有灯光提示。

当一次抢答完毕，可由主持人按复位键重新开始下一次抢答。

（1）抢答器同时供8名选手或8组选手比赛，他们的编号分别是0、1、2、
3、4、5、6、7;
（2）设置一个系统清零和抢答器控制开关，该开关由主持人控制；
（3）抢答器具有锁存和显示功能，即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示。

（4）设置指示灯，有人抢答则灯亮。

第二部分总体框图
1、总体框图
图1抢答电路原理图
如图1所示为总体方框图。

其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清零”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器显示0,主持人将开关置“开始”状态，宣布"开始"抢答器工作。

选手开始抢答到抢答完成：优先判断、编号锁存、编号显示。

当一轮抢答之后，禁止二次抢答。

如果再次抢答必须由主持人再次操作"清除"和"开始"状态开关。

2、设计思路
本题目的根本任务是准确判断出第一个抢答者并将其锁存。

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，第一个抢答信号应该在主持人发出抢
答命令之后才有效
当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码电路及数码显示电路显示出抢答者的组别，同时该组的指示灯亮。

需等主持人清零后开始下一轮抢答。

第三部分选择器件
选择的器件如表1所示。

表1 器件使用表
主要器件说明:
1、74LS148
74LS148逻辑符号如图2所示。

7
£
14
图2 74LS148逻辑符号
74LS148内部原理如图3所示
图3 74LS148内部原理图
74LS148逻辑功能表如表2所示。

表2 74LS148逻辑功能表
逻辑功能说明：当EI输入高电平时，输出全为高电平；
当EI输入低电平时，对最大输入数字进行优先编码，输出信号为低电
平有效的3位二进制编码。

2、74LS279 74LS279逻辑符号如图4所示
图4 74LS279逻辑符号
74LS279内部原理图如图5所示
图5 74LS279内部原理图
74LS279逻辑功能表如表3所示
表三74LS279逻辑功能表
逻辑功能说明：输入S1 &S2高电平，R高电平，输出为Q,有保持的功能；
输入S1&S2低电平，R高电平，输出为高电平，有置1的功能;
输入S1&S2高电平，R低电平，输出为低电平，有置0的功能; 输入
S1&S2低电平，R低电平，输出为不存在，不允许。

3、74LS04 74LS04逻辑符号如图6所示。

U2A；
—A - 1—-
74LS04D
图6 74LS04逻辑符号
74LS04逻辑功能如表4所示。

表4 74LS04逻辑功能表
逻辑功能说明：输入低电平，输出高电平;
输入高电平，输出低电平。

第四部分功能模块
1.开关阵列电路
电路如图7所示，该电路由多路开关所组成，供抢答者使用，每一抢答者与一个开关相对应（开关J1 —J8的代号分别是0、1、2、…6、7，即抢答者的组号，便于主持人看到显示器上的数字后，能准确宣布谁是优先抢答者）。

开关应为常开型，当按下开关时，开关闭合；当松开开关时，开关自动弹出断开。

图7 开关阵列电路
2.触发锁存电路
电路如图8所示，当某一开关被按下时，触发锁存的电路被触发，在输出端产生相应的开关电平信息。

同时为了防止其它开关随后触发而产生紊乱，让最先产生的输出电平返回来将触发锁存器的电路锁定。

若有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，结果只能是它们中的任一个产生有效输出，任然达到了优先判断的效果。

74LS279N
触发锁存电路
3. 数码显示器电路
数码管通常有发光二极管（LED ）数码管和液晶（LCD ）数 码管。

LED 数码管是目
前最常用的数字显示器，它分为共阴管和共阳 管。

一个LED 数码管可用来显示一位0〜9十进制数和一个小数点。

小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显 示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为2〜 2.5V ，每个发光二极管的点亮电流在5〜10mA 。

LED 数码管要显示BCD 码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要 完成译码功能，还要有相当的驱动能力。

本设计提供的为LED 数码管，电路如图9所示。

它显示最先抢 答者的相应的代号，方
便主持人宣布最先抢答者。

I 0123 4*567E
U1
74LS14ED
U4A
-1S3
1Q1
74LS279N
U2A
131
J2-
14 012 so AAA GE
~1S1 -1S2
-1R1
*1S1
-1S2
1Q2 -1S3
U3
4. 指示灯电路
图10 指示灯电路
第五部分 总体设计电路图
1、总电路图
抢答器电路如图11所示。

该电路完成三个功能：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；二是禁止其他 选手操作，使按键无效；三是后边的指示灯亮
图9 数码显示器电路
该部分电路由8个非门及8个指示灯组成，如图 10所示•当开关
闭合时，输入的为低电平，通过非门后变成高电平， 灯亮。

U12A X1 >
r.
19
,
X4 -n > .
22
>
- 23 _
X8
9
74LS04D
74LS04D
U11A
20__X3Q
2.5 V
-o 2.5 V U10A
74LS0AD
USA
74LS04D
2.5 V
USA
U6A
U7A
2.5 V
X7 -o 2.5 V A ・
74LS04D USA 74LS04D
工作过程：开关J 置于“清除”端时，RS 触发器的R 端均为0，4个触发器 输出置
0,使74LS148的使能端输入端为0,使之处于工作状态。

当开关J 置于 “开始”时，抢答
器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下
J3），
74LS148的输出 Y 2YY 0 =01°，Y EX = 0,经 RS 锁存后,2Q=1, BI -1 ,74LS148 处于工
作状态，5Q4Q3Q=1Q1且1Q=Q 则经译码显示为“ 2”，而J3闭合，X3的指示 灯也会亮。

此外，2Q=1,使74LS148的使能端输入端为1,处于禁止状态，封 锁其他按键的输入。

当按键按下时，74LS148的Y EX =1此时由于仍有2Q=1， 使能输入端为1,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。

如有再次抢答需由主持人将 J9开关重新置于“清
除”然后再进行下一轮抢答。

图11总体电路图
2、性能指标测量及记录
当主持人开关J9闭合再打开时显示器“清零”如图12，此时仿 真电路处于开始
抢答状态。

X4
2.15 V X5
Y
2.5 V X€ -o Z.5 V
U12A
74LSD4D 74LSD4D
U11A U10A
4ET
USA
22
T4L5MO
F4LS0dD
USA
ZMSDdlD UEA 74LSD4D
o
?.S V 2.E V 20
■1X1 -■151 7S2
辺鼻3
爺U
品
I --™ Bl] <s E T I
亠
-1*
1kQ
图12
“清零”状态下的电路
当参赛者闭合J8时显示器显示“ 7 ”，如图13所示，此时其他 选手无论是否
抢答显示数字已被锁存不会在改变，要想再次开始，需 要主持人按下开关“清零”再按“开始”才能进行下一轮抢答。

XI
KfiT - 3
-o
74LS04D 2.G V XS 2.5V
祈-0;9
弭
10
~4Ll ：4a^
K
7JLS27SH
vcc
-L ie
w
LHO 鼎
1kD
21
22
FAL 50^0
f4LSD4D
nn
74LSQ4D U11A 74LSQ4D □$A -& T4L504D
LJ12A
2.S V
2.5 V
USA
fALSOJD
U5A 74LSD4D
?3
IMA
74JL5273IJ
U2A
:.■
u
图13 抢答中的电路
3、硬件操作
由于条件有限，实验室并没有足够的全部芯片，所以我不得不使 用与非门74LS00 ,
74LS10，来代替74LS279，这时问题就来了，因为 事先准备的不够充分，并没有带来74LS279的内部原理图，通过上网 查找搞懂如何用与非门来正确的组成74LS279，这也成
了本次硬件操 作实验的最大问题，而当这个问题搞定以后，其他的就一马平川的完 成了，另外在硬件操作实验中适当的简化了此电路。

实验结果很好的 验证了本实验设计的准确性，可以进行清零抢答及亮灯显示等功能。

第六部分收获与心得体会
本次我课程设计完成了设计的要求，能够实现全部的功能，能 八路抢答，能清零，能亮灯。

首先我安装好软件后参考相关资料熟悉 了一下软件，通过学习知道了软件的基本操作后，开始寻找关于抢答 器的相关资料了。

经过整理相关的资料画出了抢答器的原理图，整个 过程选手开始抢答到抢答完成经过：优先判断、编号锁存、编号显示。

我们参考资料经过在软件上的连线出现了基本的实验电路框架，结果 有点失望，虽然感觉电路没问题，但是不知道什么原因数码管就是没 有显示，由于没有做过类似的实验，有点摸不着头脑了，不知道该怎 么样才能让数码管出现数字，于是我又开始在网上找资料，阅读关于 优先编码器74LS148的相关知识，了解到是使能输入端接错了，于是
我尝试了
{O
1O
74LSWD
7ALSWD
-&
74LS04D
u 訥
■&
74LS04D ■■円
=151 -1XT
-iis
2.5 V “
XB
逹
~~o
2.5 V
■^ZJ.
72
74L32Tg
74.LJ14BD
2.5 V
U10A
USA
2
I '
24
74LSCMD
2 5 V
IO
7
2 5V
W 3
*—MZZI^
IkO
9
-&
4E>
74LSWD
74LSQ4D
U11A
2.5 V
2.5 V
X7
RIO 1OkQ
几次终于出现了数字，而且令人兴奋的是可以按照按下开关的编号显示相应的数字了，
以为大功告成了，但好景不长，仿真出现部分模块失灵。

于是又开始了改电路，可是找
的资料很多，方法也很多很复杂，可是出来的效果一直不怎么好，没办法只好向老师同
学求助，在他们的指导下才知道原来电路没有想的那么复杂。

经过改进电路简单了很多，而且本以为数码管必须接译码器才能显示，没想到RS输出端可以直接接到数码管，
这下省去了一个译码器电路减少很多看着也清晰了许多，可是又有一个问题了，那就是
换了一个4接口的显像管后（原来8接口1个接地7个直接与译码器对应连接）显示
的数字不按顺序了，于是在老师和同学的一起帮助下最后显示成功了。

可是头疼的是电
路一直没有锁存效果，试过很多连接都不起作用。

没办法只好找老师同学指导了，最后
在他们的指导下终于完成了。

没想到最后的一个问题竟然是主持人的开关问题，一直以
为开关闭合就是开始抢答了，结果开关闭合只是“清零”再次断开时才是“开始” 按钮。

看来以后还是不能不先理解一些基本的知识了，要不然设计不出正确的电路。

还要
感谢老师的指导，认真负责的态度，同学相互的帮助，这次课设才能顺利完成。

这次课
程设计让我受益匪浅，学到了很多平时书本中没有的知识，提高了自己的动手能力，对
未来的学习工作生活有非常重要的积极影响。

经过这次课程设计，我收获很多。

一开始的时候，很担心自己不能完成设计，信心不是很足，后来证明了我是可以独立完成的。

在设计电路的过程中，考虑的不是很全面，造成了一些低级错误，好在后来改变了过来。

所以经过课程设计，我提高了自己的动手能力，也增强了自己的信心，更让我对74LS148、74LS279等器件有了充分的了解，同时
让我知道在工作的时候要保持细致严密的工作态度，这样会
事半功倍。