西安邮电学院 数电课程设计16

西安郵電學院
数字电路课程设计报告书题目：数字抢答器
课程实践报告
一课程设计题目：
四路数字抢答器
二任务和要求：
1．设计一个竞赛抢答器，可同时供4名选手或4个代表队参加比赛，他们的编号分别是1，2，3，4各用一个抢答按钮，按扭的编号与选手的编号相
对应，分别是S
1、S
2
、S
3
、S
4。

2．给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（复位）和抢答的开始。

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，并在LED数码管上显示出选手的编号。

此外，要封锁输入电路，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。

4．如果在主持人读题时，即开关打到“准备”时，如果有选手抢答，那么违规指示灯亮，显示此次抢答无效，并显示出违规抢答选手的编号。

5．参赛选手在设定能够的时间内抢答，抢答有效，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。

6．如果定时抢答的时间40s已到，却没有选手抢答时，时间显示器上显示00。

如果有选手抢答，那么违规指示灯亮，显示此次抢答无效，并显示
出违规抢答选手的编号。

7．所选器件要在实验室给定范围内，并尽量将器件数量限制在12个以内。

三总体方案的选择
定时抢答器的总体框图如下图所示，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，即有效抢答。

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。

如图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“清零”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灯灭，定时显示器显示设定的时间40s，当节目主持人宣布抢答题目，此时若有选手抢答则违规指示灯亮，主持人宣布违规，并此题作废，进行下题。

主持人宣布抢答题目后，说一声“开始”，此时将开关拨到“开始”位置，抢答器处于工作状态，定时器开始倒计时，当定时时间到，若有选手抢答则违规指示灯亮，主持人宣布违规，此题作废，进行下题。

当参赛选手在有效的时间内抢答，抢答有效，抢答器要完成以下三项工作：1.优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并有锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；2.控制电路要对输入编码电路进行封锁，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的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。

四单元电路的设计
1.抢答电路设计
抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，共译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。

选用D锁存器74LS75可以完成上述功能。

其工作原理是：以锁存器为中心的编码显示电路，此电路以D锁存器74LS75为中心的编码锁存系统，编码器是把锁存器的输出转化成8421BCD码，进而送给7段显示译码器。

2.定时电路设计
选用74LS161设计成模40的倒计数电路，由两个74LS161计数器加非门通过置入法实现的。

高位芯片I的CTP端和低位芯片II的CO端连接，高位的CR、CTT以及低位的CR、CTT、CTP都接1，高位的D3D2D1D0和低位的D3D2D1D0分别接1100和0110。

当CP脉冲到来时低位置入0110，此时通过非门在数码管上显示9，计数器开始计数，当计数计到1111时CO为1，高位CTP=CO=1且LD=CO 非=0，高位开始置入，同时CO经非门与低位LD相连且为0低位置入。

在下个脉冲来时高位低位同时开始计数，当各计一位后低位CO=0，高位CTP为0高位开始保持，低位继续计数，此时计数器通过非门显示正好相反，实现了倒计数。

3.违规电路设计
当主持人读题时即开关打到“准备”时，若有人抢答则违规指示灯亮。

此时抢答电路工作，定时系统不工作。

当主持人读完题目开关打到“开始”时，计数器和抢答电路同时工作，此时若有人抢答，显示选手号并且计数器停止倒计数保持。

当倒计时完成后，计数器停止并保持00状态，若有人抢答，抢答电路工作，显示出选手号。

4.时序控制电路设计
时序控制电路是抢答器设计的关键。

主持人将控制开关拨到“开始”位置时，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。

当参赛选手按动抢答键时，抢答电路和定时电路停止工作。

当设定时间到，无人抢答时，抢答电路和定时电路停止工作。

5.脉冲电路设计
电路图如下：
五画总体电路图
六电路组装完成后，实际测量的各个单元电路的输入、输出信号波形。

1 时钟脉冲电路的输出波形如下：
2 计时电路低位片4个输出的波形图：
3 计时电路高位片的4个输出波形图：
在这次数电课程设计中，我遇到了几个问题。

在组装完电路后，电路不能象在仿真软件里那样正常工作，连接的电路就肯定有问题，在仔细检查后，又处连线接错了，这是由于线太多，同时自己也没有百分百的集中精神。

完后运行电路，这次仍然不能正常工作，然后我就按照设计思路，用万用表逐步查错，555芯片的电源端应该接在记时开关上，我却直接连在外加电源上，这是一个很大的错误。

还有，在调试时，发现一个非门坏了，直接导致电路不能正常工作，在更换后，电路完好。

总的来说，我在电路组装和调试过程中学到很多知识，在实践中锻炼了自己。

实验室的条件有限，有些器件是坏的，尤其是电路板，很多都有问题，这些我们都能理解。

但是，这更能锻炼我们的调试能力，使自己更高更强。

八分析和总结。

分析：
1在进行了充分的理论分析后设计电路图，电路图包括各模块电路图和总体电路图，并反复检查，反复分析实现的可能性，预计实验中可能出现的问题即可能的解决方法。

2在实验过程中我们要理论指导实践，而且在实验中应考虑实践中各部分合理论的差距，差别。

在实际中，电阻，电容的真实值不会那样准确。

各器件的输入端在理论中悬空是表示接高电平，但是实际的逻辑器件如果输入端本该接高电平而没接，可能会导致元件的工作不稳定。

3在实际联电路时，我们一定要注意会出现接触不好等情况，此时好多同学盲目的对自己的电路设计进行了否定，从而造成了很多损失。

这时只能用万用表测量各个接头的电压来判断是否是接触不好。

我在试验中就遇到了这样的问题，就是74LS75输出Q1’Q2’Q3’Q4’经过与非门输出在经过非门，结果测量非门的输入与输出值一样，从而得知非门坏了。

4在测试过程中我们还要注意各个元器件的工作电压是不能超过他本身的最大承受电压的，否则，会造成元器件的损坏。

5应该注意发光二极管应接限流电阻来保护它，电压不致过大而损坏二极管。

应注意每个元器件的工作原理和工作功能，以及中规模逻辑器件的管脚图，以免因此而造成不必要的过失。

6在连线时应仔细到每一个管脚和每一条线，注意他们的接触情况。

线头应留适当，太长会让铜线的裸露部分不能完全进入面包板而裸露在外，可能与其他的线接触造成串线，可能短路。

太短会造成裸露部分不能进入面包板和铜片接触，造成接触不良。

连线时应规范，养成良好的习惯，使可能的错误检查和改正更方便。

总结：
通过这两周的数电课程设计，我学到了很多。

对数字电路的知识更加熟悉，在安装电路时锻炼了自己在着方面的技能，重要的是在连接完成后，自己去检查和调试电路，从中吸取的教训很深，并总结出了经验。

我花了大量的时间进行基础知识大补充，这对我在后来能够顺利的设计并能够做出电路打下了很好的基础。

然而在实验过程中由于自己的不细心，我走了好多弯路，也浪费了好多的时间。

还有在芯片和排线的布置上我很失败，连接完电路看上去很乱，在调试的过程中就很麻烦了，不容易找到间接关系。

在自己不断的努力和老师同学的帮助下我终于完成了我的设计，当看到手中的劳动成果，一种浓浓的成就感戛然而生，使我对数字电路有了更大的兴趣，让我在今后的学习和工作中有了更多的信心。

最后，感谢老师和同学在实验过程中对我的帮助！
九参考文献。

1. 数字电路逻辑设计高等教育出版社
2. 数字电路实验指导书西安邮电学院电子与信息工程系
西安邮电学院通信系电子设计过程考核表
西安邮电学院通信系电子设计成绩鉴定表。