数字抢答器 数字电路设计

数字电路课程设计

一、设计任务和要求：

1. 抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛，分别用4个按钮D１~ D

４表示。

2. 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。

3. 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，

并在LED数码管上显示，选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

4. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如50

秒）。当主持人启动"开始"键后，定时器进行计时（0~50）。

5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，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的时间,并保持到主持人将系统清除为止。

6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，禁止抢答，定时显

示器上显示50,显示抢答人组号的数码管此时显示无用字符。

7．在主持人未启动“开始”键前，如有抢答者则其对应的红灯亮，同时数码管显示其号码;如果有两个或两个以上的人违规,则他们对应的红灯都亮。

二、总体方案选择：

如图所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人

开关开始时接地处于禁止状态，编号显示器显示7，定时器显示

时间（00）；此时, 若有人抢答, 为违规抢答,LED显示器显示其编号,并红灯警告.定时器显示不变;主持人将开关置“开始"端，宣布"开始"，抢答器工作，同时定时器计时,选手在定时时间内抢答时，抢答器完成: 优先判断, 编号锁存, 编号显示。若在50秒内无人抢答，50秒到后抢答器自动锁定，计数器停止计数，抢答无效。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。

数字抢答器框图：

三,单元电路设计

所用器材:

(1)抢答器电路

该电路完成两个功能：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；二是禁止其他选手按键,操作无效。工作过程：开关S开始接地，锁存器输出端Q1、Q2、Q3、Q4均为0，且开始时4个选手开关均接地。在主持人开关未与“开始“端相接前如有选手拨动开关则红灯亮同时数码管显示其号码。当主持人开关与“开始”端接通后，计时器开始计时，此刻选手拨动开关，显示器显示其号码,且锁存器此时锁定，其余输入均无效。表1--１74LS148的功能真值表

锁存器输入锁存器输出

D1 D2 D3 D4 ~Q1 ~Q2 ~Q3 ~Q4 1 0 0 0 0 1 1 1

0 1 0 0 1 0 1 1

0 0 1 0 1 1 0 1

0 0 0 1 1 1 1 0

编码器输入编码器输出Yn0 Yn1 Yn2 Yn3 Yn4 Yn5 Yn6 Yn7 Y2 Y1 Y0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0

译码器输入译码器输出

A3 A2 A1 A0 Y

0 0 0 1 1

0 0 1 0 2

0 0 1 1 3

0 1 0 0 4

抢答电路的电路图如下:

(2) 定时电路

由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS161进行设计，电路图如下:

(3)脉冲发生电路:

该电路是由555定时器构成的多谐振荡器，使其产生需要的方波作为计数器的CP脉冲，由于电路对脉冲的精确度要求不是很高而晶体振荡需要分频，所以采用555定时器构成的多频振荡器,电路图如下:.

(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，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。

②当参赛选手按动抢答键正常抢答时，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，同时抢答电路和定时电路停止。

四.总体电路图:

五.波形图

1.

计时电路低位片4个输出的波形图：

CP Q1 Q2 Q3 Q4

2. 计时电路高位片的4个输出波形图

六、遇到的问题及解决方案:

1.实验前应先设计电路图，包括各部分的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，最好在实际连电路前仿真。

2.理论指导实践，但是，理论中有不少纯理想化的成分，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，会出现接触不好等情况。这是由于面包板的质量和连线时线头裸露部分没有完好的接触面包板的铜片造成的。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。

4.应该注意发光二极管应接上行或下行电阻来保护他的电压不致过大而损坏二极管。数码管也要通过电阻接地，防止将数码管烧坏。

5.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.连接电路时，先连接脉冲发生电路，并检测其是否正常工。555脉冲输出电路不能输出脉冲时，检查的方法是看电容和电阻接触是否好。

7．数码管和7448连接有问题，不能对应显示，解决的方法是判断每根线的连接是通的不。

8．计数器的工作不正常，低位计数而高位不计，原因两块161的级联出问题，检查高位片的控制端是否正常。

9．7475不能锁定，检查ENABLE端的电压是低电平不，逐级排查直到找出问题所在。

10．连电路时，有的芯片可能是坏的，有的面包板也可能有问题，这要用万用表进行检测其连通性。