数电大作业——数字抢答器

图

1 数字抢答器框图

数字抢答器的设计 1 设计目的

（1）熟悉集成电路的引脚安排。

（2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。

（3）了解面包板结构及其接线方法。

（4）了解数字抢答器的组成及工作原理。

（5）熟悉数字抢答器的设计与制作。

2 设计思路

（1）设计抢答器电路。

（2）设计可预置时间的定时电路。

（3）设计报警电路。

（4）设计时序控制电路。

3 设计过程

3.1方案论证

数字抢答器总体方框图如图1所示。

其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置于“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。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、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。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。

3.2电路设计

抢答器电路如图2所示。

图2 数字抢答器电路 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 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ST ＝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，当有选手将键按下时（如按下S 5），74LS148的输出,010012=Y Y Y ,0=EX Y 经RS 锁存后，1Q=1，BI =1，74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经译码显示为“5”。此外，1Q ＝１，使74LS148ST ＝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,1=EX Y 此时由于仍为1Q ＝１，使ST ＝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Ｓ开关重新置于“清除”然后再进行下一轮抢答。

（74 LS148为8线—3线优先编码器，表2.1为其真值表，图2.3为逻辑图。）

定时电路如图3所示。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74LS192进行设计。

图 3 可预置时间的定时电路

（74LS48为4线一七段译码器/驱动器，下图为其值表和逻辑图）

报警电路如图4所示。由555定时器和三极管构成的报警电路如图4所示。其中

555构成多谐振荡器，振荡频率fo＝1.43/[（R

I ＋2R

2

）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。

时序控制电路如图5所示。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，扬声器发声，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时，扬声器发声，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，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路

停止工作。图中，门G

1的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G

2

的作用是控制74LS148的输人使能端ST。

图5的工作原理是：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，

来自图 2中的74LS279的输出 1Q=0，经G3反相， A＝1，则时钟信号CP能够

加到74LS192的CP

D

时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未

到时，则“定时到信号”为 1，门G

2

的输出ST=0，使 74LS148处于正常工作状

态，从而实现功能①的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q＝1，经 G

3

反相， A＝0，封锁 CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G

2

的输出ST=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能②的要求。当定时时间到时，则“定时到信号”为0，ST=1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，

门G

1

处于关门状态，封锁 CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功

能③的要求。集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间。

74LS121芯片是一种常用的非很重触发单稳态触发器，下面管脚图如图 3.5所示。

图 4 报警电路

图 5 时序控制电路

4系统调试与结果

（1）组装调试抢答器电路。

（2）可预置时间的定时电路，并进行组装和调试。当输人1Hz的时钟脉冲信号时，要求电路能进行减计时，当减计时到零时，能输出低电平有效的定时时间到信号。

（3）调试报警电路。

（4）定时抢答器的联调，注意各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。

5主要仪器与设备

1.数字电路实验箱或 EDA 软件MAX PLUSⅡ

2.集成电路：74LS148 1片，74LS279 1片，74LS48 3片，74LS192 2片，

NE555 2片，74LS00 1片，74LS121 1片。

3. 电阻510Ω 2只，1KΩ 9只，

4.7kΩ l只，

5.1kΩ l只，100kΩ l只，10kΩ 1只，15kΩ 1只，68kΩ l只。

4. 电容 0.1uF 1只，10uf 2只，100uf 1只。

5. 三极管 3DG12 1只。

6. 其它：发光二极管2只，共阴极显示器3只。

6 总结

这次的设计，让我受益匪浅。我对数字电路设计中的逻辑关系等有了一定的认识，对以前学的数字电路又有了一定的认识，重温了以前学的知识，就像人们常说的温故而知新，在设计的过程中，遇到了很多问题，有一些知识已经不太清楚了，但是通过查找一些资料又重新温习了一下数点部分的内容。

通过这次的设计，我也发现了自己很多的不足。在设计过程中发现自己考虑的问题很不全面，自己的专业知识掌握的不是很牢固，我希望自己的这些不足能在以后的工作和学习中得到改善。而且，通过这次设计，

我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，这将为以后的学习做出很好的榜样，我将会在我以后的生活中继续学习。