数字逻辑电路课程设计——抢答器

西安邮电学院

数字电路课程设计报告书

——数字抢答器

学院名称：电子工程学院

学生姓名：

专业名称：

班级：

实习时间：

数字电路课程设计

------------数字抢答器

一、课程设计题目

数字式抢答器

二、设计任务和要求

1．抢答器同时可供4路参赛选手同时抢答，分别用4个按钮S0~S3来控制。

2. 设置一个主持人开关，用来控制抢答的开始和结束。

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，且一次抢答的时间为10秒。当主持人启动"开始"键后，定时器采用倒计时计数到0。

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，绿灯亮，数码管上显示选手的编号和剩余抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。

6. 如果定时时间已到（计数至0），有人抢答，则为超时抢答。红灯亮，并在数码管管上显示该抢答选手。

7.如果主持人未启动“开始”键，有人抢答，为提前抢答。显示其号码，此时红灯亮提示。

三、数字抢答器总体方案

1. 接通电源后，主持人将开关拨到"高电平"状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器显示为0,定时器显示为0。此时, 若有人抢答, 为违规抢答数码管显示其编号,并红灯警告.定时器显示不变。

2.主持人将开关置于”开始”状态，宣布"开始"抢答，抢答器工作, 定时器倒计时, 选手在定时时间内抢答时，抢答器完成, 编号锁存, 编号显示, 绿灯亮表示抢答有效。

3.若在10秒内无人抢答，10秒后抢答器自动锁定，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"开始"状态开关。

四、单元电路设计

1.抢答器电路的设计(即完成锁存和显示功能)

（1）抢答, 锁存电路:

在这一部分，最主要的是锁存电路，锁存电路主要由74LS75来实现,当74LS75的4，13号管角的信号为使能端，当为“0”时，它将保持原来的状态：

74LS75的管脚图和真值表：

7475功能表

D0

Q0D1Q3

V cc

有一组队员按下开关后，Q1，Q2，Q3，Q4中有一个信号为0，则它们四个通过与门后的信号为0，接入E12和E34,7475实现锁存功能，保持状态不变。

对于译码电路，当那个队员抢上后，要显示他的组号，必须把次信号转换为二进制代码。其关系为：

由上真值表知：

A= ~Q0 + ~Q2；B= ~Q1+ ~Q2；

C= ~Q3；D=0；

（2）译码电路

用74LS48和数码管将74LS75锁住的数据显示出来，

74LS48的功能管教图为

分析可得到抢答锁存电路的电路图(如下图)：

2.倒计时器的设计

此电路用来实现模10的倒计数器，用一片74161来实现，用同步

置数法来实现，由于要求倒计数，即从1001到0000，所以可以取反而得到。但是，当倒数到0后，还要有锁存的功能，锁住电路，即计数到0后停止在0，若想再次计数，必须由主持人按下开始抢答按键，否则为违规抢答，亮红灯警示。其状态转移图如下：

主持人开关接在161的预置端，接低电平是代表新一轮开始的比赛，表示置9端，当接通高电平时代表倒计时开始！根据161的功能表可知，通过对CTP 与CTT 的控制，可实现计数和保持。我用抢答电路74LS75的使能端E 12来控制CTP ，用 ~（QD*QC8QB*QA ）来控制CTT 。

74LS161的管脚图为

74LS161的功能表为

有74LS161计数到数码管显示之间的转换关系为：

具体电路如下

3.脉冲的设计

本实验中所用的计时器，是和我们的时钟的频率一样的，因此我们通过555的分频来实现我们所需要的时钟脉冲以及波形如图：

4.红绿灯警告的设计

此电路是当在主持人没有接上开关之前, 有人抢答, 则红灯亮并显示其组号, 当主持人接上开关, 绿灯亮表示其正确抢答。当记时器计时停止时，若有人抢答时，则红灯亮。根据电路结果的分析，此部分电路我放在最后把各模块综合在一起时综合考虑。

得出具体的电路图如下

五、实验器材

六、总体电路设计

七、发生的问题及解决方案

在实际连接电路中会遇到很多复杂的问题，即使完全按照电路图连接,也会出现一些问题，使结果出现错误，这就是电路调试要处理的问题，而这次的课程设计，我几乎大部分的时间都花在了调试电路上。三天就完成了我自己的设计，但是其中有两天都在调试。而且，再后来帮同学们调试的过程中，我又遇到了很多很多不同的问题，这些问题主要集中在以下几点。

第一点是出在在设计上的，我首先拿到一分同学的电路图，分析一下他设计的是否合理，找出逻辑的混乱和错误，就基本解决了设计上的问题。

第二是电路板得问题，我自己还是比较幸运，我连接自己的电路时，没有出现电路板内部短路登多种意想不到的问题。原因是，当我拿到一块板子时，我用万用表把每排插孔都测量一边。找到断路的地方用导线接好，确保板子不会出现问题。然后才开始连接电路。在给一个同学调试时，我发现他的设计倒是没有任何问题，但是一连到板子上，就是出现胡乱的错误，更可气的是，有些时候，有的芯片的整个管脚还出现全都是到电平的危险现象。这是我就意识到应该是板子的问题了，我建议他换一块板子重新连一遍，结果问题就迎刃而解。这里我想到一个插芯片的技巧，就是拿到每一片新的芯片是，可以稍微把它的两排管脚向内摁一下，但是要一排一起向内按。保证两排管脚刚好插在两排插孔上而不出现松动——这也是调试时出现的一个普遍的问题。

第三是接线和芯片连接问题，接线一定要合适，露出的插进插孔的端子一定要足够，在调试过程中我找到了很多的由于接线不够长而发生的断路现象。还有就是连线不要交叉，这样很不利于调试并且也很容易造成接线短路，出现问题。对于连接芯片及芯片的布局，芯片定要插紧。不能出现松动。芯片松动直接造成接触不良。在调试过程中，我遇到了好多次的2.6V左右的电平（一般的数字电路高低电平区分为2.7V），它因该算是高电平。可是在具体的电路中，就不是那么回事了，比如我测到一个二极管两端的电压分别为2.6V和3.5V。这就很难办了，理论上，它们都应该算是高电平，可是，它不能出现我们想要的结果——两端高电平是二极管是不亮的。这个问题的解决方法有两种：一是检查芯片是否松