电子技术自主设计实验报告 ——四人抢答器

自主设计实验
5.6智力竞赛抢答器设计
1.实验目的
1）熟悉74LS174 D触发器的管脚排列及功能。

2）熟悉74LS00、74LS20与非门的管脚排列及功能。

3）设计相应的电路图，标注元器件参数，并进行实验。

2.总体设计方案或技术路线
利用74LS175 D触发器设计供四人用的智力竞赛抢答器，用以判断抢答优先权。

抢答开始之前，由主持人按下复位开关清除信号，所有的指示灯和数码管均熄灭。

当主持人宣布“开始抢答”后，首先做出判断的参赛者立即按下按钮，对应的指示灯点亮，同时数码管显示该选手的序号，而其余三个参赛者的按钮将不起作用，信号也不再被输出，直到支持人再次清除信号为止。

数码管显示要求利用试验箱上的CD4511数码管实现。

但由于没有买到74LS175 D 触发器，故选择了74LS174 D触发器为六上升沿D触发器来替代作为实验中的主要器件。

74LS174 D触发器输出仅有Q没有Q__，为实现功能通过74LS04非门或74LS00与非门来实现。

3.实验电路图
(1)芯片管脚排列图
74LS174
(2)初步设计电路（3）改进后电路
完全用芯片连接
4. 仪器设备名称、型号
1）直流稳压电源 1台
2）数字万用表 1只
3）EEL-69模拟、数字电子技术实验箱 1台
74LS174D触发器，74LS00、74LS20与非门，74LS04非门，CD4511数码管，电阻，电容，导线若干。

5.理论分析或仿真分析结果
（1）理论分析
清零端R__D和时钟脉冲C是六个D触发器共用的。

抢答前先清零，1Q-4Q均为“0”，相应的发光二极管LED1-LED4都不亮；1Q__-4Q__均为“1”,与非门G1输出为“0”，扬声器不响。

同时G2输出为“1”，将G3打开，时钟脉冲C可以经过G3进入D触发器的C端。

此时，由于S1-S4均未按下，1D-4D均为“0”，所以触发器的状态不变。

抢答开始，若S1首先被按下，1D和1Q均变为“1”，相应的发光二极管LED1亮；1Q__变为“0”，G1的输出为“1”，扬声器发响。

同时G2输出为“0”，将G3封闭，时钟脉冲C便不能经过G3进入D触发器。

由于没有时钟脉冲，因此再次接着按下其他按钮，就不起作用了，触发器的状态不改变。

抢答判断完毕，由主持人清零，准备下次抢答。

（2）仿真结果
开始运行
主持人按下清零键J5
开始抢答（设选手2抢答成功，即J2闭合）
可以看到数码管显示2，LED2亮，此时再按其他按钮（如J3）
可观察到，按下J2，J2弹起后，再按J3按钮，数码管和LED显示都不变化，即选手2抢答后，其他选手再按抢答器无效。

直到主持人按下清零按钮J5
重新开始抢答。

6.详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）
（1）按上述电路图连线，为使电路简单易于排查错误，先不连接数码管和扬声器，仅连接发光二极管LED，通过他们看电路运行结果，其中R__D由于逻辑开关不够，通过数据开关K1实现。

（2）连接电路后，接通电源，将数据开关K1置于高电平，置零是先将其置于低电平再改为高电平，完成置零，此时，LED应均不亮，然后按下任意逻辑开关，观察对应LED的显示情况，应该达到相应LED亮，其余LED 不变即不亮，此时再按任意的逻辑开关LED都不变化，即达到了一旦一位选手抢答了则其他选手不能再答题的功能。

此时说明电路连接正确。

（3）加上数码管和扬声器，数码管按如图所示电路连线，连接好后接通电源，并试运行电路，可看见数码管的数字显示和LED显示和逻辑开关相对应，说明至此电路连接正确。

断开电源，进入扬声器的连接，按如图所示连接扬声器，接通电源，试运行，若选手抢答，即按下其中一个逻辑开关，则扬声器响，完成所需功能。

7.实验结论
通过电路设计和连接完成了要求的简单四人抢答器的功能，同样的原理，可增加抢答人数至所需人数。

8.实验中出现的问题及解决对策
（1）没有找到74LS175 D触发器，故选择了74LS174 D触发器为六上升沿D触发器来替代作为实验中的主要器件，此实验中芯片还有两组端口闲置。

74LS174 D触发器输出仅有Q 没有Q__，为实现功能通过74LS04非门或74LS00与非门来实现。

（2）数码管显示与LED没对应上，LED1亮对应显示“5”，LED2亮对应显示“6”，LED3亮对应显示“7”，LED4亮对应显示“8”，都不亮对应显示“4”与所需要的不相符，检查数码管设计和连线，做出改动，在数码管C端口输入处加了一个非门，则达到都不亮对应“0”，LED1亮对应显示“1”，以此类推。

（3）按最初想法连上扬声器后，发现功能没实现，接低频时钟信号时，LED和数码管显示仅维持一个时钟周期，就再次置零，可以开始下一次选择，若接的是高频信号，则在LED 和数码管显示中，我们能观察到的就是，仅按下逻辑开关时，LED和数码管显示，一松手就清零，经排查是因为按最初接法，扬声器电阻很小，相当于把G1输出端接地，则恒为“0”，G3的输入为“1”，与非门G3的输出结果仅与时钟信号有关，故没当始终上升沿来到时就将触发，而逻辑开关是按钮，除了按下瞬间都为断开，故触发器清零。

改变扬声器接法，完成电路。

9.本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议
在连接电路前要先检查导线是否完好，否则用到的导线多，若有一根是坏的就难以排查电路问题。

可以分步连接电路，易于排查问题。

很多芯片都可以找到替代品实现所需要的功能。

10．参考文献。