电子技术课程设计 8路智力竞赛抢答器

1.基本设计原理
8路智力竞赛抢答器，当有人按下按钮后，代表他这一组的发光二极管就亮了，同时，别组成员按下按钮时，则不会使自己这一组的灯亮。

要想实现这个目的，我们可以用锁存器或者触发器来实现，因为它们都能存储一位二进制数字。

主持人有一个开始键，当这个键按下时，才会使抢答器正常工作；当这个键弹起时，无论8个选手如何按按钮，他们各自所对的发光二极管都不会亮。

这个开关我们可以用芯片上的清零端或者使能端来实现。

当然，既然是抢答器，就会有时间限制，我们需要一个倒计时器，并且需要将时间显示，我们可以用相关的芯片实现这一功能，具体设计在下面的设计中会有详细的叙述。

每次抢答完后，主持人都会将时间重新置数，这一功能也可以通过芯片上的相应端口来实现。

2.总体设计框图
下图为总体设计框图。

图1. 总体设计框图
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，即开始抢答后，
当选手按动抢答键时，能使代表该选手的发光二极管发光，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以及将时间显示出来。

3.具体设计
智力抢答器包括抢答电路，发光二极管显示电路，主持人控制开关电路，控制电路，秒脉冲产生电路，定时、译码、显示电路。

下面对各部分进行详细叙述。

3.1抢答电路
抢答电路包括集成D触发器74LS374和8个开关。

我们先对74LS374芯片进行简要介绍。

下图是它的管脚图和真值表。

图2 74LS374管脚图图3. 74LS374功能表374为具有三态输出的八D 边沿触发器，且是上跳沿触发的。

当一个脉冲的上升沿到来时，输出Q端的值为相应D端的值。

OC端为使能端，低电平有效，当OC接高电平时，处于高阻状态，OC端接低电平时，芯片能够正常工作。

8个D端接8个开关，开关另一端接高电平。

CLK端接脉冲信号。

下图即是抢答电路电路图。

图4 抢答电路电路图
3.2 发光二极管显示电路
发光二极管显示电路是由8个发光二极管组成，由于在仿真时要观察灯的亮与熄灭，所以用灯来代替一下。

8个灯的一端分别接在74LS374的8个Q端，另一端分别接地。

当Q端输出为高电平时，灯就会被点亮，否则就会熄灭。

下图即为发光二极管显示电路。

图5 发光二极管显示电路
3.3 主持人控制开关电路
主持人控制开关有很多作用，当这个开关弹起时，74LS374将不工作，并且可以控制译码显示电路的清零和置数功能。

我们先来介绍一下计数器74LS192的功能。

下图为74LS192的管脚图和功能表。

图6 74LS192的管脚图
图7 74LS192的功能表
从以上两个图可知，CR端为清零端，当CR端为高电平时，输出为低电平；CR端为低电平时，芯片可以进行别的功能。

在CR端为低电平的情况下，LD端为低电平时，输出为4个D端上的值，这就是我们所说的置数功能。

在CR为低电平，LD为高电平的情况下，CPU接脉冲信号，CPD接高电平，此时芯片处于加计数状态；CPU接高电平，CPD 接脉冲信号，此时芯片处于减计数状态；CPU和CPD均接高电平，芯片处于保持的状态。

基于对74LS192的了解，我们可以将清零端和置数端作为主持人控制开关电路的一部分。

我们将CR端和LD端分别接两个单刀双掷开关，开关一端接高电平，一端接低电平。

下图即为主持人控制开关电路。

a
b
图8 主持人控制开关电路
3.4 控制电路和秒脉冲产生电路
控制电路是由8个或门组成的。

74LS374的8个输出端分别接在4个两输入或门的输入端上，每两组的输出有分别接在另一个或门的输出端，最后输出端和脉冲信号接在一个或门的输入端，输出端接在74LS374的脉冲输入端和74LS192的CPD端。

当有一人按下了抢答开关后，所对应的Q端输出为高电平，经过几个或门后，最后输入74LS374和74LS192的脉冲输入端的信号固定为高电平，则我们将脉冲信号锁住了，无论别的抢答开关按下与否，都不会影响结果。

这就起到了控制电路的作用。

秒脉冲信号产生电路可以通过555定时器得以实现，但在此次设计中，我们为了简便，直接用方波电源来实现，将其周期改为1秒即可。

下图为控制电路和秒脉冲产生电路电路图。

图9 控制电路和秒脉冲产生电路电路图
3.5 定时、译码、显示电路
定时、译码、显示电路是由74LS48译码器，74LS192计数器和七段数码管构成的。

在仿真时我们用的是将译码器和七段数码管集成之后的一个数码管，这样可以使我们在仿真时稍微简单一些。

我们将74LS192的四个输入端DCBA端分别接上高电平，低电平，低电平，高电平，则通过译码器在七段数码管上显示9，然后通过减计数，依次减一，当抢答按钮按下时，控制电路将会锁住脉冲信号，因此数码管应该显示当前数字不变。

直至下一次抢答时，主持人通过置数重新将其置为9。

下图为定时、译码、显示电路。

图10 定时、译码、显示电路电路图3.6 全图
下图为多路智力竞赛抢答器的完整电路图。

图11 多路智力竞赛抢答器全图
4.仿真
本次设计我们用EWB软件进行仿真。

当主持人开关电路的按钮弹起时，即使别的抢答按钮按下时，发光二极管也不会亮。

下图是这种情况的仿真结果。

图12 仿真情况1
由上图可知，J15弹起时，虽然J1，J13，J14闭合，但是发光二极管任然是熄灭的，这也证明了上文的结论。

当主持人控制开关闭合时，如果有一组已经先将抢答开关按下后，其余的组再将抢答开关按下时，他们所对应的发光二极管也不会亮。

图13 仿真情况2
在J2先按下的情况下，虽然后面的J1，J10，J12，J13也按下了，但是也只有由J2控制的灯X2亮，而别的灯都没有亮。

这也就证明前文结论的正确。

当开始正常抢答后，计数器开始倒计时，当有人抢答后，数码管上应该显示当前的数字不变，直到主持人在下一个问题时将其重新置数。

图14. 仿真情况3
J12按下了，他所对应的灯X6也亮了，而此时数码管显示为5，并且不再变化了，这也证明了前文结论的正确。

5.心得体会
刚开学时，我就从新课表上知道这学期有两个课程设计，一个是高频电子电路的，另一个是数字电路电路的。

这一次课程设计老师没有限定我们用什么仿真软件，算是给了我们一定的空间。

我们上学期用到的仿真软件有三个，分别是pespice，protel和matlab，这三个软件都各有利弊：pespice的仿真功能比protel强，protel主要是焊制电路板的，matlab 的画图功能很强悍（在做信号与系统实验里有深刻体验）。

总之，我们肯定不会选择这几个软件了。

在这一次课程设计中，我选择ewb仿真软件。

对于ewb软件，在没用之前，我感觉很难。

首先，这个软件是全英文的，大部分的专业词汇都是我们不认识的，这也增加了我们学习软件的难度，虽然它有汉化的，但很多重要的设置是无法汉化的;其次，老实并不指导我们怎样进行操作，自己所需要用的全凭自学。

因此，第一次接触它时说它不难那是假的。

但是，当我们开始用它时，发现他并没有想象中的那么难，其实，我们只需要怎么画图和仿真就行了，至于别的，我们不需要怎么会用，以后有时间自己再学习就可以了。

十八周时，老师把任务布置下去后，我就到图书馆找相关的书籍去了。

经过一番努力地寻找，我终于找到了一本书。

但是，回来一看，我发现这本书所讲的和我用的软件不是一个版本的。

我想啊，虽然不是一个版本，但也应该差不多的，最起码基本功能应该一样。

果然，和我想的一致。

经过一段时间的摸索，我终于学会了画图。

我做的题目是多路智力竞赛抢答器，我们在数电实验课上做过稍微简单的抢答器，应该说原理我们都很清楚，所以我自己就能够设计电路图了。

经过一段时间的准备，我终于在软件上画出了相应的图，其中最麻烦的是不知如何接七段数码管，因为接上这个的话，在做仿真时就会出现问题，最后，我决定用四角的数码管来做仿真，这个四脚的是译码器和七段数码管集成的，因此连线方面倒省了我不少事。

就这样，我做出了仿真，然后就需要写报告了。

这个任务就比较简单了。

我在电脑上制作好课程设计说明书后就算完成了。

通过这次课程设计，我发现它确实是一个锻炼自己自学能力的机会，有了ewb这个软
件后，我们在制作一个电路时，可以先在软件上做好，做好仿真，然后再在电路板上进行实物连接。

对于ewb软件，我们呢还需要更加努力的学习才行。

6.参考文献
[1] 《电子技术基础》（数字部分）康华光主编高等教育出版社
[2] 《电子技术基础实验》（数字部分）祁存荣主编武汉理工大学出版社
[3] 《数字逻辑》欧阳星明主编华中科技大学出版社
[4] 《数字电子技术》张惠敏主编化学工业出版社
[5] 《74系列芯片手册》李海主编重庆大学出版社
目录
1.基本设计原理 (1)
2.总体设计框图 (1)
3.具体设计 (2)
3.1抢答电路 (2)
3.2 发光二极管显示电路 (3)
3.3 主持人控制开关电路 (3)
3.4 控制电路和秒脉冲产生电路 (5)
3.5 定时、译码、显示电路 (5)
3.6 全图 (6)
4.仿真 (7)
5.心得体会 (10)
6.参考文献 (11)。