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

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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：

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

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动，把芯片插紧，二是在高电压端串联一个电阻限压。芯片问题还造成很多意想不到的问题，比如，我给一位同学调试时，161的计数总是显示出不来，我查了好几个小时，从第一天的晚上十一点到凌晨3点，没查出来只有睡觉，第二天又弄了一个早上，到十点多的时候，我终于想到一个办法，在161的输出端接四个发光二极管，可以轻松看出161输出是否出错，确保161是好的以后，再测量每个74LS02输入和输出是否出错，直到最后，一个芯片一个芯片的查找，直到最后，才发现是因为这个同学的数码管和74LS74之间连线错了一个位置。这样，才找到问题所在。

第四就是器件问题了，这个其实可以再连线前就检查出来，但是由于我们事先没有经验，找到最后，发现这个芯片是坏的，没办法，只有换了。

八、分析和总结

在这次数字抢答器系统的设计和调试过程中，我不仅掌握了课程设计的一般步骤和基本方法，了解了各种集成数字芯片的功能和使用方法，而且我感觉自己对数字电路逻辑设计这门课程的课本内容有了更深刻的理解，并且这次课程设计也提高了我理论联系实际的能力，培养了我基本的设计思想，锻炼了我的实际动力。这次的课程设计，我受益匪浅，不仅在数字逻辑电路的设计上有了很大的提高而且也学到了一些书本上没有的