合肥工业大学数字电路课程设计数据抢答器实验报告模板

设计题目：智力竞赛电子抢答器

1. 设计任务与要求

(1）通道数8个，每路设置一个抢答按钮, 供抢答者使用。（2）电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人将系统复位并发出抢答指令后,若参赛者按抢答开关, 则该组指示灯亮, 显示电路显示出抢答者的组别, 同时扬声器发出“滴嘟”的双音, 音响持续2～3 s。

（3）电路应具备自锁功能, 一旦有人事先抢答, 其他开关不起作用。

2. 方案设计与论证

（1）工作原理

抢答器是为竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，竞赛者可以分为若干组，抢答时各组对主持人提出的问题要在最短的时间内做出判断，并按下抢答按键回答问题。当第一个人按下按键后，则在显示器上显示该组的号码，发出警报，同时电路将其他各组按键封锁，使其不起作用。回答完问题后，由主持人将所有按键恢复，重新开始下一轮抢答。

因此要完成抢答器的逻辑功能，该电路至少应包括输入开关、数字显示、判别组控制以及组号锁存等部分。

根据题设要求，可得题设的总体设计思路框架如下：

方案一:

利用编码器74Ls148对电路进行输入判断，获取输入信息；然后送入74LS279进行数据的保存于锁存，最后送入74LS48数码管驱动驱动数码管显示结果。

其原理图如下所示：

方案二:

利用74LS373锁存器和按钮开关组成输入部分，然后输入数据送入74LS148编码器对数据进行编码，并反馈信息对74LS373进行锁存，最后利用74LS48数码管驱动驱动数码管显示结果，并判断是否驱动蜂鸣器发出警报。

方案三：

利用编程实现电子抢答器。方案比较：

综上可知：

方案二是最优方案，设计思路清晰，电路简单易实现；故选择第二种方案。

3、单元电路设计

整个电路分为输入单元，编码单元，译码单元，和锁存单元，显示单元和报警单元六个部分。

（1）输入单元：

输入部分由8个按钮开关，排阻和74LS373锁存器组成，在没人抢答时，74LS373的使能端为为高电平，此时芯片处于工作状态，输入什么数据，就输出什么数据。当有人抢答时，使能端为低电平，电路输入端被锁存，输出端继续输出锁存前的数据，及输出不受影响。（注意：要接上拉电阻，以防电源与地短接）

电路结构如下：

所用到的芯片资料：

引脚图：

74LS373真值表：

当三态允许控制端 OE 为低电平时，Q0～Q7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 OE 为高电平时，Q0～Q7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。

当锁存允许端 LE 为高电平时，Q 随数据 D 而变。当 LE 为低电平时，D 被锁存在已建立的数据电平。当 LE 端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善 400mV。

（2）编码单元：

编码单元由74LS148组成，当主持人按下开关时，芯片的使能端为低电平，电路开始工作，当有人按下开关时，编码器的结果被输出到数码管显示。

电路原理图如下：

所用芯片资料：

74LS148的引脚图：

74LS148的真值表：

(3)数码管驱动及显示部分：

此部分由74LS48译码器实现对数码管的驱动；74LS48把74LS148编码的结果进行译码，然后驱动数码管进行显示。

电路原理图：

所用芯片资料：

（4）锁存及报警单元：

开始时，74LS373处于工作状态，74LS148处于非工作状态，此时数码管无显示；当主持人按下开关，两个芯片都处于工作状态；此时如果有人按下按钮，及有低电平输入时，编码器LS148的GS端的输出结果反馈到锁存器74LS373的使能端，使锁存器的输入端失效，而输出端保持不变，同时发出警报，达到锁存的目的。

电路原理图为：

4、具体电路图

在multisim下的仿真电路图如下：

材料清单为：

5.调试分析及调试中所遇问题及解决方法。

在按原理图连接好电路后，并不能成功的工作；故进行一步一步的调试；在调试过程中需要对电路的原理必须掌握，在这种我遇到很多问题，但在自己仔细琢磨和请教老师下，都一一的解决了。

在排除完电路中上述问题后，电路正常工作。当主持人未按下开关时，此时抢答无任何反应；当主持人打开开关，当有人按下抢答器时，数码管立即显示所按按钮者的编号，同时发出报警声，此时如有其他人抢答，无任何反应，任然显示第一个抢答者的编号；如果主持人拉起开关时，电路清零，回到最初状态，等待下一次的抢答。

综上述，电路完全符合要求。

6．心得和体会。

在进行实验的时候，遇到不少的问题。一开始不知道该使用什么芯片去做实验，只能先搜资料，熟悉芯片的功能，看看哪些芯片能达到编码，译码，锁存等，并注重他们怎么使用。经过资料的搜集，基本确定了用哪类芯片达到哪类功能。然后就研究电路图，仔细对照真值表连接电路图，并画好电路图草稿；并用multisim进行仿真，不断的进行调试。当然遇到的问题远不止这些，不过现在回想起来都是一些很低级的错误，有时候是因为粗心大意造成的错误，有时候是因为没有认真看芯片的真值表而造成的。

经过了这次课程设计，我收获良多。在一开始的时候，很担心自己不能完成实验，但总过查找资料，了解相关芯片的使用方法后，感觉并没想象中那么难。后来也证明了我是可以独立完成的。在设计电路的时候，所以经过课程设计，我提高了自己的动手能力，也增强了自己的信心。同时让我知道在学习的时候要保持细致严密的工作态度，这样才会事半功倍。最后感谢许良凤老师悉心的指导。

7.参考资料。

[1] 谢自美. 电子线路设计.实验.测试 [M]，武昌：华中理工大学出版社