简单六路抢答器

《数字逻辑电路》
课程设计报告课题名称六路抢答器
XX
专业自动化1011
六路抢答器课程设计
摘要
在各种智力和知识竞赛的场合，抢答器已经成为不可或缺的工具，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显灯光及音响等多种手段指示出第一抢答者。

同时还可以设置记分、犯规及奖励记录等多种功能。

本设计利用优先编码器、触发器、门电路等，实现抢答器的基本功能。

即显示并锁存第一个抢答者和显示违规抢答者。

设计内容及要求
1、在实验板上构造一个抢答器；
2、抢答器至少控制四人抢答；
3、用LED显示成功抢答者代码；
4、具有违规显示功能,并显示违规抢答者代码。

系统方案框图
抢答器的总体框图如下图，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号。

同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。

如图所示抢器的工作过程是：接通电源时，节目支持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，红绿灯灭，当主持持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，抢答器处于工作状态。

正常抢答成功，绿灯亮，显示成功抢答者编号；若有人提前抢答，红灯亮并显示违规者编号。

抢答完成后，主持人在按下控制开关使各种显示灭灯，为下一轮抢答做准备。

电路工作原理及元件功能介绍
电路如下图所示
74ls148允许同时输入两个以上编码信号。

不过在设计优先编码器时已经将所有的输入信号按优先顺序排了队，当几个输入信号同时出现时，只对其中优先权最高的一个进行编码。

OE =I0·I1·I2·I3·I4·I5·I6·I7·IE；
当OE输入IE=1时，禁止编码、输出(反码)：A2,A1,A0为全1；
当OE输入IE=0时，允许编码，在I0～I7输入中，输入I7优先级最高，其余依次为：I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等级排列。

74ls148真值表
输入输出
EI DO D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A2 A1 A0 GS EO
1 X X X X X X X X 1 1 1 1 1
0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0
0 X X X X X X X 0 0 0 0 0 1
0 X X X X X X 0 1 0 0 1 0 1
0 X X X X X 0 1 1 0 1 0 0 1
0 X X X X 0 1 1 1 0 1 1 0 1
0 X X X 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1
0 X X 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1
0 X 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1
74ls279是四个基本RS触发器
(1) 保持状态。

当输入端接入S=R=1的电平时，如果基本SR触发器现态Q=1、Q=0，则触发器次态Q=1、Q=0；若基本SR触发器的现态Q=0、Q=1，则触发器次态Q=0、Q=1。

即S=R=1时，触发器保持原状态不变。

(2) 置0状态。

当S=1，R=0时，如果基本SR触发器现态为Q=1、Q=0，因R=0，会使Q=1，而Q=1与S=1共同作用使Q端翻转为0；如果基本SR触发器现态为Q=0、Q=1，同理会使Q=0，Q=1。

只要输入信号S=1，R=0，无论基本SR触发器的输出现态如何，均会使输出次态置为0态。

(3) 置1状态。

当S=0、R=1时，如果触发器现态为Q=0、Q=1，因S=0，会使G1的输出端次态翻转为1，而Q=1和R=1共同使G2的输出端Q=0；同理当Q=1、Q=0，也会使触发器的次态输出为Q=1、Q=0；只要S=0、R=1，无论触发器现态如何，均会将触发器置1。

(4) 不定状态。

当S=R=0时，无论触发器的原状态如何，均会使Q=1，Q=1。

当脉冲去掉后，S和R同时恢复高电平后，触发器的新状态要看G1 和G2两个门翻转速度快慢，所以称S=R=0是不定状态，在实际电路中要避免此状态出现。

工作原理
电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。

工作过程：开关J8置于"准备"（即合上开关）端时，RS触发器(U8B,U7A)的R 端均为０，RS(U1A,U2B）的R端信号为1，处于工作状态；RS(U8B,U7A)处于等待。

(此时数码管U12熄灭）。

当此时有人提前抢答时，输入信号经74ls148输出，RS(U1A,U2B）锁存，输出到译码管U3译码并显示违规者编码；U2B的2Q2和RU7A的1Q2 信号经或门U10A相或后，信号输送到74ls148的EI，禁止继续编码。

同时U2B的2Q2信号和J8信号经与门U4A相与后，输出违规信号，红灯LED3亮。

当需重新开始时，按两次开关，重新置于准备状态。

当开关J8置于"开始"（即断开）时，开始信号LED1亮，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下J5），74ls148的输出经RS锁存后，U7A 的1Q2=1, 74ls48处于工作状态，2Q1 -2Q2-1Q1=101, 经U6译码，七段数码管U12显示为"5"。

同时，J8和U7A的1Q2的信号经或门U14C相或后，输出抢答成功信号，绿灯LED2亮。

此外，U2B的2Q2和RU7A的1Q2 信号经或门U10A相或后，信号输送到74ls148的EI，禁止继续编码。

封锁其他按键的输入。

当有其他的按键按下时，此时由于U7A的１Ｑ2仍为１，使74ls148的EI＝１，所以74ls148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。

如有再次抢答需由主持人将J8开关重新“准备端”然后再进行下一轮抢答。

电路仿真方案分析
该电路经仿真软件multisim仿真，可实现该课题所要求的基本功能。

仿真开
始，若没有输入时，两个数码管不显示；当开关置于开始（断开）时，led1亮，若J1~J6有输入时，U12显示第一个抢答者的编码并锁定，led2亮；当开关置于准备处（合上），若有人提前抢答，U13显示第一个违规提前抢答者的编码并锁定，led3亮。

该电路在保证实现要求的功能的前提下，使用芯片少，电路连接简单。

该电路当有信号输入时都会显示零再显示第一个抢答者的编码，所以刚开始的数码管会闪一下。

对于此电路实现的功能，只能够实现基本的抢答要求。

在自动化日益普及的今天早已不能够满足。

但是，再多的附加功能，都是在此基本功能实现的。

比如，用555芯片增加计时电路，使在规定时间内外抢答的，作无效处理；用计数器增加计分电路，由主持人加减分数并显示出来。

对于选择的类型的题目，还可以增加判断电路，通过抢答者输入的答案自动加减分，当然，这样的电路会更加复杂。

仿真图如下
心得体会
这是我第一次接触multisim软件，感觉这个软件的仿真功能非常强大，由于是自己学的，好多功能现在还不怎么会使用。

在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上。

我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后通过多次对电路的改进，在multisim终于仿真，终于使整个电路可稳定工作。

设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。

思路是错的，那结果一定会错。

通过这次课程设计，我基本掌握了用multisim软件仿真电路图并进行仿真分析，且初步掌握了电子电路的设计方法，在以后的学习中还需多加练习，熟练掌握，为以后的工作作准备。

系统元器件清单
参考文献
《电子技术基础数字部分第五版》康华光；
《74ls系列大全》百度文库。