数电课程设计报告

——多路抢答器的设计

姓 名 班 级 学 号 指导老师

1、引言

在电视和学校中我们会经常看到一些抢答的节目，如果要是让抢答者用举手等方法，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性，比赛中为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，所设计的抢答器通常由数码显示、灯光、音响等多种手段指示出第一抢答者。为了使这种不公平不发生，只有靠电子产品的高准确性来保障抢答的公平性。

2、设计任务及系统功能简介

基本功能

（1）设计一个可容纳8组参赛的数字式抢答器，每组设一个按钮，供抢答使用。

（2）抢答器具有第一信号鉴别和锁存功能，使除第一抢答者外的按钮不起作用。

（3）设置一个主持人“复位”按钮。

扩展功能

（4）设置一个计分电路，每组开始预制100分，由主持人计分，答对一次加10分，答错一次减10分。

3、原理方框图

如图3-1所示为抢答器的结构框图，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，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成检测数码管工作情况。

图3-1 抢答器结构框图

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4、实现的原理与电路

抢答器总体方框图

如图4-1所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，后台工作人员将检测开关S置“检测”状态，数码管在正常清除下，显示“”；当后台工作人员将检测开关S置“抢答”状态，主持按系统清除按键，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯；主持人松开，宣布“开始”，抢答器工作。选手按动抢答按键，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示。当一轮抢答之后，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。如果再次抢答必须由主持人再次按动系统清除按键。

图4-1 总体方框图

单元电路设计

总电路设计如图4-2所示。本抢答器使用优先编码器74LS148、锁存器 74LS279和译码显示器74LS48实现数显抢答的功能，与其他抢答器电路相比，有结构简单、成本低、制作方便的优点。实用可靠、成本极低，十分适合学校教学使用。

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图4-2 抢答器原理图

优先判断与编号锁存电路

优先判断与编号锁存电路如图4-3所示。电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS279 来完成。该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：系统清除按键按动时，74LS279的四个RS触发器的置0端均为0，使四个触发器均被置0。Q3=0经过反相再与高电平与非使74LS148的使能端EN=0，74LS148处于允许编码状态，同时Q3=0，使74LS48的灭灯输入端BI=0，数码管无显示。这时抢答器处于准备抢答状态。

当系统清除按键松开时，抢答器处于等待状态。当有选手将按键开关按下时，抢答器将接受并显示抢答结果，这时74LS148的优先编码标志输出GS为0，使Q3=1，即BI=1，74LS48处于译码状态，译码输出结果显示。同时Q3=1，使74LS148的EN=1，74LS148处于禁止状态，从而封锁了其他按键的输入。此外，当优先抢答者的按键松开再按下时，由于仍为Q3=1，使EN=1，

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74LS148仍处于禁止状态，确保不会接受二次按键时的输入信号，保证了抢答者的优先性。 （74LS148为8线－3线优先编码器，表1为其真值表，图4-4为逻辑图；

74LS279为四个/R－/S 锁存器，表2为其真值表，图4-5为逻辑图。）

图4-4 74LS148逻辑图

表1 74LS148真值表

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表2 74LS279真值表

七段显示译码器与数码管

七段显示译码器与数码管如图4-5所示。7段显示译码74LS48将锁存器74LS279的信号译码，输出给数码管。当后台工作人员将S置于GND，LT=0，使灯测试输入端（图中3号）=1，这时测试数码管工作情况；当后台工作人员将S置于Vcc，LT=1，使灯测试输入端（图中3号）=1，这时正常译码。

（74LS48为4线－七段译码器/驱动器，表3为其真值表，图4-6为逻辑图）

图4-5 74LS279逻辑图

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图4-5 7段显示译码器与数码管

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图4-6 74LS48逻辑图

5、在设计过程中发现的问题和所做的改进

在完成电路的焊接后我进行了一次检查，首先看背面芯片的引脚是否有漏掉没焊的，通过对比电路图没有问题。但是在进行调试时抢答器显示电路出现了问题：显示的是乱码，根本不是像我所设计的一样。首先是发现自己的电路板的背面的那些引脚线全没有剪掉，然后利用万用表对芯片每个引脚检查高低电平情况进行了测量，发现是电阻R2忘记接电源了。接上电源线后，再测试电路发现一切出现了正确的显示和所存功能。

通过帮别人检查电路与实验板焊接学会了不少验证以及逐个检查芯片的

6、组装与调试

使用的主要仪器、仪表

①5V直流稳压电源；

②万用表；

③电烙铁：

④电路板：

⑤各芯片及电阻、连线

电路调试

静态调试

使用万能表测试引脚连接情况，注意有没有错误连线，引脚之间有没有误连。

动态调试

接上5V直流电源，将系统清除按键按下。74LS279的四个RS触发器的置0端均为0，使四个触发器均被置0。Q3为0，使74LS148的使能端EN=0，74LS148处于允许编码状态，同时Q3为0，使74LS48的灭灯输入端BI=0，数码管无显示。这时抢答器处于准备抢答状态。

当将系统清除按键放开时，抢答器处于等待状态。当有选手将按键开关按下时，抢答器将接受并显示抢答结果，在按复位键之前再按其他键数码管不会做出任何变化。

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7、总结

这种抢答器主要是基于74系列集成芯片，成本较低，且基本能够使用于学校的一些活动中。在完成各个部分的实验设计仿真后，就需要将各部分连接起来由于都是由抢答信号控制，所以只需要将抢答信号输出，作为其他电路的控制源。具体的过程是将显示组别前的二进制码输入有预置的7485比较器，输出比较结果的高低电平来启动犯规电路、抢答发声电路。同时，主持人有两个开关，分别控制组别的清零和倒计时电路的开启。

最后一级是语音信号的放大输出。

改进设想及建议：

（1）我们设计的作品主要是用74系列集成芯片来完成的，在焊接的过程中由于芯片的引脚过多，布线工作不是很方便。有时候还因为某一跟线没有焊牢，造成电路的不稳定，这些都是有待改进的。我们的想法是根据单片机原理及相关知识对我们的设计进行一些改进。

（2）选手号码的显示问题：在设计过程中，我发现按下抢答按钮后，我希望其在七段数码显示管上显示的选手号码是1到8，这样符合我们一般的思维。

（3）增加定时电路、报警电路等。

8.实验心得

通过这次的课程设计，我学会了简单八路抢答器的的电路设计方法，运用以前学过的数电知识解决了实际问题，对数字电路设计中的逻辑关系有了更为深刻的了解，实验的初期对整个的电路还不能从整体把握，不知道从哪里下手，就复习了一下数电中的知识，然后参考了上学期我们做的数电实验，其中有一个关于抢答器的部分，最后在自己的努力下完成了电路的设计。

在实际的焊接中，开始由于我们在实验元件清单上面写的一个八路与非门实验室没有，所以我们只好用4输入与非门74LS21和2输入或门74LS32来代替，同时由于自己的粗心，漏接了一根线，导致了结果出不来，但是在老师和同学的帮助下，这次还是顺利的完成了设计，学会了怎么用万用表检查电路，将自己在书本上学习到的知识真正的用到了实际中。

此次课程设计锻炼了独立思考解决问题，出现失败的思考与处理，团队合作共同提高，同时在以后的学习生活中我还要培养自己一种严谨的态度，尽量避免由于自己粗心而出现问题。 通过实验焊接后成功的功能输出告诉我们，要对自己有信心，所要做的就是坚持，成功就不会遥远。

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参考文献：

【 1 】阎石《数字电子技术基础》 高等教育出版社

【 2 】课程设计报告实验指导

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元件清单

附表

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第二篇：数显多路抢答器设计报告

数显多路抢答器设计报告

摘要：多路抢答器主要由优先编码器74LS147，锁存电路，反相电路，显示电路和控制电路组成，编码电路主要由优先编码器对抢答的组别进行编码，经过锁存电路锁存，反相器反相之后，送入译码驱动器4511，由数码管显示出抢答到的组别。控制电路主要用来控制锁存与数码管的清零。

关键词：优先编码器 锁存 显示 控制

一 系统设计

1.1 设计要求

1.1.1 任务

根据给定的器件设计和制作一个多路数字显示抢答器。

1.1.2 要求

（1） 能够实现九路抢答；

（2） 实现对抢答成功者的数码显示；

1.2 总体设计方案

1.2.1设计思路

给定的要求是能够实现九路抢答并对抢答成功者的编号实现数码显示。根据要求可将设计分三大部分进行。第一部分是编码及锁存电路，第二部分是显示，第三部分是控制。系统框图如图1.2.1所示。编码部分的核心元件是10线—4线优先编码器74LS147，由它实现对第一个抢答成功的组别进行编码，编码器的输出接锁存器的输入端，对编码信号锁存。锁存器采用D锁存器，输出根据输入的变化而变化。显示部分主要有反相器，译码器和显示电路组成。由于译码器的输入是低电平有效，而编码器和锁存电路输出的是高电平，所以要经过反相器反相，将高电平转换成低电平，送入译码器4511，由译码器的输出送入数码管，显示出组别。控制电路由抢答控制电路和清零控制电路组成。抢答控制电路由抢答开关及相应的电阻组成，清零控制电路主要由一个四输入与非门组成，用来对数码管清零和锁存器的状态恢复。

1.2.2 方案论证

(1)编码电路

由于电路要求与实际的需要，电路要实现编码并且要有第一信号鉴别功能，根据此要求，编码电路要采用优先编码器。优先编码器的产品很多，但电路要求实现九路抢答，所以要用10线-4线的优先编码器。其中主要有TTL系列和CMOS系列。经过分析，发现TTL系列的74 LS147既能够适应抢答器的延迟时间要求，功耗又低，外部电路简单，且价格便宜，是较为理想的编码器的选择。

（2）锁存电路

锁存电路要能够实现对编码器输出信号的锁存功能。锁存器的种类很多，RS

图1.2.1

锁存器，D锁存器，T锁存器等。电路要实现编码器的输出与输入相同，这样用RS锁存器和D锁存器都能够实现。但是RS锁存器有两个输入端，这就需要外围电路来实现这样的功能。所以外围辅助电路较复杂。而D锁存器由于其自身功能的决定，输出随着输入的变化而变化，不需要外围的元件来辅助。所以选择D锁存器来实现电路的锁存功能。

（3）反相电路

它由逻辑非门组成，所以选用8非门7404。

（4）译码驱动电路

译码驱动电路主要用来实现对组别的译码及驱动.优先编码器鉴别出最先抢答到的组别后，经过锁存，反相之后，送入译码器，译码器的输出与数码管直接相连，数码管显示抢答到的组别。其中，译码器采用CD4511，它驱动共阴数码管。

（5）控制电路

控制电路主要是选手抢答控制电路和主持人控制电路。其中，选手控制电路由于考虑到编码器的输入是低电平有效，所以抢答开关的公共端接电源。主持人控制开关用来控制数码管的清零。其中，通过一个四输入的与非门控制锁存器来实现数码管的清零。

二 单元硬件电路设计

2.1 编码电路及锁存电路

编码及锁存电路主要实现以下功能：

（1） 对第一个抢答的组别进行鉴别和编码；

（2） 对编码进行锁存。

该电路主要是由TTL芯片组成，其中核心元件是优先编码器74LS147(功能表如表2.1.1所示)，当主持人的控制开关处于清零位置时，

锁存器的输入均为高电平，所以输出也为0。当主持人的开关置于开始位置 时，当有选手按下抢答开关时，优先编码器进行编码，同时其他选手的操作均为无效操作。由于优先编码器有第一鉴别的功能，所以能够实现输出第一个抢答成功的组别。此时，优先编码器会输出一个组别的编码，输出为低电平有效。然后输出信号送入锁存器的输入端D1,D2,D3,D4。锁存器对输入信号进行锁存。一直到支持人按下清零开关。

2.2 显示电路

显示电路主要由反相电路，译码驱动电路和数码管组成。考虑到译码器的输入是低电平有效，而编码器和锁存电路输出的是高电平，所以要经过反相器反相，将高电平转换成低电平，送入译码器4511，由译码器的输出送入数码管，显示出组别。数码管采用共阴数码管。

2.3 控制电路

控制电路主要是选手抢答控制电路和主持人控制电路。主持人控制开关用来控制数码管的清零。其中，通过一个四输入的与非门控制锁存器来实现数码管的清零。它同时控制电路是否处于锁存状态，如果开关处于开始位置，则它处于锁存状态，否则，电路将无法锁存。

三 结束语

经过一天的资料收集，设计思路在脑海里已基本成形。于是，在借鉴别人电

路的基础上，融入自己的思想。认真分析别人的电路，从中取其精华，弃其糟粕。在做好自己的电路之后，又认真的进行分析，从中发现错误和不足之处，对错误进行改正，对不足之处不断的完善，使电路的功能更加强大，分辨率更高，稳定性更好。在设计的过程中，我学会了利用图书馆，利用手边的资料，学会了将所学的知识联系起来，融会贯通。同时，也感到了自己基础知识掌握的不够牢固，与专业相关的知识的缺乏。这次课程设计使自己更加明确了今后努力的方向。

在制作过程中，马虎不得，粗心不得，特别是电子类的设计制作更应该如此。在制版过程中，出现了许多问题，这也为我今后的设计带来了许多的经验。

【参考文献】

[1] 康华光.电子技术基础[数字部分（第五版）]. 北京：高等教育出版社，2006.1

[2] 赵淑范，王宪伟.电子技术实验与课程设计. 北京：清华大学出版社，2006.8

[3] 卿太全，李潇.常用数字集成电路原理与应用. 北京：人民邮电出版社，2006.1

[4] 赵文博.新型常用集成电路速查手册. 北京：人民邮电出版社，2006.1