八路搶答器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、 計(jì)算機(jī)11 屆數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)八路智力競(jìng)賽搶答器學(xué)生姓名 胡茁成 學(xué) 號(hào) 所屬學(xué)院 信息工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí) 計(jì)算機(jī)11-2 日 期 2009年7月4日 塔里木大學(xué)教務(wù)處制一、課題名稱：八路智力競(jìng)賽搶答器二、內(nèi)容摘要：摘要：本文主要介紹用數(shù)電知識(shí)設(shè)計(jì)八路搶答器。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出，并與主持人開(kāi)關(guān)相連接，即構(gòu)成了搶答器的主體電路。經(jīng)過(guò)布線、接線、調(diào)試等工作后數(shù)字搶答器成形。借助較少的外圍元件完成搶答的整個(gè)過(guò)程，設(shè)計(jì)制作了八路搶答器，設(shè)計(jì)編程簡(jiǎn)單，容易理解掌握，且工作穩(wěn)定可靠?？傮w電路簡(jiǎn)單，易于制作?？晒?人或8個(gè)代表隊(duì)搶答，并用

2、7段數(shù)碼管顯示首先搶答者的組別號(hào)碼，有人搶答后自動(dòng)閉鎖其他各路輸入，禁止其他人搶答，使其他組的開(kāi)關(guān)失去作用，而顯示最先按下?lián)尨疰I的組別號(hào)。只有當(dāng)主持人按下復(fù)位按鍵才能再次搶答。關(guān)鍵字： 搶答器；設(shè)計(jì)；穩(wěn)定；再次三、設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)要求：1、搶答器最多可供8名選手參賽，編號(hào)為18號(hào)，各隊(duì)分別用一個(gè)按鈕（分別為S0S7） 控制，并設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清零和搶答控制開(kāi)關(guān)S，該開(kāi)關(guān)由主持人控制。2、搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能,并將鎖存數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示出來(lái)，只能由主持人進(jìn)行清零。3、開(kāi)關(guān)S作為清零及搶答控制開(kāi)關(guān)（由主持人控制），當(dāng)開(kāi)關(guān)S被按下時(shí)搶答電路清零，松開(kāi)后則允許搶答。輸入搶答信號(hào)由搶答按鈕開(kāi)關(guān)S0S7實(shí)

3、現(xiàn)。四、試驗(yàn)器件清單：本設(shè)計(jì)所用的實(shí)驗(yàn)器材如下表所示。表1 實(shí)驗(yàn)器材名稱型號(hào)數(shù)量備注集成電路74LS003代替74LS27974LS148174LS481電阻10K95101二極管FG1七段數(shù)碼管共陰極1導(dǎo)線若干面包板2+6V直流電源1按鈕開(kāi)關(guān)9五、設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案：1、構(gòu)思搶答器需要達(dá)到的功能并結(jié)合自身的能力，列出了如圖1所示的總體框架圖。鎖存器譯碼顯示鎖存器搶答按鈕優(yōu)先編碼電路譯碼電路控制電路主持人控制開(kāi)關(guān)圖1 總體框架2、具體設(shè)計(jì)方案如下： 接通電源后，主持人將開(kāi)關(guān)撥到清除狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器和指示燈滅燈，等主持人將開(kāi)關(guān)置“開(kāi)始”位置后，搶答器處于等待狀態(tài)，此時(shí)可以進(jìn)行搶答

4、。搶答器完成：優(yōu)先判斷搶答的組號(hào)，并將編號(hào)進(jìn)行鎖存，然后通過(guò)譯碼器將編號(hào)顯示在七段數(shù)碼管上。如果再次搶答必須由主持人操作清除和開(kāi)始狀態(tài)的開(kāi)關(guān)，即需要主持人清零。六、電路的工作原理1、開(kāi)關(guān)陣列電路 該電路由多路開(kāi)關(guān)所組成，供搶答著使用，每一搶答者與一個(gè)開(kāi)關(guān)相對(duì)應(yīng)（開(kāi)關(guān)S0S7的代號(hào)分別是8、1、2、6、7，即搶答著的組號(hào)，便于主持人看到顯示器上的數(shù)字后，能準(zhǔn)確宣布誰(shuí)是優(yōu)先搶答者）。開(kāi)關(guān)應(yīng)為常開(kāi)型，當(dāng)按下開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合；當(dāng)松開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)自動(dòng)彈出斷開(kāi)。圖2 搶答的開(kāi)關(guān)2、觸發(fā)鎖存電路 當(dāng)某一開(kāi)關(guān)被按下時(shí)，觸發(fā)鎖存的電路被觸發(fā)，在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的開(kāi)關(guān)電平信息。同時(shí)為了防止其它開(kāi)關(guān)隨后觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂

5、，讓最先產(chǎn)生的輸出電平返回來(lái)將觸發(fā)鎖存器的電路鎖定。若有多個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)按下時(shí)，則在它們之間存在著隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題，結(jié)果只能是它們中的任一個(gè)產(chǎn)生有效輸出，任然達(dá)到了優(yōu)先判斷的效果。因?yàn)樵谕瓿杀驹O(shè)計(jì)的時(shí)，實(shí)驗(yàn)室不能提供現(xiàn)成的鎖存器(集成電路74LS279)則結(jié)合所學(xué)的理論知識(shí)，用集成電路74LS00自制成了鎖存器，代替了他(集成電路74LS279)的功能。其連線如圖3所示。圖3 由74LS00組成的鎖存器3、數(shù)碼顯示器 數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（ LED ）數(shù)碼管和液晶（ LCD ）數(shù)碼管。本設(shè)計(jì)提供的為 LED 數(shù)碼管，如圖4所示。它顯示最先搶答者的相應(yīng)的代號(hào)，方便主持人宣布最先搶答者。圖4 LED顯

6、示器4、電路工作原理該電路完成兩個(gè)功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)；二是禁止其他選手按鍵操作無(wú)效。具體的組成及工作原理如圖5所示。工作過(guò)程：開(kāi)關(guān)S置于“清除”端時(shí)，RS觸發(fā)器的端均為0，5個(gè)觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于“開(kāi)始”時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按下S5），74LS148的輸出,經(jīng)RS鎖存后,2Q=1,74LS48處于工作狀態(tài)，5Q4Q3Q=101，且1Q=0，則經(jīng)譯碼顯示為“5”。此外，2Q，使74LS148的，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開(kāi)即按下時(shí)，74LS1

7、48的此時(shí)由于仍有2Q，使，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將S開(kāi)關(guān)重新置于“清除”然后再進(jìn)行下一輪搶答。若按下S0，經(jīng)RS鎖存器后，1Q=1，74LS148的輸出,經(jīng)RS鎖存后,2Q=1,74LS48處于工作狀態(tài)，5Q4Q3Q=000，且1Q=1,所以經(jīng)譯碼顯示為“8”。保證搶答者的優(yōu)先性與上述類(lèi)似。若所按的是其他開(kāi)關(guān)(S1、S2、S3、S4、S6、S7)的工作過(guò)程與按下開(kāi)關(guān)S5的工作過(guò)程相似，只是5Q4Q3Q的輸出會(huì)發(fā)生變化。圖5 數(shù)字搶答器電路優(yōu)先判決器優(yōu)先判決器主要是由74LS148集成優(yōu)先編碼器等組成。該編碼

8、器有8個(gè)信號(hào)輸入端，3個(gè)二進(jìn)制碼輸出端，選通輸入端，選通輸出端和擴(kuò)展端。其功能表如表2所示。從功能表中可以看出當(dāng)“0”時(shí)，編碼器工作，而當(dāng)“1”時(shí)，則不論8個(gè)輸入端為何種狀態(tài)，輸出端均為“1”，且端和端為“1”，編碼器處于非工作狀態(tài),這種情況被稱為輸入低電平有效。表2 優(yōu)先編碼器74LS148功能表輸入輸出 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 10 0 0 0 0 1 00 0 1 0 0 1 1 00 0 1 1 0 1 01 00 0 1 1 1 0 1 11 00 0 1 1 1 1 1 0 01 00 0 1 1 1 1 1 1 0 11 00 0

9、 1 1 1 1 1 1 1 1 01 00 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 0注：表中代表任意狀態(tài)鎖存器SR鎖存器是該設(shè)計(jì)中保證多個(gè)開(kāi)關(guān)隨后觸發(fā)而不產(chǎn)生紊亂的重要部分，因?qū)嶒?yàn)室不能提供現(xiàn)成的鎖存器，則用兩個(gè)與非門(mén)(與非門(mén)由集成電路74LS00提供)組成了一個(gè)SR鎖存器，連線如圖3所示，其真值表見(jiàn)表3。表3 用與非門(mén)組成的SR鎖存器的特性表 Q 1 100 1 111 0 101 0 111 1 001 1 011 0 001 0 011注：SD、RD的0狀態(tài)同時(shí)消失以后狀態(tài)不定。譯碼器本設(shè)計(jì)中選用的譯碼器型號(hào)是74LS48（共陰），其引腳排列如圖6所示，其中、 BCD碼輸入端，

10、、 譯碼輸出端，輸出“1”有效，用來(lái)驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管。 測(cè)燈輸入端，“0”時(shí)，譯碼輸出全為“1”，數(shù)碼管七段同時(shí)電亮，以檢查數(shù)碼管各段能否正常發(fā)光。 滅燈輸入端，“0”時(shí)，譯碼輸出全為“0”。 作為輸出端使用時(shí)，稱滅“0”輸出端，在A=B=C=D=0時(shí)，而且 =0時(shí)，才會(huì)輸出低電平，表示譯碼器把不希望顯示的零熄滅了。熄零輸入端。用來(lái)熄滅不希望顯示的零。圖6 74LS48的引腳排列圖數(shù)碼顯示器LED數(shù)碼管是目前最常用的數(shù)字顯示器，它分為共陰管和共陽(yáng)管。在此只對(duì)共陰管作介紹，其電路和出線形式的引出腳如圖7所示。一個(gè)LED數(shù)碼管可用來(lái)顯示一位09十進(jìn)制數(shù)和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。小型數(shù)碼管（0.5寸和0.

11、36寸）每段發(fā)光二極管的正向壓降，隨顯示光（通常為紅、綠、黃、橙色）的顏色不同略有差別，通常約為22.5V，每個(gè)發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流在510mA。LED數(shù)碼管要顯示BCD碼所表示的十進(jìn)制數(shù)字就需要有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能，還要有相當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)能力。 (a) 共陰連接（“1”電平驅(qū)動(dòng)） (b) 符號(hào)及引腳功能圖7 LED數(shù)碼管七、設(shè)計(jì)的調(diào)試：1、在調(diào)試的過(guò)程中主要運(yùn)用了數(shù)字萬(wàn)用表。2、在調(diào)試之前我們這一組的成員在一起。首先，對(duì)照事先設(shè)計(jì)好的原理圖仔細(xì)檢查在實(shí)物中是否有接錯(cuò)的地方(主要檢查集成電路的引腳與導(dǎo)線是否出錯(cuò)接錯(cuò)和是否出現(xiàn)了短路)，若發(fā)現(xiàn)有，就立即改正。以防給實(shí)物通電之后

12、，出現(xiàn)意外。然后，用數(shù)字萬(wàn)用表檢測(cè)實(shí)物中是否有不導(dǎo)通的地方，若有，應(yīng)立即修正。以防通電后不能工作，而懷疑其他地方出錯(cuò)。3、在上一步完成的基礎(chǔ)之上，給實(shí)物通電，進(jìn)行調(diào)試。我們這組出現(xiàn)的問(wèn)題記改正措施如下：我們初次調(diào)試時(shí)，實(shí)物的確沒(méi)有工作。然而，我們對(duì)事先設(shè)計(jì)好的原理圖進(jìn)行仔細(xì)的研究，最后在指導(dǎo)老師的幫助下發(fā)現(xiàn)我們?cè)O(shè)計(jì)的原理圖有錯(cuò)誤(在集成電路74LS148與鎖存器之間多加了反相器)，決定將它去掉。在上一步完成了之后通電，發(fā)現(xiàn)LED顯示器上顯示的是07之間的數(shù)，但是我們需要它顯示18之間的數(shù)。經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的思考，并結(jié)合指導(dǎo)老師給出的意見(jiàn)，在開(kāi)關(guān)S0和集成電路74LS48之間加了一個(gè)SR鎖存器1Q，

13、詳見(jiàn)圖7。然而，也成了我們完成此設(shè)計(jì)的最終原理圖。經(jīng)過(guò)上兩步的改進(jìn)，終于達(dá)到了我們事先預(yù)定的目標(biāo)。八、總結(jié)設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)及方案的優(yōu)缺點(diǎn)：a、設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)：集成電路74LS148和由74LS00構(gòu)成基本SR鎖存觸發(fā)器完成了優(yōu)先判斷的功能。在此充分利用了集成電路74LS148的主要功能。再通過(guò)譯碼器(集成電路74LS48)和LED顯示器顯示優(yōu)先搶答的組號(hào)給主持人宣布最先搶答的組號(hào)提供了有力的證據(jù)。b、方案優(yōu)點(diǎn)：該電路原理簡(jiǎn)單、并且在接線時(shí)可以使自己思路清晰，縮短了完成此設(shè)計(jì)的時(shí)間。c、方案缺點(diǎn)：用集成電路74LSOO構(gòu)成SR鎖存器時(shí)比較麻煩，最容易把線接錯(cuò)。在面包板上所布的線比較復(fù)雜，不利于后面的檢查。九、改進(jìn)意見(jiàn)和展望：我們?cè)O(shè)計(jì)的此八路搶答器只能用來(lái)判斷優(yōu)先搶答這是誰(shuí)，只能用在比較普通的場(chǎng)合。我覺(jué)得它有很多需要改進(jìn)的地方：當(dāng)首次給它通電后，LED顯示器上應(yīng)顯示0，待主持人清零后，LED顯示器不顯示，只有等有搶答開(kāi)關(guān)按下時(shí)才顯示號(hào)碼。應(yīng)添加一個(gè)計(jì)時(shí)器，用來(lái)限制搶答者的搶答時(shí)間，即當(dāng)主持人宣布開(kāi)始搶答后，開(kāi)始計(jì)時(shí)，在主持人設(shè)定的時(shí)間內(nèi)可以進(jìn)行搶答；否則，進(jìn)行下一輪搶答。還需要添加一個(gè)報(bào)警器，以便用聲音來(lái)提示主持人和觀眾已經(jīng)有人進(jìn)行了搶