基于74LS171四路搶答器課程設(shè)計

1、四川文理學(xué)院本科課程設(shè)計 分類號 UDC 單位代碼 10644 密 級 公 開 學(xué) 號 201310530203 課程設(shè)計基于74LS171四路搶答器電路分析 課程名稱: 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)作 者: 趙 雪指導(dǎo)教師: 易 鴻 系 別： 物理與機電工程學(xué)院專 業(yè)： 電子科學(xué)與技術(shù)提交論文日期： 2014年12月28 日 論文答辯日期： 2014年12月30 日    中 國 · 達 州2014年12月目 錄摘要3一.設(shè)計背景4二搶答器目前存在的主要問題5三電路分析53.1 主要器件介紹63.1.174LS17163.1.274LS0073.2 部分電路分析83.2.1

2、按鍵設(shè)置部分83.2.2與非邏輯部分93.2.3 電路顯示部分9四電路整體效果10 摘要 本次課程設(shè)計的內(nèi)容為基于74LS171的四路搶答器。首先從了解芯片開始，74LS171是帶清除端的4D觸發(fā)器，該芯片引入一個時鐘脈沖（CLK）作為控制信號，只有當CLK到來時電路才被“觸發(fā)”而動作，并根據(jù)輸入信號改變輸出狀態(tài)。在時鐘信號觸發(fā)時才能動作，以區(qū)別沒有時鐘信號控制的鎖存器。發(fā)現(xiàn)該芯片滿足四路搶答器設(shè)計要求，同時在生活中有著尤為廣泛的應(yīng)用。該芯片從屬74LS系列，L是指低功耗，S是指肖特基三極管（SBD），由普通的雙極型三極管和肖特基勢壘二極管（Schottky Barrier Diode）組合而

3、成。74LS就是低功耗肖特基系列。本次設(shè)計通過proteus仿真軟件，將設(shè)計的電路圖置于軟件中，檢驗結(jié)果，觀察現(xiàn)象。關(guān)鍵詞： 74LS171 四路搶答器 單周期脈沖信號 一.設(shè)計背景現(xiàn)如今，搶答器這一產(chǎn)品是各類知識競賽活動所不可或缺的設(shè)備之一，無論是在學(xué)校、廣場、軍隊還是電視競答節(jié)目，都會使用搶答器。當今的社會競爭日益激烈，選拔人才，評選優(yōu)勝，知識競賽之類的活動愈加頻繁，而在競賽中往往分為幾組參加，這時針對主持人提出的問題，如果要是讓搶答者用舉手等方法，這在某種程度上會因為主持人的主觀誤斷造成比賽的不公平性。比賽中為了準確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，這就要有一種搶答設(shè)備作為裁判員，這就必然

4、離不開搶答器。搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種競賽、搶答場合中，它能迅速、客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。早期的搶答器只由幾個三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能通過發(fā)光管的指示辯認出選手號碼?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機或數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號碼顯示、搶按前或搶按后的計時、選手得分顯示等功能。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在的搶答器有著數(shù)字化，智能化的方向發(fā)展，這就必然提高了搶答器的成本。鑒于現(xiàn)在小規(guī)模的知識競賽越來越多，操作簡單，經(jīng)濟實用的小型搶答器必將大有市場。因此，我選擇簡易邏輯數(shù)字搶答器這一課題。本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計智能搶答器，在搶答比賽中廣泛應(yīng)用，各組分別有一個搶答按鈕

5、。主持人有開始和結(jié)束、復(fù)位鍵。在后臺主持人可以修改，搶答時間和選手回答問題的時間設(shè)置，新時間開始有效，主持人按鍵開始后，選手開始搶答為有效，如果主持人沒有按下開始鍵而選手就搶答視為犯規(guī)，主持人可按鍵結(jié)束，新一輪搶答開始。通過研究并在設(shè)計后發(fā)現(xiàn)，采用數(shù)字電路技術(shù)設(shè)計的搶答器與目前常用的搶答器相比，首先，電路連接簡單，因為大多數(shù)功能單元都能通過數(shù)字電路完成，第二，工作性能可靠，抗千擾能力優(yōu)于目前搶答器。所以本研究是一個實用的工程設(shè)計，具有創(chuàng)新性。二搶答器目前存在的主要問題隨著改革開放事業(yè)的不斷深入，促使人們學(xué)科學(xué)、學(xué)技術(shù)、學(xué)知識的手段多種多樣，搶答器作為一種工具，已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識競賽場合

6、。但搶答器的使用頻率校低，且有的要么制作復(fù)雜，要么可靠性低，減少興致。作為一個單位若專購一臺搶答器雖然在經(jīng)濟上可以承受，但每年使用的次數(shù)極少，往往因長期存放使（電子器件的）搶答器損壞，再購置的麻煩和及時性就會影響活動的開展。目前多數(shù)搶答器存在3個不足之處：首先，現(xiàn)場線路連接復(fù)雜。因為每個選手位于搶答現(xiàn)場的不同位置，每個選手與控制臺之間要有長長的連接線。選手越多，連接線就越多、越亂，這些連接線不僅影響了現(xiàn)場的美觀，而且降低了搶答器的可靠性，增加了安裝的難度，甚至影響了現(xiàn)場人員的走動。其次，電路復(fù)雜。因為簡單邏輯電路只完成號碼處理、計時、數(shù)據(jù)運算等功能，其它功能如選手號碼的識別、譯碼、計分顯示等仍

7、只能通過數(shù)字集成電路完成。采用簡單邏輯電路掃描技術(shù)識別選手搶按號碼時，電路的延遲時間較大，最后導(dǎo)致容易出現(xiàn)選手搶按成功現(xiàn)象。三電路分析主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當選手按動搶答鍵時，同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。主持人將開關(guān)置于"開始"狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、相應(yīng)發(fā)光二極管顯示，當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答，如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)。3.1 主要器件介紹本次設(shè)計為四人搶答器電路。設(shè)計為四位參賽選手，每人設(shè)置一個

8、搶答按鈕，每當其中一人按下按鈕后，相應(yīng)指示燈便被點亮，并且之后其他按鈕操作不起作用。3.1.1 74LS171該搶答器中的74LS171為主要器件，L是指低功耗，S是指肖特基三極管（SBD），由普通的雙極型三極管和肖特基勢壘二極管（Schottky Barrier Diode）組合而成。74LS就是低功耗肖特基系列。該芯片為4D觸發(fā)器，即內(nèi)部包括4個D觸發(fā)器，即在每個存儲單元電路上引入一個時鐘脈沖（CLK）作為控制信號，只有當CLK到來時電路才被“觸發(fā)”而動作，并根據(jù)輸入信號改變輸出狀態(tài)。把這種在時鐘信號觸發(fā)時才能動作的存儲單元電路稱為觸發(fā)器，以區(qū)別沒有時鐘信號控制的鎖存器。在D觸發(fā)器中，SD

9、 和RD 接至基本RS 觸發(fā)器的輸入端，它們分別是預(yù)置和清零端，低電平有效。當SD=1且RD=0時(SD的非為0，RD的非為1，即在兩個控制端口分別從外部輸入的電平值，原因是低電平有效),不論輸入端D為何種狀態(tài)，都會使Q=0，Q非=1，即觸發(fā)器置0；當SD=0且RD=1(SD的非為1，RD的非為0）時，Q=1，Q非=0，觸發(fā)器置1,SD和RD通常又稱為直接置1和置0端。我們設(shè)它們均已加入了高電平，不影響電路的工作。各輸入輸出引腳如下圖： 圖1 D觸發(fā)器原理 圖2 74LS171輸入輸出引腳圖3.1.2 74LS00在設(shè)計中還用到了四組 2 輸入端與非門（正邏輯）芯片74LS00完成與非操作，該

10、芯片的工作環(huán)境溫度為0至70。 圖 3 雙列直插封裝 圖4 74LS00功能表 圖4 74LS00在仿真中效果 其中CLK為時鐘端，MR為清零端（低電平有效），D0-D3為4個D觸發(fā)器。3.2 部分電路分析3.2.1按鍵設(shè)置部分按鍵設(shè)置模塊，設(shè)置為按鍵懸空式，D0、D1、D2和D3均接地，沒有向該端口發(fā)送脈沖信號。按鍵另一端接電源，按鍵按下，電源脈沖信號發(fā)送到D0、D1、D2和D3端口。（R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 為330歐姆。R9為100歐姆。）見圖1.21。圖5 按鍵設(shè)置模塊 當其中一人按下按鈕后，相應(yīng)指示燈點亮，之后按下其他按鈕按下后無效。要起到這樣的作用，需設(shè)計兩

11、個與“非門”電路。當按鍵按下后，最先按下的Q端輸出信號為1，那么Q非為0，這里采用“與非”門，即便其余按鍵按下后，有一個輸出信號為0，那么一與非輸出為1，這就使74LS171時鐘端被封鎖住了，此后其他輸出信號對系統(tǒng)不起作用。輸出信號1在經(jīng)過與非門輸出信號0，它與時鐘端再與非，那么時鐘端輸出信號均為1。3.2.2與非邏輯部分 這里還用到了同樣74LS系列的74LS00和74LS20，00 為四組 2 輸入端與非門（正邏輯），74ls20是一個四輸入一輸出的與非門組合的芯片，邏輯功能是完成四個輸入的邏輯與非計算功能。這兩個芯片幫助電路實現(xiàn)與非操作。同時在74LS171的12引腳接入單周期數(shù)字脈沖發(fā)

12、生器，設(shè)置為負脈沖。圖6 與非操作模塊3.2.3 電路顯示部分電路顯示部分使用了4個發(fā)光二極管，四個藍色發(fā)光二極管一端接地。在得到信號后，二極管被點亮，電路及現(xiàn)象如下：圖7 電路顯示部分其中清零信號用于賽前清0，清零后四個二極管均熄滅，電路反相輸出為1，時鐘端“與”門開啟等待輸入信號。四電路整體效果 當按下某一按鈕后，電路顯示部分相應(yīng)LED燈點亮。點亮后其他按鈕操作無效，74LS171時鐘端被鎖住。電路按需要正常運行。當后臺工作人員將檢測開關(guān)S置“搶答”狀態(tài)，主持按系統(tǒng)清除按鍵，搶答器處于禁止狀態(tài)，4個相應(yīng)LED滅燈；主持人松開，宣布“開始”，搶答器工作。選手按動搶答按鍵，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、LED顯示。當一輪搶答之后，優(yōu)先搶答選手的顯示燈一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。如果再次搶答必須由主持人再次按動系統(tǒng)清除按鍵。圖8 主題電路效果顯示致謝 特別感謝易鴻老師此次的幫助，在我們經(jīng)過一學(xué)期的理論學(xué)習(xí)后，通過課程設(shè)計這樣的方式幫助我們對本專業(yè)有了更加全面的了解。在設(shè)計初始，感謝易鴻老師悉心的講解，才讓我消除了恐懼，大膽嘗試學(xué)習(xí)使用proteus。在設(shè)計過程中，易鴻老師對我們的鼓勵無疑也起到了巨大的幫助，再次感謝易鴻老師，謝謝您。 在設(shè)計過程中，一開始，我對單周期數(shù)字脈沖發(fā)生器在仿真軟件中的使用并