數字邏輯課程設計方案智力競賽搶答器邏輯電路設計方案

1、內蒙古師范大學計算機與信息工程學院數字電路課程設計報告設計題目智力競賽搶答器邏輯電路設計指導教師戚桂美職稱講師姓名*學號2009*日期2011/7/12智力競賽搶答器邏輯電路設計計算機與信息工程學院 2009 級 2009*指導教師 戚桂美 講師摘要 設計一個可以容納 4 名選手或 4 個代表隊比賽的搶答器。 設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關S,該開關由主持人控制。搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存 相應的編號，并將優(yōu)先搶答選手的編號保持到顯示器上，直到主持人將系統(tǒng)清除為止。關鍵字 搶答器 電路圖 74LS741 引言智力競賽是一種生動活潑的教育形式和方法， 通過搶答和必答兩種方式能

2、引 起參賽者和觀眾的極大興趣， 并且能在極短的時間內， 使人們增加些科學知識和 生活常識。在進行智力競賽搶答時， 各參賽者考慮好后都想搶先答題。 如果沒有合適的 設備，有時難以分清它們的先后，是主持人感到為難。為了使比賽能順利進行， 需要有一個能判斷搶答先后的設備， 來做一個公正的裁判員。 稱之為智力競賽搶 答器。2 設計任務及主要技術指標和要求2.1 主要的設計指標和要求主持人沒有宣布搶答開始時， 搶答不起作用； 在主持人宣布搶答開始后， 可 以進行搶答。 它的任務是從若干名參與者中確定出最先的搶答者， 立即將其編號 鎖存，并在LED數碼管上顯示選手的編號，同時用聲和光提示。此外，封鎖輸入

3、電路，禁止其他選手搶答， 優(yōu)先搶答選選手的編號一直保存到主持人將系統(tǒng)清零 為止。為此我們小組決定就這次機會設計一個低成本但又能滿足需要的四路智力 競賽搶答器。2.2 設計任務和要求(1) 設計一個可以容納 4 名選手或 4 個代表隊比賽的搶答器。(2) 設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關 S,該開關由主持人控制。(3) 搶答器具有鎖存與顯示功能。 即選手按動按鈕， 鎖存相應的編號， 并將優(yōu)先 搶答選手的編號保持到顯示器上,直到主持人將系統(tǒng)清除為止。3 工作原理接通電源后：主持人的開關撥到“清除”狀態(tài),此時搶答器處于禁止狀態(tài),編號顯示器處 于“ 0”；主持人將開關設置為“開始”狀態(tài),并宣布“開始搶答

4、” ,此時搶答器 開始工作。當參加智力競賽的選手摁下手中的搶答器時， 蜂鳴器和LED數碼管會用聲和 光提示,并顯示該小組的編號。只有最先搶答者的編號才能被鎖存， 并在LED數碼管上顯示選手的編號，同 時用聲和光提示。由以上兩個條件可以想到：用D觸發(fā)器來實現，D觸發(fā)器是一個輸出跟輸入一樣的觸發(fā)器。 將主持人的開關和D觸發(fā)器的清零端相連。D觸發(fā)器是一個在CP脈沖上升沿時反轉的觸發(fā)器。所以只要有一個搶答器 輸出為 1 時，就讓所有搶答器的脈沖沒有上升沿， 這樣就輕而易舉的讓其他小組 的搶答無效了。蜂鳴器和LED數碼管的提示延續(xù)到主持人清零為止，不能在變。 當一輪搶答結束后，主持人將其清零，準備下一輪

5、搶答。主持人控制開關蜂嗚器提示LED數碼管 顯示編號下一輪開始其他小組搶答無效I圖1電路框圖4 基本組成4.1邏輯電路的基本組成Q3 Q4圖2搶答器電路圖4.2 電路說明S1、S2、S3、S4 分別表示四位參加智力競賽的選手手中的搶答器開關； Q1、Q2 Q3 Q4分別表示四位選手搶到題之后顯示的數字； CP接在1KHz的脈沖上， 提供脈沖信號。我們的芯片中沒有四輸入的與門芯片， 所以雙D觸發(fā)器的輸出端 先通過與非門之后再在通過一個非門來實現與門的功能。5 設計步驟及方法5.1怎樣連接兩個雙D觸發(fā)器（74LS74）將他們的四個輸入端作為四位選手手中的搶答器開關， 將將四個輸出端接在 數字顯示器

6、上（LED數碼管）上，可以顯示搶道題目的選手的編號。主持人的開 關接在兩個雙D觸發(fā)器的清零端，以便控制四位選手手中的搶答器。5.2封鎖CP脈沖當有選手摁下搶答器時脈沖將一直置 1 或置 0，要實現這個功能是可以將 CP脈沖和四個D觸發(fā)器的Q反端接通過與門的結果和CP脈沖接在與非門的輸入端， 將輸出端接到四個D觸發(fā)器CP脈沖端。這樣就實現了封鎖脈沖。沒有一個組摁 下手中搶答器時，進入D觸發(fā)器CP脈沖會0101的變換，但是只要有人摁下手中 搶答器進入D觸發(fā)器的CP脈沖只會是1。沒有了脈沖上升沿這個條件輸入怎樣 變換D觸發(fā)器的輸出都不會變。6 電路總體說明6.1 搶答器的邏輯電路的說明此電路采用了兩

7、個雙D觸發(fā)器（74LS74），將它們的四個輸入端接在電路實 驗箱的開關。將雙D觸發(fā)器的置零端接在實驗箱的開關上，當作主持人手中的開 關，來控制四位選手手中的搶答器的有效性。脈沖接在實驗箱上1KHz的脈沖上，這個速度遠遠超過了思維反應。只有一 位選手摁下手中的搶答器，馬上就會在實驗箱的數字顯示器上顯示該選手的序主持人選手1選手2選手4-I_I_I_IVcc 2D 2CP2弼 2Q 2D74LS74C1)m W 1CP 1S3 10 1T3 GND* t T l iiVgg- 2fra ZI 2GPZ ZQ 圍74LS74C2JHR 10 1CP IS3 IQ 113 GhD 、_F i ，|BC

8、D接她虹踐一表示選干的連接項蝶釵一衣示接地的連接項菠線一表示赳瀝齡連按項粉圾表示主持人的連罐項圖3搶答器邏輯電路圖6.2 74LS74功能表麗SdCPDQ01XX010XX1110011117 設計所用器材表2? 電路實驗箱1個?74LS74雙D觸發(fā)器2個?74LS20四輸入與非門芯片1個?74LS04非門芯片1個?74LS00與非門芯片1個? 蜂鳴器1個8 小結經過本次課程設計我的收獲很多很多。我從心底里體會到了老師曾苦苦的， 再三的讓我們自己動手做的良苦用心。 我體會到了只學理論，而脫離了實踐是一 件多么大的遺憾，不知我曾因為這個原因錯過了多少寶貴的想法，經驗和體會。當然，剛開始做實驗畫電

9、路時，有一種無從下手的感覺，那時才真正感受到 自己所知道的東西是多么的少。和我的搭檔畫電路時，畫著畫著到一半都不知道 該怎么繼續(xù)了。我們又找書又上網查資料，通過在實驗箱上，功能的一個一個實 現來一步步的解決問題。電路畫完后，第一次沒有成功。查看電路卻無誤，我們 就一根一根的測試導線，結果發(fā)現有一根導線壞了。就這樣好不容易查出了瑕疵， 又發(fā)現只有選手1選手2搶答的時候，LED數碼管和蜂鳴器才給出提示。因此, 我們猜想74LS74(2)芯片沒有起效，原因可能有兩種，不是芯片壞了就是卡槽， 我們測了一下芯片，確定芯片沒有問題。就把芯片74LS74(2)的卡槽換了一下， 像我們所想的那樣，結果出來了。

10、在面模板上接電路時我們吸取了教訓， 把導線都一次性做了測試。又把芯片 再次測了測。旁組的同學告訴我們不要把芯片插得太近不然導線插起來就夠你受 罪的了，我們把芯片插得稀疏點。因做好了之前的準備工作，所以接電路時，沒 有再遇到棘手的事。僅僅因芯片稀疏，所以導線容易亂動，我就想了個招，把它 們都固定了起來。再連接了電源、地和以及相應的開關和連接項。 搶答器的功能 實現了，終于松口氣了，不容易啊。調試記錄:表3失敗現象：第一次：無法實現搶答器的功能，而且電路沒有錯。失敗原因：解決：因為一個導線壞了，導致整個電路都無法正常運行。失敗現象：第二次：好不容易查出了瑕疵，又發(fā)現只有選手 1選手2搶答 的時候，LED數碼管和蜂鳴器才給出提示。測了測 74LS74(2) 芯片，不是壞的。失敗原因：解決：給芯片74LS74 (2)換了個卡槽，就好使了。致謝我敬重的戚桂美老師：我的老師，我不是您最出色的學生，而您卻是我最尊敬的老師。您讓我知道 了，學習要懂得把理論和實踐結合起來的神奇效果。 學習不能僅僅靠老師，這樣 的學習態(tài)度是作為學生的大忌，所