八路搶答器設(shè)計說明書

1、 計算機(jī)11 屆數(shù)字電路課程設(shè)計八路智力競賽搶答器學(xué)生姓名 胡茁成 學(xué) 號 所屬學(xué)院 信息工程學(xué)院 專 業(yè) 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級 計算機(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：八路智力競賽搶答器二、內(nèi)容摘要：摘要：本文主要介紹用數(shù)電知識設(shè)計八路搶答器。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出，并與主持人開關(guān)相連接，即構(gòu)成了搶答器的主體電路。經(jīng)過布線、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過程，設(shè)計制作了八路搶答器，設(shè)計編程簡單，容易理解掌握，且工作穩(wěn)定可靠?？傮w電路簡單，易于制作?？晒?人或8個代表隊搶答，并用

2、7段數(shù)碼管顯示首先搶答者的組別號碼，有人搶答后自動閉鎖其他各路輸入，禁止其他人搶答，使其他組的開關(guān)失去作用，而顯示最先按下?lián)尨疰I的組別號。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；穩(wěn)定；再次三、設(shè)計內(nèi)容及設(shè)計要求：1、搶答器最多可供8名選手參賽，編號為18號，各隊分別用一個按鈕（分別為S0S7） 控制，并設(shè)置一個系統(tǒng)清零和搶答控制開關(guān)S，該開關(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，只能由主持人進(jìn)行清零。3、開關(guān)S作為清零及搶答控制開關(guān)（由主持人控制），當(dāng)開關(guān)S被按下時搶答電路清零，松開后則允許搶答。輸入搶答信號由搶答按鈕開關(guān)S0S7實(shí)

3、現(xiàn)。四、試驗器件清單：本設(shè)計所用的實(shí)驗器材如下表所示。表1 實(shí)驗器材名稱型號數(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按鈕開關(guān)9五、設(shè)計的系統(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關(guān)圖1 總體框架2、具體設(shè)計方案如下： 接通電源后，主持人將開關(guān)撥到清除狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器和指示燈滅燈，等主持人將開關(guān)置“開始”位置后，搶答器處于等待狀態(tài)，此時可以進(jìn)行搶答

4、。搶答器完成：優(yōu)先判斷搶答的組號，并將編號進(jìn)行鎖存，然后通過譯碼器將編號顯示在七段數(shù)碼管上。如果再次搶答必須由主持人操作清除和開始狀態(tài)的開關(guān)，即需要主持人清零。六、電路的工作原理1、開關(guān)陣列電路 該電路由多路開關(guān)所組成，供搶答著使用，每一搶答者與一個開關(guān)相對應(yīng)（開關(guān)S0S7的代號分別是8、1、2、6、7，即搶答著的組號，便于主持人看到顯示器上的數(shù)字后，能準(zhǔn)確宣布誰是優(yōu)先搶答者）。開關(guān)應(yīng)為常開型，當(dāng)按下開關(guān)時，開關(guān)閉合；當(dāng)松開開關(guān)時，開關(guān)自動彈出斷開。圖2 搶答的開關(guān)2、觸發(fā)鎖存電路 當(dāng)某一開關(guān)被按下時，觸發(fā)鎖存的電路被觸發(fā)，在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)電平信息。同時為了防止其它開關(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將觸發(fā)鎖存器的電路鎖定。若有多個開關(guān)同時按下時，則在它們之間存在著隨機(jī)競爭的問題，結(jié)果只能是它們中的任一個產(chǎn)生有效輸出，任然達(dá)到了優(yōu)先判斷的效果。因為在完成本設(shè)計的時，實(shí)驗室不能提供現(xiàn)成的鎖存器(集成電路74LS279)則結(jié)合所學(xué)的理論知識，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，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，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。具體的組成及工作原理如圖5所示。工作過程：開關(guān)S置于“清除”端時，RS觸發(fā)器的端均為0，5個觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S置于“開始”時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時（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)按鍵松開即按下時，74LS1

7、48的此時由于仍有2Q，使，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號，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)先性與上述類似。若所按的是其他開關(guān)(S1、S2、S3、S4、S6、S7)的工作過程與按下開關(guān)S5的工作過程相似，只是5Q4Q3Q的輸出會發(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個信號輸入端，3個二進(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，編碼器工作，而當(dāng)“1”時，則不論8個輸入端為何種狀態(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)計中保證多個開關(guān)隨后觸發(fā)而不產(chǎn)生紊亂的重要部分，因?qū)嶒炇也荒芴峁┈F(xiàn)成的鎖存器，則用兩個與非門(與非門由集成電路74LS00提供)組成了一個SR鎖存器，連線如圖3所示，其真值表見表3。表3 用與非門組成的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)同時消失以后狀態(tài)不定。譯碼器本設(shè)計中選用的譯碼器型號是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，用來驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管。 測燈輸入端，“0”時，譯碼輸出全為“1”，數(shù)碼管七段同時電亮，以檢查數(shù)碼管各段能否正常發(fā)光。 滅燈輸入端，“0”時，譯碼輸出全為“0”。 作為輸出端使用時，稱滅“0”輸出端，在A=B=C=D=0時，而且 =0時，才會輸出低電平，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管。在此只對共陰管作介紹，其電路和出線形式的引出腳如圖7所示。一個LED數(shù)碼管可用來顯示一位09十進(jìn)制數(shù)和一個小數(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)字就需要有一個專門的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能，還要有相當(dāng)?shù)尿?qū)動能力。 (a) 共陰連接（“1”電平驅(qū)動） (b) 符號及引腳功能圖7 LED數(shù)碼管七、設(shè)計的調(diào)試：1、在調(diào)試的過程中主要運(yùn)用了數(shù)字萬用表。2、在調(diào)試之前我們這一組的成員在一起。首先，對照事先設(shè)計好的原理圖仔細(xì)檢查在實(shí)物中是否有接錯的地方(主要檢查集成電路的引腳與導(dǎo)線是否出錯接錯和是否出現(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)字萬用表檢測實(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。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)的問題記改正措施如下：我們初次調(diào)試時，實(shí)物的確沒有工作。然而，我們對事先設(shè)計好的原理圖進(jìn)行仔細(xì)的研究，最后在指導(dǎo)老師的幫助下發(fā)現(xiàn)我們設(shè)計的原理圖有錯誤(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)過較長時間的思考，并結(jié)合指導(dǎo)老師給出的意見，在開關(guān)S0和集成電路74LS48之間加了一個SR鎖存器1Q，

13、詳見圖7。然而，也成了我們完成此設(shè)計的最終原理圖。經(jīng)過上兩步的改進(jìn)，終于達(dá)到了我們事先預(yù)定的目標(biāo)。八、總結(jié)設(shè)計電路的特點(diǎn)及方案的優(yōu)缺點(diǎn)：a、設(shè)計電路的特點(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。再通過譯碼器(集成電路74LS48)和LED顯示器顯示優(yōu)先搶答的組號給主持人宣布最先搶答的組號提供了有力的證據(jù)。b、方案優(yōu)點(diǎn)：該電路原理簡單、并且在接線時可以使自己思路清晰，縮短了完成此設(shè)計的時間。c、方案缺點(diǎn)：用集成電路74LSOO構(gòu)成SR鎖存器時比較麻煩，最容易把線接錯。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)意見和展望：我們設(shè)計的此八路搶答器只能用來判斷優(yōu)先搶答這是誰，只能用在比較普通的場合。我覺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，只有等有搶答開關(guān)按下時才顯示號碼。應(yīng)添加一個計時器，用來限制搶答者的搶答時間，即當(dāng)主持人宣布開始搶答后，開始計時，在主持人設(shè)定的時間內(nèi)可以進(jìn)行搶答；否則，進(jìn)行下一輪搶答。還需要添加一個報警器，以便用聲音來提示主持人和觀眾已經(jīng)有人進(jìn)行了搶