1、 数字电子设计课程设计 八路智力竞赛抢答器设计一实验目的掌握抢答器的工作原理及其设计方法。学会用 Multisim8 软件操作实验内容。掌握设计性试验的实验方法二实验要求八路智力竞赛抢答器功能要求：基本功能：1设计一个智力竞赛抢答器，可同时供 8 名选手或 8 个代表队参加比赛，他们的编号分别是 0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是 0、1、2、3、4、5、6、7。2给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。3抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在 LED
2、数码管上显示出选手的编号。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。扩展功能：1抢答器具有定时抢答的功能。当节目支持人按下“开始”按钮后，要求定时器立即倒计时，并在显示器上显示。2参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。3如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答，则本次抢答无效，系统封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示 00.三实验原理根据对功能要求的简要分析，将定时抢答器电路分为主题电路和扩展电路数字电子设计课程设计 两部分。主体电路完成基本的抢答功
3、能，即开始抢答后，当选手按动抢答器按钮时，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。扩展电路完成定时抢答及报警功能。比赛开始时，接通电源，节目主持人将开关置于“清零”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器上显示设定时间。当节目主持人宣布“抢答开始” ，同时将控制开关拨到“开始”位置，抢答器处于工作状态，定时器开始倒计时。若定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。若选手在定时时间内按动抢答按钮时，抢答器要完成以下四项工作：1.优先编码器电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号； 2.扬声器发出短
4、暂声响，提醒节目主持人注意； 3.控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答； 4.控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕时，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。上述方案所示抢答器的工作过程：主持人按动开始抢答的开关后，最先抢答的选手的电平信号先经过优先编码器，再依次经过数据锁存器，此时已经限制了其他选手的抢答，信号再经过译码器和七段数码显示器，将最先抢答的该选手的编号显示出来，并同时产生报警信号，到此完成的是抢答功能；如果没数字电子设计课程设计 有人抢答， 30 秒减计数器减
5、到 00 时也会发出报警信号，此时完成计时功能。它的优点表现在以下几个方面：这种方案原理比较简单。主持人对整体电路的控制只需几个门电路就可完成，不必用特别的芯片来组成控制电路；更容易实现报警提示功能，在有选手抢答后或者计时开始和结束时。既减少了布线使整个电路更直观简单，又降低了产生错误的可能性。四实验器材 元器件：74LS48，72LS192，74LS279、74LS148、74LS00、74LS08、74LS32、NE555、CC4511 各几个，数码管三个，发光二极管一个，开关、电阻、电容若干 仿 真：Multisim8 仿真软件五实验步骤1抢答电路设计抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选
6、手按按钮的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按钮操作无效。因此，选用优先编码器 74LS148 和 RS 锁存器 74LS279 以及译码显示电路完成上述功能。74LS148 是一八线-三线优先编码器，该编码器由 8 个信号输入端，3 个二进制输出端，输入输出均为低电平有效。EI 为输入使能端，低电平有效，当 EI为低电平时，编码器处于工作状态；EO 为输出使能端，只有在 EI=0，且所有输入都为 1 时，输出为 0；GS 表征编码器的工作状态，当且仅当 EI 为低电平，且输入至少有一各为有效电平时，GS 才有效。因此，可根据 EI、EO、GS 功能扩展端的特点
7、，对电路进行相应控制。编码器在抢答电路中功能是判断抢答者的编号。74LS279 是由 4 个 RS 锁存器组成，且均为与非门构成的 RS 锁存器。其中，1S 和 3S 有两个输入端，S1 和 S2 均为相与的关系。本设计中，将 S2 均接高电平，仅利用 S1 控制输出。其引脚图如图四所示，下表为 SR 锁存器的功能真值表，值得注意的是 S 和 R 不能同时为高电平，否则输出不确定。74LS48 为七段显示译码器。该集成译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。BI/RBO 为灭灯输入，当 BI=0 时，所有字形熄灭。 LT 为试灯输入，数字电子设计课程设计 当 LT=0 且 RBO=1 时，
8、显示字形为 8，常用于检测自身的好坏。RBI 为动态灭灯输入，当 LT=1，RBI=0 且输入均为 0 时，输出均为低电平，数码管“灭零” 。 译码器 74LS48 输出高电平有效，用以驱动共阴极数码管。七段显示译码器一般与七段数码显示器相连，共同构成四输入端的数码显示电路。2.定时电路设计设计中选用十进制同步加/减计数器 74LS192 进行设计，74LS192 是具有置数和清零功能，其引脚图和逻辑图如图 1 所示，真值表如表 5 所示。图 1 74LS192 引脚图和逻辑图P0、P1、P2、P3置数并行数据输入；Q0、Q1、Q2、Q3计数数据输出；CR清零端；LD置数端；CPu 加法计数
9、CP 输入；CPd 减法计数 CP 输入；CO进位输出端；BO借位输出端。 根据设计要求，需要两片 74LS192 构成 100 进制减计数器。由功能真值表可知，只需将个位 74LS192 的借位输出端 BO 与十位 74LS192 的 CPd 即可实现100 进制减计数。值得注意的是，要使其实现减计数，CPu 端口必须接高电平。计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。秒脉冲电路由 555 构成的多谐振荡器构成，如图 2 所示，谐振荡器无需外加输入信号就能在接通电源自行产生矩形波输出。数字电子设计课程设计 图 2 多谐振荡器因为周期为一秒，所以频率是 1 赫兹。图中电容的充放电时间分别是：t1=RB
10、Cln20.7RBC t2=(RA+RB)Cln20.7(RA+RB)C 所以 555 的 3 端输出的频率为： f=1/(t1+t2)1.43/(2RA+RB)C 我们采用的电阻和电容值分别是：RA=15K，R2=68K，C1=10uf,满足上式，即得到的是秒脉冲。由以上集成芯片设计的定时电路如下图所示。工作原理： 555 构成秒脉冲产生电路为计时电路提供脉冲。抢答开始前主持人闭合开关，74LS192 的置数端 PL 为低电平有效，处于置数状态，数码管显示定时时间。抢答开始，主持人打开开关，计数器处于计数状态，555 产生的秒脉冲与十位 74LS192 借位输出端（其初始状态为高电平）相与。
11、计数器递减计数至 00，十位 74LS192 借位输出端为低电平，计数器停止工作，产生报警。计时期间有人抢答，减计数器停止计时，显示器上显示此刻时间。3时序控制电路设计时序控制电路是抢答器设计的关键，需要完成以下三项功能：a.主持人将控制开关拨到“开始”位置时，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。数字电子设计课程设计 b.当竞赛选手按动抢答键时，抢答电路和定时电路停止工作。c.当设定的抢答时间到，无人抢答时抢答电路和定时电路停止工作。4.抢答器整体电路通过控制电路将抢答、定时电路进行连接后，构成了抢答器电路的整体设计，总电路图如图 17 所示：主电路：六，实验结论数字电子设计课程设计 1主
12、持人将开关拨到开始的位置，抢答电路和定时电路进入正常抢答状态。2.在 30 秒内当选手按动抢答键，抢答电路和定时电路停止工作，同时数码管显示相应选手的编号。3.如果在 30 秒内无人抢答，抢答电路和定时电路停止工作，选手再按抢答键，将不会显示编号，同时定时电路显示 00.七实验小结通过本次课程设计，不仅有效巩固了本学期所学数电的相关知识，加强了对重要知识点的记忆和理解，还学会如何运用Multisim8仿真进行仿真，以及如何使用面包板进行实物制作，受益匪浅，现总结如下。本设计的难点在于时序控制电路的设计，如何在第一位抢答者抢答题目后让编码器停止工作；如何使计时电路在抢答后停止倒计时；如何让定时电
13、路和抢答电路同时清零。设计过程中，根据以往抢答器设计思路，及查阅相关资料，可运用74LS279的输出1Q完成上述控制任务。从这一点，折射出自己在平时的学习中较死板，缺乏变通思考的能力。在电路仿真的过程中，由于Multisim8操作相对较简单，因此在仿真过程中较为顺利。但仿真软件的操作环境比较理想化，实物操作时会受到部分因素的干扰，例如在仿真电路中电路完全没有问题，但当焊接好实物后，定时电路与抢答电路单独运行都没有问题，但互相反馈时互相干扰。最终通过与互相讨论，请教老师，解决了问题。通过本次实践操作，也让我深刻明白：只有将课本上的理论知识，结合实践不断练习，不断总结提炼，反复思考实践中的经验教训，才能够真正消化为自己的知识。
