多路抢答器设计报告

数电课程设计报告

——多路抢答器的设计

姓 班 学

名 级 号

指导老师

1、引言

在电视和学校中我们会经常看到一些抢答的节目，如果要是让抢答者用举手等方法，这在 某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性，比赛中为了准确、公正、直观地判 断出第一抢答者，所设计的抢答器通常由数码显示、灯光、音响等多种手段指示出第一抢答者。 为了使这种不公平不发生，只有靠电子产品的高准确性来保障抢答的公平性。

2、设计任务及系统功能简介

基本功能 （1）设计一个可容纳 8 组参赛的数字式抢答器，每组设一个按钮，供抢答使用。 （2）抢答器具有第一信号鉴别和锁存功能，使除第一抢答者外的按钮不起作用。 （3）设置一个主持人“复位”按钮。 扩展功能 （4）设置一个计分电路，每组开始预制 100 分，由主持人计分，答对一次加 10 分，答错 一次减 10 分。

3、原理方框图

如图 3-1 所示为抢答器的结构框图，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成 基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，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。扩展电路完成检测数码管工作情况。

图 3-1

抢答器结构框图

1

4、实现的原理与电路

抢答器总体方框图 如图 4-1 所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，后台工作人员将检测开关 S 置 “检测”状态，数码管在正常清除下，显示“ ” ；当后台工作人员将检测开关 S 置“抢答”状

态，主持按系统清除按键，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯；主持人松开，宣布“开始” ， 抢答器工作。选手按动抢答按键，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示。当一轮抢答 之后，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。如果再次抢答必须由主持人再 次按动系统清除按键。

图 4-1

总体方框图

单元电路设计 总电路设计如图 4-2 所示。本抢答器使用优先编码器 74LS148、锁存器 74LS279 和译码显 示器 74LS48 实现数显抢答的功能，与其他抢答器电路相比，有结构简单、成本低、制作方便的 优点。实用可靠、成本极低，十分适合学校教学使用。

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图 4-2 优先判断与编号锁存电路

抢答器原理图

优先判断与编号锁存电路如图 4-3 所示。电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS279 来完成。该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号； 二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：系统清除按键按动时，74LS279 的四个 RS 触发器的置 0 端均为 0，使四个触发器均被置 0。Q3=0 经过反相再

与高电平与非使 74LS148 的使能端 EN =0，74LS148 处于允许编码状态，同时 Q3=0，使 74LS48 的灭灯输入端 BI =0，数码 管无显示。这时抢答器处于准备抢答状态。 当系统清除按键松开时，抢答器处于等待状态。当有选手将按键开关按下时，抢答器将接 受并显示抢答结果，这时 74LS148 的优先编码标志输出 GS 为 0，使 Q3=1，即 BI =1，74LS48 处 于译码状态，译码输出结果显示。同时 Q3=1，使 74LS148 的 EN =1，74LS148 处于禁止状态，从 而封锁了其他按键的输入。 此外， 当优先抢答者的按键松开再按下时， 由于仍为 Q3=1， 使 EN =1，

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74LS148 仍处于禁止状态，确保不会接受二次按键时的输入信号，保证了抢答者的优先性。 （74LS148 为 8 线－3 线优先编码器，表 1 为其真值表，图 4-4 为逻辑图； 74LS279 为四个/R－/S 锁存器，表 2 为其真值表，图 4-5 为逻辑图。 ）

图 4-4

74LS148 逻辑图

Inputs E I H L L L L L L L L L 0 X H X X X X X X X L 1 X H X X X X X X L H 2 X H X X X X X L H H 3 X H X X X X L H H H 4 X H X X X L H H H H X H X X L H H H H H 6 X H X L H H H H H H 7 X H L H H H H H H H

Outputs A2 A1 A0 H H L L L L H H H H H H L L H H L L H H H H L H L H L H L L GS H H L L L L L L L L EO H L H H H H H H H H

表1

74LS148 真值表

4

图 4-5 Input s

S

R

74LS279 逻辑图

Outpu ts

Q

H

Ｈ

Ｑ０ H L Not sure

Ｌ Ｈ Ｈ Ｌ Ｌ Ｌ

表2

74LS279 真值表

七段显示译码器与数码管 七段显示译码器与数码管如图 4-5 所示。7 段显示译码 74LS48 将锁存器 74LS279 的信号译 码，输出给数码管。当后台工作人员将 S 置于 GND， LT =0，使灯测试输入端（图中 3 号）=1， 这时测试数码管工作情况；当后台工作人员将 S 置于 Vcc， LT =1，使灯测试输入端（图中 3 号） =1，这时正常译码。 （74LS48 为 4 线－七段译码器/驱动器，表 3 为其真值表，图 4-6 为逻辑图）

5

VCC S GND

4 5 3 7 1 2 6

& C T =0 V20 1 2 4 8

BIN/7-SEG [T2] 1 G 21 a 20,21 b 20,21 c 20,21 d 20,21 e 20,21 f 20,21 g 20,21

13 12 11 10 9 15 14

7 6 4 2 1 9 10 5

a b c d e f g dp

D PY a f e g d b c dp

图 4-5

7 段显示译码器与数码管

Inputs

LT RBI

Outputs B L L H H L L H H L L H H L L H H X L X A L H L H L H L H L H L H L H L H X L X

D L L L L L L L L H H H H H H H H X L X

C L L L L H H H H L L L L H H H H X L X

BI / RBO

H H H H H H H H H H H H H H H H L L H

a H L H H L H L H H H L L L H L L L L H

b H H H H H L L H H H L L H L L L L L H

c H H L H H H H H H H L H L L L L L L H

d H L H H L H H L H L H H L H H L L L H

e H L H L L L H L H L H L L L H L L L H

f H L L L H H H L H L L L H H H L L L H

g L L H H H H H L H L H H H H H L L L H

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 BI RBI

LT

H H H H H H H H H H H H H H H H X H L

H X X X X X X X X X X X X X X X X L X

表3

74LS48 真值表

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图 4-6

74LS48 逻辑图

5、在设计过程中

发现的问题和所做的改进

在完成电路的焊接后我进行了一次检查，首先看背面芯片的引脚是否有漏掉没焊的，通过 对比电路图没有问题。但是在进行调试时抢答器显示电路出现了问题：显示的是乱码，根本不 是像我所设计的一样。首先是发现自己的电路板的背面的那些引脚线全没有剪掉，然后利用万 用表对芯片每个引脚检查高低电平情况进行了测量，发现是电阻 R2 忘记接电源了。接上电源线 后，再测试电路发现一切出现了正确的显示和所存功能。 通过帮别人检查电路与实验板焊接学会了不少验证以及逐个检查芯片的

6、组装与调试

使用的主要仪器、仪表 ①5V 直流稳压电源； ②万用表； ③电烙铁： ④电路板： ⑤各芯片及电阻、连线 电路调试 静态调试 使用万能表测试引脚连接情况，注意有没有错误连线，引脚之间有没有误连。 动态调试 接上 5V 直流电源，将系统清除按键按下。74LS279 的四个 RS 触发器的置 0 端均为 0，使四 个触发器均被置 0。Q3 为 0，使 74LS148 的使能端 EN =0，74LS148 处于允许编码状态，同时 Q3 为 0，使 74LS48 的灭灯输入端 BI =0，数码管无显示。这时抢答器处于准备抢答状态。 当将系统清除按键放开时，抢答器处于等待状态。当有选手将按键开关按下时，抢答器将 接受并显示抢答结果，在按复位键之前再按其他键数码管不会做出任何变化。

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7、总结

这种抢答器主要是基于 74 系列集成芯片， 成本较低， 且基本能够使用于学校的一些活动中。 在完成各个部分的实验设计仿真后，就需要将各部分连接起来由于都是由抢答信号控制，所以 只需要将抢答信号输出，作为其他电路的控制源。具体的过程是将显示组别前的二进制码输入 有预置的 7485 比较器，输出比较结果的高低电平来启动犯规电路、抢答发声电路。同时，主持 人有两个开关，分别控制组别的清零和倒计时电路的开启。 最后一级是语音信号的放大输出。

改进设想及建议： （1）我们设计的作品主要是用 74 系列集成芯片来完成的，在焊接的过程中由于芯片的引脚过 多，布线工作不是很方便。有时候还因为某一跟线没有焊牢，造成电路的不稳定，这些都是有 待改进的。我们的想法是根据单片机原理及相关知识对我们的设计进行一些改进。 （2）选手号码的显示问题：在设计过程中，我发现按下抢答按钮后，我希望其在七段数码显示 管上显示的选手号码是 1 到 8，这样符合我们一般的思维。 （3）增加定时电路、报警电路等。

8.实验心得

通过这次的课程设计，我学会了简单八路抢答器的的电路设计方法，运用以前学过的数电 知识解决了实际问题，对数字电

路设计中的逻辑关系有了更为深刻的了解，实验的初期对整个 的电路还不能从整体把握，不知道从哪里下手，就复习了一下数电中的知识，然后参考了上学 期我们做的数电实验，其中有一个关于抢答器的部分，最后在自己的努力下完成了电路的设计。 在实际的焊接中，开始由于我们在实验元件清单上面写的一个八路与非门实验室没有，所 以我们只好用 4 输入与非门 74LS21 和 2 输入或门 74LS32 来代替，同时由于自己的粗心，漏接 了一根线，导致了结果出不来，但是在老师和同学的帮助下，这次还是顺利的完成了设计，学 会了怎么用万用表检查电路，将自己在书本上学习到的知识真正的用到了实际中。 此次课程设计锻炼了独立思考解决问题，出现失败的思考与处理，团队合作共同提高，同 时在以后的学习生活中我还要培养自己一种严谨的态度，尽量避免由于自己粗心而出现问题。 通过实验焊接后成功的功能输出告诉我们，要对自己有信心，所要做的就是坚持，成功就不 会遥远。

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参考文献： 【 1 】阎石《数字电子技术基础》 高等教育出版社 【 2 】课程设计报告实验指导

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附表

元件清单 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 编号 74LS148 74LS279 74LS48 R1 R2 SW LED DPY_7-SEG 名称 优先编码器 触发器 七路显示译码器 510Ω 电阻 10kΩ 电阻 单刀片双置开关 弹片开关 发光二极管 共阴极七段数码显 示管 数 量 1个 1个 1个 7个 9个 1个 9个 1个 1个 说明 工作电压 5V 工作电压 5V 工作电压 5V

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