计算机11 届数字电路课程设计
八路智力竞赛抢答器
学生姓名 胡茁成 学 号 5011207218 所属学院 信息工程学院 专 业 计算机科学与技术 班 级 计算机11-2
日 期 2009年7月4日
塔里木大学教务处制
一、课题名称：八路智力竞赛抢答器 二、内容摘要：
摘要：
本文主要介绍用数电知识设计八路抢答器。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出，并与主持人开关相连接，即构成了抢答器的主体电路。经过布线、接线、调试等工作后数字抢答器成形。借助较少的外围元件完成抢答的整个过程，设计制作了八路抢答器，设计编程简单，容易理解掌握，且工作稳定可靠。总体电路简单，易于制作。可供8人或8个代表队抢答，并用7段数码管显示首先抢答者的组别号码，有人抢答后自动闭锁其他各路输入，禁止其他人抢答，使其他组的开关失去作用，而显示最先按下抢答键的组别号。只有当主持人按下复位按键才能再次抢答。 关键字： 抢答器；设计；稳定；再次
三、设计内容及设计要求：
1、抢答器最多可供8名选手参赛，编号为1～8号，各队分别用一个按钮（分别为S0～S7） 控制，并设置一个系统清零和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
2、抢答器具有数据锁存功能,并将锁存数据用LED数码管显示出来，只能由主持人进行清零。
3、开关S作为清零及抢答控制开关（由主持人控制），当开关S被按下时抢答电路清零，松开后则允许抢答。输入抢答信号由抢答按钮开关S0～S7实现。
四、试验器件清单：
本设计所用的实验器材如下表所示。
表1 实验器材 名称 集成电路 型号 74LS00 74LS148 74LS48 数量 3 1 1 9 1 1 1 若干 2 备注 代替74LS279 1
电阻 10K 510 二极管 七段数码管 导线 面包板
FG111050 共阴极
+6V直流电源 按钮开关 1 9 五、设计的系统方案：
1、构思抢答器需要达到的功能并结合自身的能力，列出了如图1所示的总体框架图。
主持人控制控制 电路 抢答 按钮 优先编 码电路 锁存器 译码 电路 译码 显示
开关 图1 总体框架
2、具体设计方案如下：
① 接通电源后，主持人将开关拨到\"清除\"状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器和指示灯灭灯，等主持人将开关置“开始”位置后，抢答器处于等待状态，此时可以进行抢答。
②抢答器完成：优先判断抢答的组号，并将编号进行锁存，然后通过译码器将编号显示在七段数码管上。
③如果再次抢答必须由主持人操作\"清除\"和\"开始\"状态的开关，即需要主持人清零。
六、电路的工作原理
1、开关阵列电路
该电路由多路开关所组成，供抢答着使用，每一抢答者与一个开关相对应（开关S0—S7的代号分别是8、1、2、6、7，即抢答着的组号，便于主持人看到显示器上的数字后，能准确宣布谁是优先抢答者）。开关应为常开型，当按下开关时，开关闭合；当松开开关时，开关自动弹出断开。
图2 抢答的开关
2、触发锁存电路
当某一开关被按下时，触发锁存的电路被触发，在输出端产生相应的开关电平信息。同时为了防止其它开关随后触发而产生紊乱，让最先产生的输出电平返
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回来将触发锁存器的电路锁定。若有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，结果只能是它们中的任一个产生有效输出，任然达到了优先判断的效果。
因为在完成本设计的时，实验室不能提供现成的锁存器(集成电路74LS279)则结合所学的理论知识，用集成电路74LS00自制成了锁存器，代替了他(集成电路74LS279)的功能。其连线如图3所示。
图3 由74LS00组成的锁存器
3、数码显示器
数码管通常有发光二极管（ LED ）数码管和液晶（ LCD ）数码管。本设计提供的为 LED 数码管，如图4所示。它显示最先抢答者的相应的代号，方便主持人宣布最先抢答者。
图4 LED显示器
4、电路工作原理
该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。具体的组成及工作原理如图5所示。
工作过程：开关S置于“清除”端时，RS触发器的R端均为0，5个触发器输出置0，使74LS148的ST＝0，使之处于工作状态。当开关S置于“开始”时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出
Y2Y1Y0010,YEX0,经RS锁存后,2Q=1,BI1,74LS48处于工作状态，5Q4Q3Q=101，且1Q=0，则经译码显示为“5”。此外，2Q＝１，使74LS148的ST＝１，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的
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YEX1此时由于仍有2Q＝１，使ST＝１，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置于“清除”然后再进行下一轮抢答。
若按下S0，经RS锁存器后，1Q=1，74LS148的输出Y2Y1Y0111,YEX0,经RS锁存后,2Q=1,BI1,74LS48处于工作状态，5Q4Q3Q=000，且1Q=1,所以经译码显示为“8”。保证抢答者的优先性与上述类似。
若所按的是其他开关(S1、S2、S3、S4、S6、S7)的工作过程与按下开关S5的工作过程相似，只是5Q4Q3Q的输出会发生变化。
图5 数字抢答器电路
①优先判决器
优先判决器主要是由74LS148集成优先编码器等组成。该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端，选通输入端ST，选通输出端YS和扩展端YEX。其功能表如表2所示。从功能表中可以看出当ST＝“0”时，编码器工作，而当
ST＝“1”时，则不论8个输入端为何种状态，输出端均为“1”，且YS端和YEX端为“1”，编码器处于非工作状态,这种情况被称为输入低电平有效。
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表2 优先编码器74LS148功能表
输入 输出 ST 0 0 0 0 0 0 0 0 0 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Y2 Y1 Y0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 YS YEX 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 注：表中×代表任意状态
②锁存器
SR锁存器是该设计中保证多个开关随后触发而不产生紊乱的重要部分，因实
验室不能提供现成的锁存器，则用两个与非门(与非门由集成电路74LS00提供)组成了一个SR锁存器，连线如图3所示，其真值表见表3。
表3 用与非门组成的SR锁存器的特性表 S'D R'D 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0
③译码器
本设计中选用的译码器型号是74LS48（共阴），其引脚排列如图6所示，其中
Q 0 1 0 1 0 1 0 1 Q* 0 1 1 1 1 1 1① 1① 注：①SD、RD的0状态同时消失以后状态不定。
BCD码输入端，Ya、Yb、Yc、Yd、Ye、Yf、Yg— 译码输出端，输A3、A2、A1、A0—
出“1”有效，用来驱动共阴极LED数码管。
LT — 测灯输入端，LT＝“0”时，译码输出全为“1”，数码管七段同时电
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亮，以检查数码管各段能否正常发光。BI/RBO— 灭灯输入端，BI＝“0”时，译码输出全为“0”。 作为输出端使用时，称灭“0”输出端，在A=B=C=D=0时，而且 表示译码器把不希望显示的零熄灭了。RBIRBI=0时，RBO才会输出低电平，—熄零输入端。用来熄灭不希望显示的零。
图6 74LS48的引脚排列图
④数码显示器
LED数码管是目前最常用的数字显示器，它分为共阴管和共阳管。在此只对共阴管作介绍，其电路和出线形式的引出脚如图7所示。一个LED数码管可用来显示一位0～9十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为2～2.5V，每个发光二极管的点亮电流在5～10mA。LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。
(a) 共阴连接（“1”电平驱动） (b) 符号及引脚功能
图7 LED数码管
七、设计的调试：
1、在调试的过程中主要运用了数字万用表。
2、在调试之前我们这一组的成员在一起。首先，对照事先设计好的原理图仔细检查在实物中是否有接错的地方(主要检查集成电路的引脚与导线是否出错接错和是否出现了短路)，若发现有，就立即改正。以防给实物通电之后，出现意外。然后，用数字万用表检测实物中是否有不导通的地方，若有，应立即修正。以防通电后不能工作，而怀疑其他地方出错。
3、在上一步完成的基础之上，给实物通电，进行调试。我们这组出现的问
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题记改正措施如下：
⑴我们初次调试时，实物的确没有工作。然而，我们对事先设计好的原理图进行仔细的研究，最后在指导老师的帮助下发现我们设计的原理图有错误(在集成电路74LS148与锁存器之间多加了反相器)，决定将它去掉。
⑵在上一步完成了之后通电，发现LED显示器上显示的是0~7之间的数，但是我们需要它显示1~8之间的数。经过较长时间的思考，并结合指导老师给出的意见，在开关S0和集成电路74LS48之间加了一个SR锁存器1Q，详见图7。然而，也成了我们完成此设计的最终原理图。
⑶经过上两步的改进，终于达到了我们事先预定的目标。
八、总结设计电路的特点及方案的优缺点：
a、设计电路的特点：集成电路74LS148和由74LS00构成基本SR锁存触发器完成了优先判断的功能。在此充分利用了集成电路74LS148的主要功能。再通过译码器(集成电路74LS48)和LED显示器显示优先抢答的组号给主持人宣布最先抢答的组号提供了有力的证据。
b、方案优点：该电路原理简单、并且在接线时可以使自己思路清晰，缩短了完成此设计的时间。
c、方案缺点：用集成电路74LSOO构成SR锁存器时比较麻烦，最容易把线接错。在面包板上所布的线比较复杂，不利于后面的检查。
九、改进意见和展望：
我们设计的此八路抢答器只能用来判断优先抢答这是谁，只能用在比较普通我觉得它有很多需要改进的地方：①当首次给它通电后，LED显示器上应显的场合。
示0，待主持人清零后，LED显示器不显示，只有等有抢答开关按下时才显示号码。②应添加一个计时器，用来抢答者的抢答时间，即当主持人宣布开始抢答后，开始计时，在主持人设定的时间内可以进行抢答；否则，进行下一轮抢答。③还需要添加一个报警器，以便用声音来提示主持人和观众已经有人进行了抢答。
十、参考资料
[1] 阎石. 数字电子技术基础. 北京：高等教育出版社，2006年 [2] 彭华林等编. 数字电子技术. 长沙：湖南大学出版社，2004年 [3] 金唯香等编. 电子测试技术. 长沙：湖南大学出版社，2004年
[4] 侯建军. 数字电路实验一体化教程. 北京：清华大学出版社，北京交通大学
出版社，2005年
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