1、目錄前言2摘要3一、實驗目的4二、設計要求與內容4三、設計及原理43.1 總體方案設計43.1.1 設計思路43.1.2 總電路框圖53.2 各模塊設計方案及原理說明53.2.1 搶答電路53.2.2 倒計時及報警電路12四、電路實驗與調試 .14五、設計總結15六、課設感受16參考文獻17附錄1.元器件清單182.元件引腳圖193.總電路圖21前 言進入21世紀越來越來多的電子產品出現在人們的日常生活中，例如企業、學校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽, 搶答記分器是必要設備。過去在舉行的各種競賽中我們經常看到有搶答的環節，舉辦方多數采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權，這在某種程度上

2、會因為主持人的主觀誤斷造成比賽的不公平性。人們于是開始尋求一種能不依人的主觀意愿來判斷的設備來規范比賽。因此，為了克服這種現象的慣性發生人們利用各種資源和條件設計出很多的搶答器，從最初的簡單搶答按鈕，到后來的顯示選手號的搶答器，再到現在的數顯搶答器，其功能在一天的趨于完善不但可以用來倒計時搶答，還兼具報警，計分顯示等等功能，有了這些更準確地儀器使得我們的競賽變得更加精彩紛呈，也使比賽更突顯其公平公正的原則。今天隨著科技的不斷進步搶答器的制作也更加追求精益求精，人們擺脫了耗費很多元件僅來實現用指示燈和一些電路來實現簡單的搶答功能，使第一個搶答的參賽者的編號能通過指示燈顯示出來，避免不合理的現象發

3、生。但這種電路不易于擴展，而且當有更高要求是酒無法實現，例如參賽人數的增加。隨著數字電路的發展，數字搶答器誕生了，它易于擴展，可靠性好，集成度高，而且費用低，功能更加多樣話，是一種高效能的產品。而如今在市場上銷售的搶答器大多采用可編程邏輯元器件，或利用單片機技術進行設計，本次設計主要利用常見的74LS系列集成電路芯片、CD系列集成電路芯片和555芯片，并通過劃分功能模塊進行各個部分的設計，最后完成了八路智力競賽搶答器的設計。摘 要介紹了數碼顯示八路搶答器電路的組成、設計及功能，電路采用74系列常用集成電路進行設計。該搶答器除具有基本的搶答功能外，還具有定時、計時和報警功能。主持人通過時間預設開

4、關預設供搶答的時間，系統將完成自動倒計時。若在規定的時間內有人搶答，則計時將自動停止；若在規定的時間內無人搶答，則系統中的蜂鳴器將發響，提示主持人本輪搶答無效，實現報警功能，若超過搶答時間則搶答無效。該搶答器主要運用到了編碼器，譯碼器和鎖存器：它采用74LS148來實現搶答器的選號，采用74LS279芯片實現對號碼的鎖存，采用74LS192實現十進制的減法計數，采用555芯片產生秒脈沖信號來共同實現倒計時功能，然后實現報警信號的輸出。通過課程設計提高和鞏固了所學的專業知識，以及知識的綜合應用和焊接技術。關鍵詞: 搶答器 編碼 譯碼 定時 報警八路數字搶答器一、實驗目的通過八路數字搶答器的設計實

5、驗，要求學生回顧所學數字電子技術的基礎理論和基礎實驗，掌握組合電路、時序電路、編程器件和任意集成電路的綜合使用及設計方法，熟悉掌握優先編碼器、觸發器、計數器、單脈沖觸發器、555電路、譯碼/驅動電路的應用方法，熟悉掌握時序電路的設計方法。達到數字實驗課程大綱所要求掌握的基本內容。二、設計要求與內容在許多比賽活動中，為了準確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，通常設置一臺搶答器，通過數顯、燈光或音響等多種手段指示出第一搶答者。（1）設計制作一個可容納8組參賽的數字式搶答器，每組設置一個搶答按鈕供搶答者使用。（2）電路具有第一搶答信號的鑒別和鎖存功能。在主持人系統發出搶答指令后，若參賽者按搶答開關，則

6、該組指示燈亮并用組別顯示電路顯示出搶答者的組別，同時指示燈(發光二極管)亮。此時，電路應具備自鎖存功能，使別組的搶答開關不起作用。（3）若超時仍無人搶答，則報警指示燈熄滅。三、設計及原理3.1 總體方案設計3.1.1 設計思路本題的根本任務是準確判斷出第一搶答者的信號并將其鎖存。實現這一功能可選擇使用觸發器或鎖存器等。在得到第一信號之后應立即將電路的輸入封鎖，即使其他組的搶答信號無效。同時還必須注意，第一搶答信號應該在主持人發出搶答命令之后才有效。當電路形成第一搶答信號之后，用編碼、譯碼及數碼顯示電路顯示出搶答者的組別，也可以用發光二極管直接指示出組別。在主持人沒有按下開始搶答按鈕前，參賽者的

7、搶答開關無效；當主持人按下開始搶答按鈕后，開始進行30秒倒計時，此時，若有組別搶答，顯示該組別并使搶答指示燈亮表示“已有人搶答”；當計時時間到，仍無組別搶答，則計時指示燈滅表示“時間已到”，主持人清零后開始新一輪搶答。、3.1.2 總電路框圖圖 3-1總電路框圖3.2 各模塊設計方案及原理說明3.2.1 搶答電路此部分電路主要完成的功能是實現8路選手搶答并進行鎖存，同時有相應發光二極管點亮和數碼顯示。使用優先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS297 來完成。該電路主要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數字數碼顯示管

8、）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：開關S 置于"清除"端時，RS 觸發器的 R、S 端均為0，4 個觸發器輸出置0，使74LS148 的優先編碼工作標志端 0，使之處于工作狀態。當開關S 置于"開始"時，搶答器處于等待工作狀態，當有選手將搶答按鍵按下時（如按下S5），74LS148 的輸出經RS 鎖存后，CTR=1,RBO =1, 七段顯示電路74LS48 處于工作狀態，4Q3Q2Q=101,經譯碼顯示為“5”。此外，CTR 1，使74LS148 優先編碼工作標志端，處于禁止狀態，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74LS148

9、的 此時由于仍為CTR1，使優先編碼工作標志端1， 5 所以74LS148 仍處于禁止狀態，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優先性。只要有一組選手先按下搶答器，就會將編碼器鎖死，不再對其他組進行編碼。通過74LS48譯碼器使搶答組別數字顯示0-7。如有再次搶答需由主持人將S 開關重新置“清除”然后再進行下一輪搶答。原理圖如下：圖 3-2 搶答模塊原理圖RS觸發器：1. 保持狀態。當輸入端接入=1的電平時，如果基本SR觸發器現態=1、=0，則觸發器次態=1、=0；若基本SR觸發器的現態=0、=1，則觸發器次態=0、=1。即=1時，觸發器保持原狀態不變。2. 置0狀態。當=1，=0時，

10、如果基本SR觸發器現態為=1、=0，因=0，會使=1，而=1與=1共同作用使端翻轉為0；如果基本SR觸發器現態為=0、=1，同理會使=0，=1。只要輸入信號=1，=0，無論基本SR觸發器的輸出現態如何，均會使輸出次態置為0態。3. 置1狀態。當=0、=1時，如果觸發器現態為=0、=1，因=0，會使G1的輸出端次態翻轉為1，而=1和=1共同使G2的輸出端=0；同理當=1、=0，也會使觸發器的次態輸出為=1、=0；只要=0、=1，無論觸發器現態如何，均會將觸發器置1。&&Q QG1G2 R SS R R S QQ R SQ置0置1保持4. 不定狀態。當=0時，無論觸發器的原狀態如何

11、，均會使=1，=1。當脈沖去掉后，和同時恢復高電平后，觸發器的新狀態要看G1 和G2兩個門翻轉速度快慢，所以稱=0是不定狀態，在實際電路中要避免此狀態出現。基本RS觸發器的邏輯圖、邏輯符號和波形圖如圖1-7所示。（a） 邏輯圖 (b) 邏輯符號 (c) 波輸 入輸 出1XXXXXXXX11111011111111111100XXXXXXX0000010XXXXXX01001010XXXXX011010010XXXX0111011010XXX01111100010XX011111101010X01111111100100111111111101表 3-1 74LS148真值表4LS148的輸入端

12、和輸出端低電平有效。是輸入信號，為三位二進制編碼輸出信號，1時，編碼器禁止編碼，當0時，允許編碼。是技能輸出端，只有在0，而均無編碼輸入信號時為0。為優先編碼輸出端，在0而的其中之一有信號時，0。各輸入端的優先順序為：級別最高，級別最低。如果0（有信號），則其它輸入端即使有輸入信號，均不起作用，此時輸出只按編碼，000。優先編碼被廣泛用于計算機控制系統中，當有多個外設申請中斷時，優先編碼器總是給優先級別高的設備先編碼。 譯碼顯示電路CD4511是一個用于驅動共陰極 LED （數碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點如下：具有BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的CMOS電路能提

13、供較大的拉電流。可直接驅動LED顯示器。其功能介紹如下： BI：4腳是消隱輸入控制端，當BI=0 時，不管其它輸入端狀態如何，七段數碼管均處于熄滅（消隱）狀態，不顯示數字。LT：3腳是測試輸入端，當BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態如何，七段均發亮，顯示“8”。它主要用來檢測數碼管是否損壞。 LE：鎖定控制端，當LE=0時，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數值。A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。 CD4511的內部有上拉電阻，在輸入端與數碼

14、管筆段端接上限流電阻就可工作。1. CD4511的引腳 CD4511具有鎖存、譯碼、消隱功能，通常以反相器作輸出級，通常用以驅動LED.各引腳的名稱：其中7、1、2、6分別表示A、B、C、D；5、4、3分別表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分別表示   a、b、c、d、e、f、g。左邊的引腳表示輸入，右邊表示輸出，還有兩個引腳8、16分別表示的是VDD、VSS。2. CD4511的工作原理1. CD4511的工作真值表如表3-2 2. 鎖存功能 譯碼器的鎖存電路由傳輸門和反相器組成,傳輸門的導通或截止由控制端LE的電平狀態。 當LE為“0”電平導通

15、，TG2截止；當LE為“1”電平時，TG1截止，TG2導通，此時有鎖存作用。如圖3-3（3）譯碼 CD4511譯碼用兩級或非門擔任，為了簡化線路，先用二輸入端與非門對輸入數 據B、C進行組合，得出、四項，然后將輸入的數據A、D一起用或非門譯碼。 （4）消隱 BI為消隱功能端，該端施加某一電平后，迫使B端輸出為低電平，字形消隱。輸        入輸        出LEBILIDCBAabcdefg顯示XX0XXXX11111118X01XXXX00000

16、00消隱01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000000消隱0111111000000消隱111XXXX鎖       存鎖存 表3

17、-2 CD 4511的真值表。3.2.2 倒計時及報警電路原理圖如下：該部分主要由555 定時器秒脈沖產生電路、十進制同步加減計數器74LS192 減法計數電路、74LS48 譯碼電路和 2 個 7 段數碼管即相關電路組成。完成的功能是當主持人按下開始搶答按鈕后，進行30s倒計時，到0s時倒計時指示燈亮。當有人搶答時，計時停止。兩塊74LS192 實現減法計數，通過譯碼電路 74LS48 顯示到數碼管上，其時鐘信號由時鐘產生電路提供。74LS192 的預置數控制端實現預置數30s，計數器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數器開始減法計數工作，并將時間顯示在共陰極七段數碼顯示管上，當有人

18、搶答時，停止計數并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時， 輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。 圖 3-6 555定時器連接由555定時器和三極管構成報警電路。其中555構成多諧振蕩器，振蕩頻率fo 1.43（RI2R2）C，其輸出信號經三極管推動揚聲器。PR為控制信號，當PR為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。控制輸入信號為經過編碼的搶答選手的信號，當有人在有效時間內搶答時，定時時間到時無人搶答時，輸入信號為高電平，報警電路發出報警信號；反之，輸入信號為低電平時，報警器不工作。四、 電路實驗與調試4.1焊接 通過實驗原理圖進行實物焊接，

19、焊接時能深刻體會到焊接工藝的重要性：各個芯片的引腳功能不能混淆，必須了解各個芯片的使用方法，內部結構以及使用時的注意事項，該接電源的一定要接電源，該接地的一定要接地，且不能有懸空。同時在電路板上要預先確定電源的正負端，便于區分及焊接。正確焊接各芯片個管腳連接必須查閱各種資料并記錄，以確保在焊接過程和調試過程中芯片不被燒壞，同時確保整個電路的正確性。在焊接完后每塊芯片都用萬用表檢測，看是否有短接等，還有焊接時要盡量使布線規范清晰明了，這樣才有利于在調試過程中檢查電路。4.2 調試中出現的問題及解決方法 （1） 顯示電路不穩定問題在完成電路的焊接進入調試階段時發現搶答器數碼管顯示選手編號不穩定。主

20、要表現在單選手按下搶答鍵后數碼管顯示的不是選手當前號碼。因此著手對電路進食檢查，首先檢查數碼管看是否是關節焊接錯誤，后又檢查電路各個芯片管腳接錯均未發現問題，最后發現當觸動某按鍵連線時顯示正常由此判斷可能是因為出現了虛焊，遂將電路各焊點又仔細焊接了一遍，此時電路顯示正常。（2） 控制開關無法控制電路在調試是發現當按下主持人開關時電路斷電，當松開后數碼管顯示始終為7，經過一個多小時對電路用萬用表逐個檢查，發現是開關觸焊接錯誤，通過改正焊接后電路能正常工作。（3）數碼管不能正常倒計時在進入定時電路調試時，發現數碼管不能正常倒計時，出現亂碼。對這問題我們檢查了芯片是否完好，電路界限是否正確均未發現問

21、題，后發現是由于在焊接時焊線有些地方出現部分短接，于是就將焊線重新理清，數碼管也能正常工作了。五、設計總結本次電子課程設計實習將理論與實踐有機地結合，既考查了同學對理論知識的掌握程度，由反映了實際動手能力，更主要的是考查了同學對知識的綜合運用以及創新設計思維能力，為今后的發展提供了一次良好的學習環境。針對課設題目八路搶答器，一開始還沒有頭緒，不會運用所學知識進行有效設計，但通過上網查閱各種類似的設計，去圖書館翻閱相關設計書籍，查閱所提供的芯片功能，確定基本設計方案，又通過仿真驗證試驗方案的可實行性，雖說比較煩雜但卻對設計一個電路有了基本的經驗。同時也使自己認識到：1、 設計思路是整個設計的靈魂

22、拿下每個課題能有一個非常清晰的設計思路是至關重要的。只有對課題的充分理解，對各種器件的熟練掌握，勾畫出基本的設計圖是成功的關鍵，必須多花時間在設計上才能為后續工作提供更扎實的基礎。翻閱各種資料，上網查詢填補所需知識的空白是必要的。2、 焊接制作必須精益求精焊接必須精益求精，一絲不茍，一點的差錯都可能導致實驗結果錯誤，因此必須準確無誤還要工整，這樣才能在調試中能比較輕松進行，也是整個電路可看性更好。3、 調試調試工作是個精細工作。在調試過程中，有些問題是芯片本身損壞引起的，也有些是因為焊接問題引起的等因此排查過程需要特別有耐心，通過對芯片功能的檢驗，對焊點的檢查最后檢查出問題所在。當最后解決問題

23、時，電路的正確是非常振奮，也很有成就感和滿足感。4、 建議設計的作品主要是用74系列集成芯片來完成的，在焊接的過程中由于芯片的引腳過多，布線工作不是很方便。有時候還因為某一跟線沒有焊牢，造成電路的不穩定，這些都是有待改進的。六、課設感受課程設計是培養學生綜合運用所學知識,發現,提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環節,是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術發展的日新日異，數電模電相結合的產品在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀的大學來說掌握這類產品的開發技術是十分重要的。回顧起此次課程設計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發現了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說三極管