1、數(shù)電課設(shè)四路搶答器的設(shè)計(jì)4 路搶答器的設(shè)計(jì)緒論 ：隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，當(dāng)今的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，選拔人才，評(píng)選優(yōu) 勝，知識(shí)競(jìng)賽之類的活動(dòng)愈加頻繁，智力競(jìng)賽是一種生動(dòng)活潑的教育方式，人 們?cè)谖镔|(zhì)文明得到滿足的同時(shí)更注重精神文明的追求，各種節(jié)目不斷涌現(xiàn)，提 高節(jié)目的質(zhì)量尤為重要。本次設(shè)計(jì)是針對(duì)活動(dòng)中用到的搶答器而設(shè)計(jì)的。搶答 器是為競(jìng)賽參賽者答題時(shí)進(jìn)行搶答而設(shè)計(jì)的一種優(yōu)先判決器電路，廣泛應(yīng)用于 各種知識(shí)競(jìng)賽、文娛活動(dòng)等場(chǎng)合。通過(guò)搶答和必答兩種答題方式能引起參賽者 和觀眾的極大興趣，并且能在極短的時(shí)間內(nèi)，使人們迅速增加一些科學(xué)知識(shí)和 生活常識(shí)。現(xiàn)在的搶答器有著數(shù)字化，智能化的方向發(fā)展，這就必然提高

2、了搶答器的 成本。鑒于現(xiàn)在小規(guī)模的知識(shí)競(jìng)賽越來(lái)越多，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的小型搶答 器必將大有市場(chǎng)本文設(shè)計(jì)的搶答器，電路簡(jiǎn)單，成本較低，操作方便，靈敏可 靠，具有較高的推廣價(jià)值。搶答器在競(jìng)賽中有很大用處 , 它能準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第 1 搶答者 通過(guò)搶答器的指示燈顯示手段指示出第 1 搶答者1 。本論文設(shè)計(jì)宗旨在培養(yǎng)學(xué)生 綜合模擬、數(shù)字電路知識(shí)，解決電子信息方面常見(jiàn)實(shí)際問(wèn)題的能力，掌握一般 電子電路設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)步驟。促使學(xué)生積累實(shí)際電子制作經(jīng)驗(yàn)，準(zhǔn)備走向更 復(fù)雜更實(shí)用的應(yīng)用領(lǐng)域。目的在于鞏固基礎(chǔ)、注重設(shè)計(jì)、培養(yǎng)技能、追求創(chuàng)新、 走向?qū)嵱谩９δ芎?jiǎn)介：參加競(jìng)賽者對(duì)主持人提出的問(wèn)題要在短時(shí)間內(nèi)

3、作出判斷，并按 下?lián)尨鸢存I回答問(wèn)題。 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)人按下按鍵后，同時(shí)電路將其他搶答按鍵封鎖， 使其不起作用。主持人有開(kāi)時(shí)間和復(fù)位鍵，按下開(kāi)時(shí)間后才能開(kāi)始搶答，否者 犯規(guī)。搶答前主持人操作開(kāi)關(guān)使搶答有效，顯示燈全熄滅。當(dāng)四人中有人搶答 有效時(shí)，其對(duì)應(yīng)的顯示燈亮，此時(shí)其余的開(kāi)關(guān)不起作用，即其對(duì)應(yīng)的顯示燈滅。數(shù)電課設(shè)四路搶答器的設(shè)計(jì)連接電路并進(jìn)行操作，觀測(cè)搶答器的工作情況。數(shù)字電路產(chǎn)品在生活中有著極其廣泛的應(yīng)用，包括計(jì)算機(jī)、數(shù)字通信、智 能儀器儀表、自動(dòng)控制及航天等領(lǐng)域中。這些給人們帶來(lái)了生活，工作等方面 帶來(lái)了極大的方便。數(shù)字電路的發(fā)展，使得這門(mén)課程對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是很有必要 學(xué)好。數(shù)字電路設(shè)備實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，

4、速度和可靠性好。在這次的數(shù)字電路制作中，本 人制作四路競(jìng)賽搶答器。搶答器在比賽等場(chǎng)合中不可缺少的設(shè)備。一、 設(shè)計(jì)目的1.1 學(xué)習(xí)數(shù)字電路的優(yōu)先編碼器、鎖存器、多諧振蕩器、譯碼器、數(shù)據(jù)顯示管的綜合應(yīng)用1.2 熟悉搶答器的工作原理1.3 了解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，調(diào)試及故障排除方法。二、設(shè)計(jì)要求2.1 該搶答器同時(shí)供 4 名選手比賽；2.2 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清零和搶答器控制開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)由主持人控制；2.3 搶答器具有鎖存和顯示功能，即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在 LED 數(shù)碼管上顯示。三、電路的總體結(jié)構(gòu)3.1 電路的總體原理框圖數(shù)電課設(shè)四路搶答器的設(shè)計(jì)圖1、設(shè)計(jì)原理框圖搶答電路選用觸發(fā)器74LS175來(lái)

5、完成。該電路主要完成兩個(gè)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(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編 號(hào)（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作 無(wú)效。3.2 Multisim軟件的簡(jiǎn)單介紹Multisim軟件是一個(gè)專門(mén)用于電子線路仿真與設(shè)計(jì)的EDA工具軟件。作為Win dows下運(yùn)行的個(gè)人桌面電子設(shè)計(jì)工具，Multisim 是一個(gè)完整的集成化設(shè) 計(jì)環(huán)境。Multisim計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學(xué)與實(shí)際 動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一問(wèn)題。可以很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿 真真實(shí)的再現(xiàn)出來(lái)，并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。它

6、具有直觀的圖形界面，豐富的元器件，強(qiáng)大的仿真能力，豐富的測(cè)試儀器，完 備的分析手段，獨(dú)特的射頻模塊，強(qiáng)大的MCU莫塊，完善的后處理，詳細(xì)的報(bào)告，兼容性好的信息轉(zhuǎn)換特點(diǎn)。所以NI Multisim 軟件電子學(xué)教學(xué)的首選軟件工具。四、電路的設(shè)計(jì)與元器件的原理4.1搶答電路的設(shè)計(jì)數(shù)電課設(shè)四路搶答器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)電路如圖所示。電路選用觸發(fā)器74LS175成。該電路主要完成兩個(gè)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(hào)，同時(shí)譯碼顯示電 路顯示編號(hào)（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其工作過(guò)程：開(kāi)關(guān)S5打開(kāi)時(shí)，74LS175輸出置0,使7觸發(fā)器工作標(biāo)志端二0, 使之處于工作

7、狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)S5置于key=A時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有 選手將搶答按鍵按下時(shí)（如按下J4開(kāi)關(guān)時(shí)），74LS175的輸出經(jīng)74ALS133M鎖 存后，CTR=1,RBO（圖中4端）=1,七段顯示電路 74LS175處于工作狀態(tài)， 4Q3Q2Q=100經(jīng)譯碼顯示為4”。此外，CTR=1，使74LS175觸發(fā)器工作標(biāo)志 端（圖中5號(hào)端）=1，處于禁止?fàn)顟B(tài)，圭寸鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開(kāi)即 按下時(shí)，74LS175的此時(shí)由于仍為CTR =1,使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中 5 號(hào)端）=1，所以74LS175仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)， 保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人

8、將S6開(kāi)關(guān)重新置地端然后再進(jìn)行下一輪搶答。4.2 74LS175 芯片數(shù)電課設(shè)四路搶答器的設(shè)計(jì)74LS175是四D觸發(fā)器，是上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器。D觸發(fā)器的狀態(tài)方程 為：Qni二D,引腳功能及邏輯符號(hào)如圖3所示，上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器的功能如 表1所示。D是數(shù)據(jù)輸入端，是觸發(fā)器狀態(tài)更新的依據(jù)， QQ與為兩個(gè)互補(bǔ)輸出端。通 常把Q 0, Q 1的狀態(tài)定為觸發(fā)器“ 0”狀態(tài)；而把Q 1，Q 0定為“1 ” 狀態(tài)。Wx PINI 陽(yáng)Vcc 5 陽(yáng) D?內(nèi)花！ Qg CP 而両而而而而而IT訂 I 2I丨？丨丨4丨5 6 7 |丨£ 廉 / 島比 Di $GND圖3 74LS175四D觸發(fā)器引

9、腳排列及邏輯符號(hào)表1上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器的功能輸入輸出DQQLLHHHL4.3 74LS175 工作原理圖4 74LS175工作原理圖表2 74LS175 的真值表輸入輸出Sd'Rd'CPDQn 1Qn 101XX1010XX0100XX歲歲111101100111JXQnQn'4.4與門(mén)“與”運(yùn)算是邏輯運(yùn)算中的一種基本邏輯關(guān)系，它的邏輯描述是：當(dāng)完成某一個(gè)事件的所有的條件都滿足時(shí)，結(jié)果才會(huì)發(fā)生。換句話說(shuō)，只要所有的條件數(shù)電課設(shè)四路搶答器的設(shè)計(jì)中有一個(gè)不滿足，結(jié)果就不會(huì)發(fā)生。下面通過(guò)邏輯函數(shù)的方法對(duì)“與”關(guān)系進(jìn)行分析。當(dāng)有兩個(gè)條件時(shí)，設(shè)兩個(gè)條件為變量 A、B,結(jié)果為變量丫

10、則“與”關(guān)系可 以表示為Y=AB用1來(lái)表示“滿足”，用0來(lái)表示“不滿足”、結(jié)果的“發(fā)生”用1來(lái)表示，結(jié) 果的“不發(fā)生”用0來(lái)表示：當(dāng)A=1時(shí)，根據(jù)“與”關(guān)系的描述，若B=0則丫=0;若B=1，則丫=1，說(shuō)明 當(dāng)A=1時(shí)丫的邏輯值與B的邏輯值是相同的21。當(dāng)A=0時(shí)，無(wú)論B=0或B=1，根據(jù)“與”關(guān)系的描述，丫的邏輯值都是0, 說(shuō)明當(dāng)A=0時(shí)丫的邏輯值與B的邏輯值無(wú)關(guān)，恒等于022。將兩個(gè)條件的“與” 關(guān)系進(jìn)行放大，當(dāng)有多個(gè)條件變量時(shí)，只要其中有一個(gè)條件變量的值等于 0,無(wú) 論其它條件變量的邏輯取值是多少， 結(jié)果變量恒等于0【7】。在數(shù)字電路中，表示“與”關(guān)系的邏輯電路稱為與門(mén)，其中條件變量對(duì)應(yīng)

11、與門(mén)的輸入端，結(jié)果變量 對(duì)應(yīng)與門(mén)的輸出端根據(jù)上面的函數(shù)分析可以看出，在與門(mén)中只要有一個(gè)輸入端 的輸入信號(hào)為0（低電壓），該0信號(hào)就可以屏蔽掉其它輸入端的輸入信號(hào)，使得 輸出恒等于0（低電壓）【17】。利用與門(mén)的這種功能就可以實(shí)現(xiàn)智力競(jìng)賽搶答電路的 屏蔽要求。五、實(shí)驗(yàn)步驟5.1檢測(cè)與查閱器件用數(shù)字集成電路測(cè)試儀檢測(cè)所用的集成電路。通過(guò)查閱集成電路手冊(cè)，標(biāo) 出圖中各集成電路輸入、輸出端的引腳編號(hào)。5.2連接電路運(yùn)用Multisim 按圖2連接電路。5.3實(shí)驗(yàn)過(guò)程 圖5.1、運(yùn)行電路圖5.1圖5.2、手持人打開(kāi)開(kāi)關(guān)S5，然后在打開(kāi)S6，萬(wàn)用表顯示2.5V，此時(shí)搶答圖5.2圖5.3、開(kāi)關(guān)Si打開(kāi)，LE

12、D顯示為1,說(shuō)明選手1首先搶答，電壓變?yōu)?V;VEC-圖5.3圖5.4、開(kāi)關(guān)S2隨后打開(kāi)，選手2在第二時(shí)間搶答，然后引文75ALS133鎖存使其他開(kāi)關(guān)無(wú)效；H：圖5.4 6 a-riLllfMJ J-51-nitJ-174S.D4D圖5.5、主持人控制的S6斷開(kāi)，LED自動(dòng)清零，電壓返回2.5V ；圖5.6、主持人閉合開(kāi)關(guān)S6，選手?jǐn)嚅_(kāi)3、S2、S3、S4進(jìn)行下一輪的搶答;圖5.6圖5.7、搶答完畢，主持人斷開(kāi)S5,實(shí)驗(yàn)結(jié)束圖5.7六結(jié)論總結(jié)從該電路設(shè)計(jì)本身來(lái)說(shuō)，由集成D觸發(fā)器74LS175組成的搶答電路，電路設(shè) 計(jì)較簡(jiǎn)單，器件易采購(gòu)。但需要外加 CP工作脈沖（由于本文的重點(diǎn)是搶答，電 路的設(shè)

13、計(jì)，因此沒(méi)有給出脈沖發(fā)生電路）。相比而言，其他類型的觸發(fā)器，比如 基本RS觸發(fā)器和JK觸發(fā)器，同樣可以用于搶答器電路的設(shè)計(jì)并且不需要外加 CP工作脈沖，但電路中使用的門(mén)器件較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。其次，從觸發(fā)器的應(yīng)用 來(lái)說(shuō)，只要電路設(shè)計(jì)中需要記憶單元，都可以用不同類型的觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，比 如寄存器的設(shè)計(jì)，計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)等等都需要觸發(fā)器的參與。觸發(fā)器應(yīng)用的資料 有很多，讀者如有興趣可自行設(shè)計(jì)以加深對(duì)觸發(fā)器功能以及其應(yīng)用的理解。七、收獲心得本次數(shù)字電子線路課程設(shè)計(jì)過(guò)程，我學(xué)到了很多東西，通過(guò)四路搶答器 的設(shè)計(jì)，不僅掌握了 74LS175的工作原理，全面了解到搶答器的特點(diǎn)。更是對(duì) 一學(xué)期以來(lái)所學(xué)的電子方面的知識(shí)

14、也重新學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)了一遍，也對(duì)自己在模擬 電子方面的能力有了更客觀的認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)。在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，從最基本的查原件，找資料做起，了解了完整的電子設(shè)計(jì)的一般步驟，也和同學(xué)們共同探討, 學(xué)到了很多課堂上學(xué)不到的東西，也遇到了各種各樣從沒(méi)有想到的問(wèn)題，通過(guò) 請(qǐng)教老師，和同學(xué)交流，搜索資料等各種方面解決它們，可以說(shuō)是為我們以后 再電子領(lǐng)域的發(fā)展做了一些有意的嘗試，同時(shí)也使我增加了對(duì)電子方面知識(shí)的 興趣，也從中發(fā)現(xiàn)了自己的一些不足的地方，以后會(huì)多多改進(jìn)。最后，在這里 也非常感謝指導(dǎo)老師，感謝你們的耐心指導(dǎo)，謝謝 !八、參考文獻(xiàn)1 周良權(quán)，方小喬編數(shù)字電子技術(shù)北京：高等教育出版社，19942 康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）北京：高等教育出版社 20003 任為民數(shù)字電子電路學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)北京：廣播電視大學(xué)出版社 19924 謝自美電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試（第二版）華中科技大學(xué)出版社，2000 侯大年數(shù)字電子技術(shù)北京：電子工業(yè)出版社,1999 歐陽(yáng)星明數(shù)字邏輯武漢:華中科技大學(xué)出版社，20007 楊曉輝，張彤，姜俊海智能搶答器的設(shè)計(jì)與制作長(zhǎng)春大學(xué)學(xué)報(bào)，2000,06（24-25）8 周南良數(shù)字邏輯長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)出版社，19929 閻 石數(shù)字電子電路北京：