学号：
《电子技术课程设计》报告题目： 8路抢答器设计
学院(系)：
专业年级：
学生姓名：
指导教师：
完成日期：
目录
1.设计任务及要求......................................................... - 2 -
1.1课题要求设计..................................................... - 2 -
1.2具体设计要求..................................................... - 2 -
2.设计方案............................................................... - 2 -
2.1抢答部分方案..................................................... - 2 -
2.2声光提示部分方案................................................. - 2 -
2.3主持人开始、复位部分方案设计..................................... - 2 -
2.4设计思路......................................................... - 2 -
3.设计原理及其电路....................................................... - 3 -
3.1抢答部分仿真搭建................................................. - 3 -
3.1.1抢答原理.................................................... - 4 -
3.1.2抢答部分仿真图.............................................. - 3 -
3.2声光提示部分仿真搭建............................................. - 4 -
3.2.1声光提示原理................................................ - 5 -
3.2.2声光提示仿真图.............................................. - 4 -
3.3主持人开始、复位部分仿真搭建..................................... - 6 -
3.3.1主持部分原理................................................ - 6 -
3.3.2主持部分仿真图.............................................. - 6 -
3.4主要元器件介绍................................................... - 7 -
3.4.1 74LS148 ..................................................... - 7 -
3.4.2 74LS74 ...................................................... - 7 -
3.4.3 555定时器.................................................. - 9 -
3.4.4七段LED数码管............................................. - 10 -
4.电路的了解与调试...................................................... - 13 -
4.1最终搭建电路仿真图.............................................. - 13 -
4.2电路仿真模拟.................................................... - 14 -
4.2.1主持人复位（准备抢答）..................................... - 14 -
4.2.2主持人按键开始抢答（声音提示）............................. - 15 -
4.2.3选手（5号）开始抢答（声光提示，数码管显示）................ - 15 -
4.2.4主持人复位（发光二极管和数码显示管熄灭）................... - 16 -
5.设计总结.............................................................. - 16 -
6.附录：................................................................ - 17 - 参考文献................................................................ - 19 -
1.设计任务及要求
1.1课题要求设计
（1）主持人可以独立控制抢答开始，按键按下时选手抢答才有效；
（2）有选手先按下抢答按钮后声光提示，并用数码管显示抢答到选手的号码。
1.2具体设计要求
（1）抢答器同时供8组选手使用，分别用SW1~SW8开关表示；
（2）设置一个系统清零（抢答显示数码管和发光二极管（LED) 灭灯）和抢答控制开关S，该开关由主持人控制（主持人按下开关后选手方可抢答，否则无效）；（3）当主持人宣布“抢答开始”后，首先做出判断的参赛者立即按下开关，声光提示，数码管显示选手，同时送出一个信号锁住其他7个抢答者的电路，不再接受其他信号，直到主持人再次清除信号复位为止。
2.设计方案
2.1抢答部分功能方案设计
采用D触发器和2个74ls148编码器实现抢答。先将抢答选手的信号输入至编码器中编码，第一个编码器编码第1-7选手的信号，第二个编码器编码第8个选手的信号，两个编码器将输出的二进制信号输入至锁存器锁存，锁存器又将信号输入至74ls47译码器中最终将抢答选手的编号用数码显示管输出出来。同时编码器工作时GS端口输出低电平被D触发器锁存低电平重新输入到编码器的EI端口使编码器停止工作，其他选手抢答无效。
此方式所采用的元器件最少，电路的形式最简单，并且购买方便，价格合理。
2.2声光提示功能方案设计
（1）用发光二极管、D触发器显示光线提示。只要编码器74ls148工作后，GS端输出低压脉冲信号，被D触发器锁存，输出高电平，二极管发光；主持人复位后，锁存器清零输出低电平，二极管灭灯；
（2）用555定时器、三极管、蜂鸣器发出声音提示。主持人按下开始键或选手抢答555定时器输出高电平，信号被三极管放大使蜂鸣器发出声音。声音停留0.5秒。
2.3主持人开始、复位功能方案设计
用D触发器锁存主持人发出的信号，进而控制编码器、锁存器、显示管的工作。开始键同时也控制蜂鸣器发生。
2.4设计思路
整体流程图构图如图2.1：
图2.1 8路抢答器流程图
主持人的控制信号被触发器2锁存，编码器与触发器的输出信号与与门相连，同时控制蜂鸣器发出声音提示；选手的信号与编码器、触发器、数码管驱动器、
数码管显示器相连最终显示抢答选手编号；触发器的输出端口与发光二级管相连，保证只要编码器工作后就能使发光二级管一直发光，直至主持人给出复位信号为止。
3.设计原理及其电路
3.1抢答部分电路
3.1.1抢答部分电路
图3.1 抢答部分电路图
3.1.2抢答原理解释
要求：选手按下抢答键后，声光提示。数码管显示抢答选手号码（1—8）。第一个选手抢答后不允许其他选手抢答。
选手按下抢答键后输出低电平信号至两个编码器，编码器的输出端GS为低电平，两个输出端GS与与门相连，只要有一个为低电平，则与门输出低电平至555定时器TR端口，使输出端Q输出高电平（0.5秒），经过放大三极管放大高电平信号至蜂鸣器，使蜂鸣器发声0.5S。同时与门的输出端与D触发器（U3：B）S端口相连为低电平，使输出端Q锁存高电平，输出端Q发光二极管相连为高电平，发光二极管保持发光，实现选手按下抢答键后，声光提示功能。
选手按下抢答键后输出低电平信号至两个编码器，使编码器编码出选手的二进制编号（1—8）经过4个D触发器锁存后，传送信号至数码管驱动器进而将信号传送至数码管，使数码管显示抢答的选手的号码（保持不熄灭）。同时编码器的输出端GS为低压脉冲信号，两个输出端GS与与门相连，只要有一个为低电平输出低压脉冲信号至边沿D触发器（U8：A）CLK锁存抢答选手信号输出Q为高电平，与编码器EI端口相连为高电平编码器不工作，其他选手输入无效，实现数码管显示抢答选手号码（1—8）、第一个选手抢答后不允许其他选手抢答的功能。
3.2声光提示部分电路
3.2.1声光提示电路
图3.2 声音部分电路图
图3.3 光部分电路图
3.2.2声光提示原理
要求：主持人按下开始键有声音提示。选手抢答有声光提示。
声音提示需要3个端口控制，共同受主持人开始键，以及编码器74LS148两个输出端GS控制。将3个信号同时输入至与门，只要有一个为低电平则至555
定时器TR端口，使输出端Q输出高电平（0.5秒），经过放大三极管放大高电平信号至蜂鸣器，使蜂鸣器发声0.5S。
光提示需要锁存器锁存选手抢答信号，只要编码器工作则输出端GS为低压脉冲，只要有一个为低电平则被锁存器（U12：A或U5：A）锁存，输出端Q一直输出高电平，发光二极管保持发光。
3.3主持人开始、复位部分仿真搭建
3.3.1主持部分电路
图3.4 主持人部分电路图
3.3.2主持功能原理
要求：只有主持人按下抢答开始键后，选手才可以抢答，否则不能抢答。主持人按下复位键后数码管，发光二极管熄灭。
主持人按下开始键后输出低电平至555定时器TR端口，使输出端Q输出高电平（0.5秒），经过放大三极管放大高电平信号至蜂鸣器，使蜂鸣器发声0.5S。同时主持人发出的低压脉冲信号经边沿D触发器（U5：B） R端口，使 D触发器（U5：B）输出端口Q锁存低电平、Q’锁存高电平。Q与两个编码器EI端口相连使其为低电平编码器工作，Q’与４个锁存器（U２：A，U2：B，U3：A，U12：A）R触发端相连使其为高电平，锁存器开启锁存功能。达到了只有主持人按下开始键后选手才可以抢答的功能。
主持人按下复位键后发出的低压脉冲信号经边沿D触发器（U5：B） S端口，使 D触发器（U5：B）输出端口Q锁存高电平、Q’锁存低电平。Q与两个编码器
EI端口相连使其为高电平编码器不工作，Q’与４个锁存器（U２：A，U2：B，U3：A，U12：A）R触发端相连使其为低电平，锁存器清零功。同时D触发器（U3：B）输出端Q与数码管驱动器RBI端口以及发光二极管相连为低电平，使数码管和发光二极管熄灭，实现复位功能。
3.4主要元器件介绍
3.4.1 74LS148
（1）74ls148优先编码器基本原理：
输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器时已经将所有的输入信号按优先顺序排了队，当几个输入信号同时出现时，只对其中优先权最高的一个进行编码。
图3.5 74ls148脚管功能
（2）74ls148优先编码器管脚功能介绍:
集成芯片，电源VCC(16)GND(8),I0—I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，IE是使能输入端，OE是使能输出端，GS为片优先编码输出端3.4.2 74LS74
（1）74ls74基本认识：在TTL电路中，比较典型的d触发器电路有74ls74。74ls74是一个边沿触发器数字电路器件，每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触发d触发器电路。
（2）边沿D 触发器触发原理: 负跳沿触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。如果在CP 高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触发器允许在CP 触发沿来到前一瞬间加入输入信号。这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。边沿D
触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器。
（3）74ls74芯片脚管功能如下图：
图3.6 74ls74芯片脚管功能图
（4）边沿D 触发器工作原理: SD 和RD 接至基本RS 触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。当SD=0且RD=1时,不论输入端D为何种状态，都会使Q=1，Q=0，即触发器置1；当SD=1且RD=0时，触发器的状态为0,SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。工作过程如下：
a、CP=0时，与非门G3和G4封锁，其输出Q3=Q4=1，触发器的状态不变。同时，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反馈信号将这两个门打开，因此可接收输入信号D，Q5=D，Q6=Q5=D。
b、当CP由0变1时触发器翻转。这时G3和G4打开，它们的输入Q3和Q4的状态由G5和G6的输出状态决定。Q3=Q5=D，Q4=Q6=D。由基本RS触发器的逻辑功能可知，Q=D。
c、触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。这是因为G3和G4打开后，它们的输出Q3和Q4的状态是互补的,即必定有一个是0，若Q3为0，则经G3输出至G5输入的反馈线将G5封锁，即封锁了D通往基本RS 触发器的路径；该反馈线起到了使触发器维持在0状态和阻止触发器变为1状态的作用,故该反馈线称为置0维持线,置1阻塞线。Q4为0时，将G3和G6封锁，D端通往基本RS触发器的路径也被封锁。Q4输出端至G6反馈线起到使触发器维持在1状态的作用，称作置1维持线；Q4输出至G3输入的反馈线起到阻止触发器置0
的作用,称为置0阻塞线。因此，该触发器常称为维持-阻塞触发器。总之，该触发器是在CP正跳沿前接受输入信号，正跳沿时触发翻转，正跳沿后输入即被封锁,三步都是在正跳沿后完成，所以有边沿触发器之称。与主从触发器相比,同工艺的边沿触发器有更强的抗干扰能力和更高的工作速度。
3.4.3 555定时器
（1）555定时器简介：555时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在同一硅片上的组合集成电路。它设计新颖，构思奇巧，用途广泛，备受电子专业设计人员和电子爱好者的青睐，人们将其戏称为伟大的小IC。1972年，美国西格尼蒂克斯公司(Signetics)研制出Tmer NE555双极型时基电路，设计原意是用来取代体积大,定时精度差的热延迟继电器等机械式延迟器。但该器件投放市场后，人们发现这种电路的应用远远超出原设计的使用范围，用途之广几乎遍及电子应用的各个领域，需求量极大。美国各大公司相继仿制这种电路 1974年西格尼蒂克斯公司又在同一基片上将两个双极型555单元集成在一起，取名为NF556。1978年美国英特锡尔公司(Intelsil)研制成功CMOS型时基电路ICM555 1CM556,后来又推出将四个时基电路集成在一个芯片上的四时基电路558 由于采用CMOS型工艺和高度集成，使时基电路的应用从民用扩展到火箭、导弹,卫星,航天等高科技领域。在这期间，日本、西欧等各大公司和厂家也竞相仿制、生产。尽管世界各大半导体或器件公司、厂家都在生产各自型号的555／556时基电路，但其内部电路大同小异，且都具有相同的引出功能端。
（2)NE555为8脚时基集成电路：各脚主要功能（集成块图在下面）
1.地 GND ；
2.触发；
3.输出；
4.复位；
5.控制电压；
6.门限(阈值）；
7.放电；
8.电源电压Vcc
图3.7 555定时器各脚引功能
（3）NE555应用十分广泛，可装单稳类电路
作用：定延时，消抖动，分（倍）频，脉冲输出，速率检测等。
（4)555各功能端的真值表：
引脚 2 6 4 3 7
电平≤1/3 VDD * 1.4V 高电平悬空状态
电平<1/3VDD ≥2/3VDD 1.4V 低电平低电平
电平 <1/3 VDD >2/3 VDD 1.4V 保持电平保持
555时基电路的工作过程如下：当2脚，即比较器C2的反相输入端加进电位低于VDD的触发信号时,输出端3脚输出高电平。此时，不管6端(阈值电压)为何种电平， 3脚输出高平状态一直保持到6脚出现高电平为止。当触发信号消失后，即比较器C2反相输入端2脚的电位高于2/3VDD，则VTl截止此时若6脚无触发输入， 3脚仍维持高电平。555电路有一个直接置0端（4脚），接入R-S触发器的入端，只要UC=0，不管电路原是什么输出态，也不管输入端加什么信号，555电路输出UC=0，故称此为总复位端。平时应确保电路正常工作，故UC=1，即4脚接高电平。
555电路有两个输入端，分别与两个基准电压进行比较，反相端入端（6脚），电压高于2/3UCC时，U0=0；同相端入端（2脚）电压低于是/3UCC时，U0=1。若两个输入端连在一起，当输入电压高于2/3UCC，U0=0；当输入电压低于1/3UCC 时，而输入电压为1/3UCC-2/3UCC，U0=Q，即维持原状态不变。而555电路总是避开两个输入端中同时有U0＞2/3UCC，而U2＜1/3UCC的状况,可用真值表概括.
表3.1 555定时器真值表
3.4.4七段LED数码管
（1）常见的数码管由七个条状和一个点状发光二极管管芯制成，叫七段数码管如下图所示：
根据其结构的不同，可分为共阳极数码管和共阴极数码管两种。根据管脚资料，您可以判断使用的是何总接口类型.LED 数码管中各段发光二极管的伏安特性和普通二极管类似，只是正向压降较大，正向电阻也较大。在一定范围内，其正向电流与发光亮度成正比。由于常规的数码管起辉电流只有1～2 mA，最大极限电流也只有10～30 mA，所以它的输入端在5 V电源或高于TTL高电平(3.5 V)的电路信号相接时，一定要串加限流电阻，以免损坏器件。
图3.8 数码管脚引图图
（2）数码管使用条件：
a、段及小数点上加限流电阻
b、使用电压：段：根据发光颜色决定；小数点：根据发光颜色决定
c、使用电流：静态：总电流 80mA（每段 10mA）；动态：平均电流 4-5mA 、峰值电流 100mA
（3）数码管使用注意事项说明：
a、数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角；
b、焊接温度：２６０度；焊接时间：５Ｓ
c、表面有保护膜的产品,可以在使用前撕下来。
3.4.5 三极管
（1）对三极管的基本认识：
半导体三极管也称双极型晶体管,晶体三极管,简称三极管,是一种电流控制电流的半导体器件.把微弱信号放大成辐值较大的电信号, 也用作无触点开关.
图3.9 三极管引脚图
（2）工作原理：
它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。
当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。
由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给，从而形成了基极电流Ibo.根据
电流连续性原理得： Ic=Ib+Ie
这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即：β1=Ic/I b 式中：β1--称为直流放大倍数，
电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为：β= △Ic/△Ib 式中β--称为交流电流放大倍数，由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。
三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。
4.电路的连接与调试
4.1整体电路
图4.1 最终搭建电路图
主持人按下开始键后输出低电平至555定时器TR端口，使输出端Q输出高电平（0.5秒），经过放大三极管放大高电平信号至蜂鸣器，使蜂鸣器发声0.5S。同时主持人发出的低压脉冲信号经边沿D触发器（U5：B） R端口，使 D触发器（U5：B）输出端口Q锁存低电平、Q’锁存高电平。Q与两个编码器EI端口相连使其为低电平编码器工作，Q’与４个锁存器（U２：A，U2：B，U3：A，U12：A）R触发端相连使其为高电平，锁存器开启锁存功能。达到了只有主持人按下开始键后选手才可以抢答的功能。
主持人按下复位键后发出的低压脉冲信号经边沿D触发器（U5：B） S端口，使 D触发器（U5：B）输出端口Q锁存高电平、Q’锁存低电平。Q与两个编码器EI端口相连使其为高电平编码器不工作，Q’与４个锁存器（U２：A，U2：B，U3：A，U12：A）R触发端相连使其为低电平，锁存器清零功。同时D触发器（U3：B）输出端Q与数码管驱动器RBI端口以及发光二极管相连为低电平，使数码管和发光二极管熄灭，实现复位功能。
选手按下抢答键后输出低电平信号至两个编码器，编码器的输出端GS为低电平，两个输出端GS与与门相连，只要有一个为低电平，则与门输出低电平至555定时器TR端口，使输出端Q输出高电平（0.5秒），经过放大三极管放大高电平信号至蜂鸣器，使蜂鸣器发声0.5S。同时与门的输出端与D触发器（U3：B）S端口相连为低电平，使输出端Q锁存高电平，输出端Q发光二极管相连为高电平，发光二极管保持发光，实现选手按下抢答键后，声光提示功能。
选手按下抢答键后输出低电平信号至两个编码器，使编码器编码出选手的二进制编号（1—8）经过4个D触发器锁存后，传送信号至数码管驱动器进而将信号传送至数码管，使数码管显示抢答的选手的号码（保持不熄灭）。同时编码器的输出端GS为低压脉冲信号，两个输出端GS与与门相连，只要有一个为低电平输出低压脉冲信号至边沿D触发器（U8：A）CLK锁存抢答选手信号输出Q为高电平，与编码器EI端口相连为高电平编码器不工作，其他选手输入无效，实现数码管显示抢答选手号码（1—8）、第一个选手抢答后不允许其他选手抢答的功能。
声音提示需要3个端口控制，共同受主持人开始键，以及编码器74LS148两个输出端GS控制。将3个信号同时输入至与门，只要有一个为低电平则至555定时器TR端口，使输出端Q输出高电平（0.5秒），经过放大三极管放大高电平信号至蜂鸣器，使蜂鸣器发声0.5S。
光提示需要锁存器锁存选手抢答信号，只要编码器工作则输出端GS为低压脉冲，只要有一个为低电平则被锁存器（U12：A或U5：A）锁存，输出端Q一直输出高电平，发光二极管保持发光。
4.2电路仿真模拟
在初步确定了整个电路各个部分的原理图与电路图，并且对元器件的选择也基本完成之后，为了进一步验证自己设计的电路是否可以完成预期的设计的要求与功能，开始在仿真软件Proteus上进行仿真。以下是对仿真结果的一些记录4.2.1主持人复位（准备抢答）
图4.2 主持人复位仿真图
4.2.2主持人按键开始抢答（声音提示）
图4.3 主持人按下开始键后仿真图4.2.3选手（5号）开始抢答（声光提示，数码管显示）
图4.4 选手抢答时仿真图
4.2.4主持人复位（二极管和数码显示管熄灭）
图4.5 主持人复位时仿真图
5.设计总结
1、在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况：心里想这样的接法可以行得通，但实际接上电路，却总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。
2、本系统能够很好地完成初始的设计。但由于时间仓促，没有时间进一步改进系统。通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
3、做课程设计其实也是对理论知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
4、在搭接电路时，发现细心耐心，恒心一定要有才能做好事情，首先是线的布局上既要美观又要实用和走线简单，兼顾到方方面面去考虑是很需要的，否则只是一纸空话。
5、经过两个星期的实习，充实而艰辛。在此期间我们也急躁，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无穷。
生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑。
本次课程设计的课题是八路智力抢答器，由于对各种芯片了解不够深入，在设计过程中，遇到过很多问题，往往看似没有问题的地方就是问题所在，因此，检查电路的工作就显得尤为的重要了。通过本次课程设计，我发现耐心对于一个人的重要性，因为一个电路图往往是非常复杂的，没有耐心的梳理检查，是很难发现问题所在。本次设计通过咨询老师、上网、以及同学的帮助解决了不少困惑。并且掌握了更多有关74LS148芯片、74LS74芯片的知识。可以说是收获颇丰。
本次课程设计，也让我发现自己的很多不足之处，比如对各种芯片了解不多，掌握的软件不多等，用protues7.8,这是一款自己没有使用过的软件，好在其使用简单并且有同学的帮助，我成功完成本次设计。因此我也认识到自己所掌握的软件不足的情况。当然，我将继续努力，努力掌握更多的知识和软件。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
6、在此，感谢老师的细心指导，也同样谢谢其他某些同学的无私帮助! 6.附录：
2、74ls74内部逻辑图
3、元件清单
参考文献
[1] 邱关源编著. 电路. 第5版. 高等教育出版社，2007
[2] 童诗白,华成英编著模拟电子技术清华大学出版社第四版2004
[3] 闫石编著数字电子技术高等技术出版社2006
[4] 吴大正编著信号与系统高等技术出版社2008
[5] 1阎石?《数字电子技术基础（第五版）》?清华大学出版社?2006年5月?（ISBN 978-7-04-019383-1）
[6] File under Integrated Circuits, IC06 December 1990