南通航运职业技术学院
毕业设计（论文）
班级电气3082 专业机电一体化
题目电子抢答器
学生姓名
指导教师
年月日
摘要
对于抢答器来说是我们在各项知识竞赛中必不可少的一项使用工具，从中我们学到了很多知识，掌握了很多本领，了解了很多的基本常识。
抢答器电路设计方案很多，有用专用芯片设计的、有用复杂可编程逻辑电路设计的、有用单片机设计制作的、也有用可编程控制器完成的，但由于专用电路芯片通常是厂家特殊设计开发的，一般不易买到或价格较高，用其它方式设计的需要设计者具有相应的理论知识，并要通过仿真器、应用软件、计算机等辅助设备才能验证完成，不利于设计者的设计和制作。
而有些实际竞赛的场合，只要满足显示抢答有效和有效组别即可，故我打算不用所给的参考电路，而用一片74LS373（8位的数据锁存器）来实现此简易抢答器的功能。这是一个显示方式简单、价格低廉、经济实用的抢答器。在要求不高的场合，能完全符合需要。
当抢答器接通电源后，主持人将开关FW拨到"清零"状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置;开始"状态，宣布"开始"抢答器工作。定时器开始倒计时。选手在规定的30s定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号显示、扬声器提示,倒计时显示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作"清除"和"开始"状态开关。
关键词：抢答器;8D锁存器；禁止二次抢答
目录
摘要 (2)
第一章锁存器 (4)
1.1锁存器的结构 (4)
1.2锁存器的种类及区别 (4)
1.3锁存器的特点 (5)
1.4锁存器的应用 (5)
第二章电子抢答器 (7)
2.1抢答器的类型 (7)
2.1.1电子抢答器 (7)
2.1.2电脑抢答器 (7)
2.2抢答器的功能要求 (7)
2.2抢答器的应用 (7)
第三章8D锁存器制作多路抢答器 (9)
3.1电路结构 (9)
3.2电路工作原理 (10)
3.3电路元器件的选择及参数 (10)
3.4器件的工作原理 (11)
3.4.1 74LS373 (11)
3.4.2 发光二极管 (12)
3.4.3 半导体三极管 (12)
3.4常见故障及处理方法 (12)
结论 (12)
参考文献 (13)
第一章锁存器
1.1锁存器的结构
锁存器：由若干个钟控DE触发器构成的一次能存储多位二进制代码的时序逻辑电路。是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路，它们可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态。锁存，就是把信号暂存以维持某种电平状态。锁存器的最主要作用是缓存，其次完成高速的控制其与慢速的外设的不同步问题，再其次是解决驱动的问题，最后是解决一个I/O既能输出也能输入的问题。简单锁存器描述：锁存器输出端的状态不会随输入端的状态变化而变化，只有在有锁存信号时输入的状态被保存到输出，直到下一个锁存信号。通常只有0和1两个值。典型的逻辑电路是D触发器。由若干个钟控D触发器构成的一次能存储多位二进制代码的时序逻辑电路，叫锁存器件。锁存器是一种在异步时序逻辑电路系统中用来储存信息的一种电子电路。一个锁存器可以储存一位的信息。锁存器通常会有多个一起出现，有些会有特别的名称，像是4位锁存器(可以储存四个位)和8位锁存器(可以储存八个位)。8位锁存器74LS373的逻辑图，其中使能端G加入CP信号，D为数据信号。输出控制信号为0时，锁存器的数据通过三态门进行输出。应用场合数据有效延迟后于时钟信号有效。这意味着时钟信号先到，数据信号后到。
1.2锁存器的种类及区别
锁存器一般有74LS和74HC两种
74LS属于TTL类型的集成电路，而74HC属于CMOS集成电路。LS、HC 二者高电平低电平定义不同，HC高电平规定为0.7倍电源电压，低电平规定为0.3倍电源电压。LS规定高电平为2.0V，低电平为0.8V。带负载特性不同。HC上拉下拉能力相同，LS 上拉弱而下拉强。输入特性不同。HC输入电阻很高，输入开路时电平不定。LS输入内部有上拉，输入开路时为高电平。
（1）74LS系列是“低功耗肖特基TTL”，统称74LS系列。其改进型为“先进低功耗肖特基TTL”，既74ALS系列，它的性能比74LS更好。
（2）74HC系列，它具有CMOS的低功耗和相当于74LS高速度的性能，属于一种高速低功耗产品。
（3）上述两者的工作频率都在30mHz以下，74ALS略高，可达50mHz。
（4）但它们的工作电压却大不相同：74LS系列为5V，74HC系列为2~6V。
（5）扇出能力：74LS系列为20，而74HC系列在直流时则高达1000以上，但在交流时很低，由工作频率决定
74HC属于CMOS系列，输入阻抗高，输出电压高（4.9V为逻辑1），驱动能力差；
74LS属于TTL系列，输出电压较低（3.5V为逻辑1），驱动能力较强；与单片机匹配，关系不大，但尽量用同一类型的芯片
1.3锁存器的特点
锁存器是电平触发的存储单元，数据存储的动作取决于输入时钟（或者使能）信号的电平值，仅当锁存器处于使能状态时，输出才会随着数据输入发生变化。
锁存器不同于触发器，它不在锁存数据时，输出端的信号随输入信号变化，就像信号通过一个缓冲器一样；一旦锁存信号起锁存作用，则数据被锁住，输入信号不起作用。锁存器也称为透明锁存器，指的是不锁存时输出对于输入是透明的。
锁存器：我听过的最多的就是它是电平触发的。锁存器是电平触发的存储单元，数据存储的动作取决于输入时钟（或者使能）信号的电平值，当锁存器处于使能状态时，输出才会随着数据输入发生变化。（简单地说，它有两个输入，分别是一个有效信号EN,一个输入数据信号DATA_IN，它有一个输出Q，它的功能就是在EN有效的时候把DATA_IN的值传给Q，也就是锁存的过程）。
应用场合：数据有效迟后于时钟信号有效。这意味着时钟信号先到，数据信号后到。在某些运算器电路中有时采用锁存器作为数据暂存器。
缺点：时序分析较困难。不要锁存器的原因有二：1、锁存器容易产生毛刺，2、锁存器在ASIC设计中应该说比ff要简单，但是在FPGA的资源中，大部分器件没有锁存器这个东西，所以需要用一个逻辑门和ff来组成锁存器，这样就浪费了资源。
优点：面积小。锁存器比FF快，所以用在地址锁存是很合适的，不过一定要保证所有的latch信号源的质量，锁存器在CPU设计中很常见，正是由于它的应用使得CPU的速度比外部IO部件逻辑快许多。latch完成同一个功能所需要的门较触发器要少，所以在asic中用的较多。
1.4锁存器的应用
所谓锁存器，就是输出端的状态不会随输入端的状态变化而变化，仅在有锁存信号时输入的状态被保存到输出，直到下一个锁存信号到来时才改变。典型的锁存器逻辑电路是D触发器电路。
锁存，就是把信号暂存以维持某种电平状态。锁存器的最主要作用是缓存，其次完成高速的控制其与慢速的外设的不同步问题，再其次是解决驱动的问题，最后是解决一个I/O口既能输出也能输入的问题。
在某些应用中，单片机的 I/O 口上需要外接锁存器。例如，当单片机连接片外存储器时，要接上锁存器，这是为了实现地址的复用。假设，MCU 端口其中的 8 路的 I/O 管脚既要用于地址信号又要用于数据信号，这时就可以用锁存器先将地址锁存起来。
８０５１访问外部存储器时Ｐ０口和Ｐ２口共做地址总线，Ｐ０口常接锁存器再接存储器。以防止总线间的冲突。而Ｐ２口直接接存储器。因为单片机内部时序只能锁住Ｐ２口的地址，如果用Ｐ０口传输数据时不用锁存器的话，地址就改变了。
看看８０５１单片机总线操作的时序图对我们很有帮助。由于数据总线、地址总线共用Ｐ０口，所以要分时复用。先送地址信息，由ＡＬＥ使能锁存器将地址信息锁存在外设的地址端，然后送数据信息和读写使能信号，在指定的地址进行读写操作。
使用锁存器来区分开单片机的地址和数据，８０５１系列的单片机用的比较多，也有一些单片机内部有地址锁存功能，如８２７９就不用锁存器了。
注意，并不是一定要接锁存器，要看其地址线和数据线的安排，只有数据和地址线合用的情况下才会需要锁存器，其目的是防止在传数据时，地址线被数据所影响！这是由单片机数据与地址总线复用造成的，接 RAM 时加锁存器是为了锁存地址信号。
如果单片机的总线接口只作一种用途，不需要接锁存器；如果单片机的总线接口要作两种用途，就要用两个锁存器。例如：一个口要控制两个 LED，对第一个 LED 送数据时，“打开”第一个锁存器而“锁住”第二个锁存器，使第二个 LED 上的数据不变。对第二个 LED 送数据时，“打开”第二个锁存器而“锁住”第一个锁存器，使第一个 LED 上的数据不变。如果单片机的一个口要做三种用途，则可用三个锁存器，操作过程相似。然而在实际应用中，我们并不这样做，只用一个锁存器就可以了，并用一根 I/O 口线作为对锁存器的控制之用（接 74373 的ＬＥ，而ＯＥ可恒接地）。所以，就这一种用法而言，可以把锁存器视为单片机的 I/O 口的扩展器。
第二章电子抢答器
2.1抢答器的类型
在竞赛、文体娱乐活动（抢答活动）中，能准确、公正、直观地判断出抢答者的机器。通过抢答者的指示灯显示、数码显示和警示显示等手段指示出第一抢答者。
2.1.1电子抢答器
一般抢答器由单片机以及外围电路组成，分为八路十路等不同，八路和十路的差别是，抢答器背面的接口有几组，和外形没有关系。多适用于学校和企事业单位举行的简单的抢答活动非语音记分抢答器构造很简单，就是一个抢答器的主机和一个抢答按钮组成，在抢答过程中选手是没有记分的显示屏
2.1.2电脑抢答器
电脑抢答器又分为无线电脑抢答器和有线电脑抢答器。无线电脑抢答器的构成是由：主机和抢答器专用的软件和无线按钮。无线电脑抢答器利用电脑和投影仪，可以把抢答气氛活跃起来，一般多使用于电台等大型的活动。
有线电脑抢答器也是由主机和电脑配合起来，电脑在和投影仪配合起来，利用专门研发的配套的抢答器软件，可以十分完美的表现抢答的气氛。
2.2抢答器的功能要求
基本功能
1设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的编号分别是1、2、3、4、5、6，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S1、S2、S3、S4、S5、S6 。
2给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零(编号显示数码管灭灯)和抢答的开始。
3 抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时蜂鸣器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
扩展功能
1 抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定(如30s)。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时蜂鸣器发出声响。
2 参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。
3 如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00
2.3抢答器的应用
抢答器广泛的用于于比赛场合及各种竞技场合，是现代比赛不可缺少的设备仪器
第三章8D锁存器制作多路抢答器
3.1电路结构
8D锁存器制作的多路抢答器电路
上图是利用74LS373设计的抢答器原理图，它由一片8D锁存器74LS373和8只组别按键开关S1～S8，8组抢答有效的状态显示发光二极管L1～L8，一个复位键FW等组成。
74LS373的逻辑状态表见下表一：
表一逻辑状态表
3.2 电路工作原理：
当74LS373用作地址锁存器时，应使OE为低电平，此时锁存使能端C为高电平时，输出Q0~Q7 状态与输入端D1~D7状态相同；当C发生负的跳变时，输入端D0~D7 数据锁入Q0~Q7。51单片机的ALE信号可以直接与74LS373的C 连接。在MCS-51单片机系统中，常采用74LS373作为地址锁存器使用，其连接
方法如上图所示。其中输入端1D~8D接至单片机的P0口，输出端提供的是低8位地址，G端接至单片机的地址锁存允许信号ALE。输出允许端OE接地，表示输出三态门一直打开。
D1~D8为8个输入端。
Q1~Q8为8个输出端。
G是数据锁存控制端；当G=1时，锁存器输出端同输入端；当G由“1”变为“0”时，数据输入锁存器中。
OE为输出允许端；当OE=“0”时，三态门打开；当OE=“1”时，三态门关闭，输出呈高阻状态。
3．3器件的选择及参数
八D锁存器选用74LS373，其引脚如右图所
示，八只组别按键开关S1～S8和复位键FW可选用
AN8系列车床控制按钮；8只发光二极管L1～L8选
用Ф10的高亮度LED；三极管VT选用S9014；电阻
R1～R8选用0.25w、1KΩ的；R11～R18选用0.25w、
430Ω的，R9和R10选用0.25w、1KΩ；R19选用
0.25w、510Ω的，二极管D1～D8选用IN4148。
电路采用单电源+5V供电，在制作时可采用
7805集成稳压电路供电。
3.4器件的工作原理
3.4.1 74LS373
373为三态输出的八 D 透明锁存器,共有 54/74S373 和 54/74LS373 两种
线路
结构型式，其主要电器特性的
典型值如下(不同厂家具体值有差
别):
型号 tPd PD
54S373/74S373 7ns 525mW
54LS373/74LS373 17ns 120mW
373 的输出端 O0~O7 可直接与总线相连。
当三态允许控制端 OE 为低电平时，O0~O7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总
线。当 OE 为高电平时，O0~O7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但
锁存器内部的逻辑操作不受影响。
当锁存允许端 LE 为高电平时，O 随数据 D 而变。当 LE 为低电平时，O 被锁存在
已建立的数据电平。
当 LE 端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善400mV。
引出端符号：D0～D7 数据输入端
OE 三态允许控制端（低电平有效）
LE 锁存允许端：O0~O7 输出端
真值表：
3.4.2发光二极管
发光二极管是一种将电能直接转换成光能的器件，发光颜色取决于所用材料，只有当正向电流足够大时才发光。发光二极管因具有驱动电压低，功耗小，寿命长，可靠性高等优点，广泛应用于显示电路中，如七段显示器，在数字电路中，它常用作逻辑显示器。
检查发光二极管的好坏是用万用表的R×10K档测正、反向电阻，一般正向电阻应小于30KΩ，反向电阻应大于1MΩ，若正反向电阻均为零，说明内部击穿短路；若正反向电阻均为无穷大，说明内部开路。发光二级管的正向工作电压一般在1.1~3v，允许通过的电流为2~20Ma,电流的大小决定发光的亮度。
3.4.3半导体三极管
半导体三极管又称晶体三极管，简称三极管，它有两种载流子（电子与空穴）同时参与导电，故又称为双极型晶体三极管，三极管的基本功能是具有电流放大作用
结论
这篇论文主要围绕8D锁存器来制造一个电子抢答器，通过使用74LS373来制作的电子抢答器方便，简洁，而且比其他设备更加的廉价。
通过这一阶段的毕业设计，我受益匪浅，不仅锻炼了良好的逻辑思维能力，而且培养了锲而不舍的求学精神和严谨作风，回顾此次毕业设计，是大学三年所学知识很好的总结。此次设计电子抢答器的课题不仅重温了过去所学的知识，而且学到了很多新的内容。相信这次毕业设计对我今后的工作会有一定的帮助。所以，我很用心的完成此次设计，在设计中体味辛苦，在艰辛中体味快乐。为完成此次毕业设计，我重新梳理了大学三年来所学的知识，在梳理的过程中才发现以前的知识学得并不是很扎实，并且已经有所遗忘，我刚开始打开此应用程序时一脸茫然，根本无从下手，不知道第一步该干嘛，俗话说“万事开头难”，此时我才深刻体会到。可是茫然不能解决问题，所以我将以前上课时的教材找出来，对书上的知识进行了一番删选式的阅读，加之在电脑上的操作，一遍遍地练习，这才勉强将8D锁存器制作的电子抢答器有一个初步的了解。在写该论文时发现学过不代表“会”、“懂”，同时我在院图书馆借了些关于此方面的书，书写显得不是很困难了，遇到一些难以解决的问题会在老师的协助下得以解决。
在我看来毕业设计就是融合三年知识的精华，它将你遗忘的知识全部唤醒，在书写的过程中总结你以前学习上的不足，遗忘并不可怕，承认遗忘，找回遗忘的知识才是应该做的，也是最重要的。
参考文献：电子技术，余孟尝、陆小珊、王圣元主编电工技术，曹京生主编
百度文库
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指导教师（盖章）
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陈洪亮：电子抢答器
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