《数字电子技术基础》课程设计题目：八路抢答器
一、计设计任务及要求：
1.设计多路竞赛抢答器
2.抢答器至少控制6 人抢答；
3.设置一个主持人控制开关，控制抢答器的开始与清零；
4.抢答器具有锁存和显示第一个抢答者的编号，并禁止其他人抢答的功能；
5.具有30 秒倒计时显示抢答的时间控制，时间到禁止所有人抢答；
二、方案设计及论证：
抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0～S7表示。设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由老师控制。抢答器具有锁存与显示功能。
即学生按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示。学生抢答实行优先锁存，优先抢答学生的编号一直保持到老师将系统清除为止。抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由老师设定（如30秒）。当老师启动"开始"键后，定时器进行减计时。学生在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示学生的编号和抢答的时间，并保持到老师将系统清除为止。如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统禁止抢答，定时显示器上显示00。
设计方案简述
1.定时抢答器的总体框图如下图所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。
主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当学生按动抢答键时，能显示学生的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答，扩展电路完成定时抢答的功能。
2.定时抢答器的工作过程是：接通电源时，老师将开关置于“消除”位置，抢
答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时器倒计时，当定时时间到，却没有学生抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止学生超时后抢答。当学生在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他学生再次进行抢答；控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到老师将系统消零为止，当学生将问题回答完毕，老师操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。
三、系统分析与设计
（一）抢答器电路设计
1. 抢答电路的功能有两个：一是分辨学生按键的先后，并锁存抢答者的编号，供译码显示电路用；二是是其他学生的按键操作无效。选用优先编码器74LS147和RS锁存器,74LS373,74LS192可完成上述功能。译码电路选用74LS48芯片具体电路如图1所示，其工作原理为：
2. 当老师控制开关处于“清除”位置时，RS触发器R为低电平，输出端（4Q~1Q）全部为低电平。于是74LS48的BI=0；74LS148的选通输入ST=0，74LS148处于工作状态，此时锁存器电路不工作。当老师开关拨到开“始位”置，优先编码电路和锁存电路同时开始工作，等待输入信号I7，···，I0。当有学生按下键时，74LS148的输出Y2Y1Y0=010,Yex=0。经RS锁存器后，CTR=1,BI=1，74LS373处于工作状态，4Q3Q2Q=101。经过74LS48译码后，显示器显示学生编号。此外，CTR=1，是74LS148的ST为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其他学生按键的输入。当按下的键松开后，74LS148的Yes为高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其他学生的输入不会被接收，保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。抢答完后老师使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。
3. 七段数码管显示器74LS48
LT——测试灯输入端。LT=0（低电平有效）且BI=1时，Ya-Yg输出均为1，显示器七段应全亮，否则说明显示器件有故障。正常译码显示时，LT应处于高电平，即LT=1。
RBO
BI/——双重功能端。此端可作为输入信号端又可以作为输出信号端。作为输入端时是熄灭信号输入端BI，利用BI端可按照需要控制数码管显示或不显示。当BI=0
时（低电平有效），无论A
3A
2
A
1
A
状态如何，Ya-Yg均为0，数码管不显示。当该端作为
输出端时是灭零输出端RBO，当RBI=0，且A
3A
2
A
1
A
=0000时，RBO=0。
RBI——灭零输入端。该端的作用是将数码管显示的数字O熄灭。当RBI=0（低电平有效）、1
LT且A3A2A1A0=0000时，Ya-Yg均输出0，数码管不显示。其功能和引脚如图所示:
4. 74LS147优先编码器功能
优先编码器在同一时间内,当多个输入信号请求编码时,只对优先级别高的信号进行编码的逻辑电路,常用的集成优先编码器有74LS147(8线----3线)其原理图和功能真值表如图:
74LS147优先编码器真值表
5. 555定时器
振荡器是计时器的核心，振荡器的稳定度和频率的精确度决定了计时器的准确度。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度就越高，但耗电量将越大。所以，在设计电路时要根据需要而设计出最佳电路。在本设计中，采用的是精度高的，由集成电路 555 与 RC 组成的多谐振荡器。接通电源后，电容C1 被充电，vC上升，当vC上升到大于 2/3VCC时，触发器被复位，放电管T导通，此时v0为低电平，电容C1 通过R2和T放电，使vC下降。当vC下降到小于 1/3VCC时，触发器被置位，v0翻转为高电平。电容器C1 放电结束,所需的时间为：当C1 放电结束时，T截止，VCC将通过R19、R18向电容器C1 充电，vC由 1/3VCC上升到 2/3VCC所需的时为：当vC上升到 2/3VCC时，触发器又被复位发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波。
振荡周期T的计算： T=T1+T2=0.7（R1+2R2）C
T1=（R1+R2）Cln(Ucc-1/3Ucc)/(UCC-2/3Ucc)=(R1+R2)Cln2=0.7(R1+R2)C T2=R2Cln(0-2/3Ucc)/(0-1/3Ucc)=R2Cln2=0.7R2C
振荡周期T：
T=0.7（R19+2R18）C
=0.7*（56000+2*56000）*0.00001 =1. 176s
555定时器波形图
