数字电路课程设计四路抢答器

数字电路课程设计

—— 四路抢答器

专 业：

班 级：

姓 名：

学 号：

组 员：

指导教师：

一 、

二、

1、

2、

三、

1、 数字电子技术课设—— 四路抢答器

设计题目

四路竞赛抢答器

设计目标

掌握四路竞赛抢答器电路的设计、组装与调试方法。

熟悉数字集成电路的设计和使用方法。

设计任务

抢答器参赛者分为 4 组， 每组序号分别为 1、2、3、4，按键 SB0~SB3

分别对应 4 个组， 抢答者按动本组按键， 组号立即在 LED 显示器上

显示，同时封锁其他组的按键信号。

系统设置外部清除键，按动清除键， LED 显示器自动清零灭灯。

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， 该选手编号立即锁存， 并在抢答显示器上显示该编号 (LED

显示)， 同时扬声器给出音响提示， 封锁输入编码电路， 禁止其他

选手抢答。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

抢答器具有定时(30 秒)抢答的功能。当主持人按下开始按钮后，

定时器开始计时，显示时间，若无人抢答，计时到 30 秒的时候，

扬声器发出声响， 声响持续 1 秒。 若参赛选手在 30 秒内有人抢答，

扬声器响，同时 LED 灯亮，并保持到主持人将系统清零为止。

可用 555 定时器和一定数值的电阻和电容产生频率为 1KHz 的脉冲， 作为触发器的 CLK 信号。再经分频器输出秒脉冲作为定时器的 CLK 信号。

四 、 进度安排

序号 内容 时间

1 课题介绍 0.5 学时

2 查找资料理论设计并仿真 2 学时

3 安装、调试电路 2 学时

4 技术指标测试 1 学时

5 答辩 0.5 学时

五 、 设计方案

1 、 所需电路元器件：

74LS74×2

555 定时器× 1 74LS160×5 4、

5、 2、

3、

74LS20×1

74LS00×2

74LS04×1

2 、 各芯片的引脚图及功能表

74LS74 引脚图及其功能真值表

555 定时器的引脚排列图

74LS160 引脚图管脚图

74LS160 的功能真值表

74LS20 引脚图及其功能真值表

74LS00 引脚图及其功能真值表

74LS04 引脚图及其功能真值表

六、 各部分电路设计原理

1 、 判别电路： 需要 74LS74 两个芯片， 74LS20,74LS00,74LS04 各一个，

开关 5 个 K1,K2,K3,K4,K5， 1KHZ 的脉冲，指示灯等，按照总体设

计电路图 (见七、总体电路分析设计四路及过程) 连接， 首先使每

个芯片都正常工作，在第一个 D 触发器中， 2 接 K1,12 接 K2， 5 和

9 分别接指示灯， 6、8 接到四输入的非门上，第二个 D 触发器中，

2 接 K3， 12 接 K4， 5 和 9 分别接指示灯， 6、8 也接到四输入的非

门上，而两个 D 触发器中的 1 和 13 共四个口分别连在一起接开关

K5，两个 D 触发器中 3 和 11 都连在一起，接出一根红线 L1，然后

在将 74LS20 的输出端接在 74LS04 的输入端， 其中的输出端接

74LS00 输入一端，另一个输入端接 1KHZ 的脉冲，它的输出正好接

在红线 L1 上，此时完成了抢答器。

2 、 计时电路： (1)由 1KHZ 的脉冲分频 1HZ 的脉冲的制作：

需要 74LS160 三个芯片， 1KH 的脉冲和 1HZ 的脉

冲， 指示灯以及导线等， 按照图连接， 首先使每个

芯片都正常工作， 从右边往左开始分频， 将三个芯

片中的 1， 7， 9， 10 分别接在 VCC 上， 将最右边的 2

接在 1KHZ 的脉冲上， 它的 15 接在中间 160 的 2 上，

其中的 15 接在最左边的 2 上，其中的 15 接在指示

灯上，再用一导线连在 1HZ 的脉冲上，另一端连在

指示灯上， 开始比较两个灯是否同时亮灭， 如果同

时，那么达到分频的效果了，否则检查线路。

(2) 555 定时器来得到 1KHZ 的脉冲

需要 555 定时芯片，电阻 5.1 千欧(两个)， 电

容 0.1U，还有一个未知电容等，按照图示连接，将

1 接地，4 和 20 连在 VCC 上，在从 VCC 上连接到 5.1K,

再经过 5.1K， 再经过电容 0.1U， 最最后接地， 分别

将芯片中的 19 连在两电阻之间， 6 和 2 连在 R2 和电

容 0.1U 之间， 3 接指示灯， 再将一个 1KHZ 的脉冲连

在指示灯， 观察比较是否同时(其中时间很短暂， 无

法准确观察出来， 但根据计算公式也能计算出来 ，

要是有示波器，可以正确的比较出来 )。

(3)计数

需要 74LS160 芯片 (两个)， 显示器， 74LS00 芯

片等， 按照图示连接， 首先使每个芯片正常工作 ，

将左边一个 7， 9， 10 接在 VCC 上，将 15 接在右边

的 7， 10 上， 它的 9 接在 VCC 上， 两个的 1 接在 VCC

上， 3， 4， 5， 6 接地， 11， 12， 13， 14 分别按照高

地位的顺序接在显示器上， 右边的 13， 14 在接在

74LS00 的两个输入端上，输出一端，再接下个与非

门一端，另一端接 1HZ 的脉冲，它的输入端接在两

个芯片的 2 端口上，观察计数器是否从 0 开始计数

到 30。如果行， 就说明计数成功了， 否则检查电路。

3 、 声光显示电路： 抢答者按动抢答按钮， 其对应的 LED 灯亮， 蜂鸣器

响。 LED 显示器通过计时电路送入的 1HZ 脉冲计时，当经过 30 秒

无人抢答时，蜂鸣器发生警报。

七、 总体电路分析设计思路及过程

总体设计电路图

抢答器由 D 触发器为核心组成。由四个触发器和门电路组成， K1 、K2 、K3、

K4 为抢答按钮，高电平有效。 K5 为主持人的复位开关，低电平有效。

抢答前，主持人按下复位开关，将 LED 灯以及计时器清零。等待抢答。

抢答时， 若抢答按钮中有 1 路按下， 则其对应的 LED 灯亮， 并驱动蜂鸣器发

声。同时通过终止 D 触发器的 CP 脉冲来封锁他路抢答按钮的作用。

九、 设计总结

数节课时的课程设计眼看尘埃落定。 在这次课程设计中我们经历了阶段性

成功的喜悦， 以及部分电路失败的绝望， 陷入困境时的不知所措， 重新投入

的振作。

特别是， 在最后阶段完成整体调试的时候， 我组所制作的电路蜂鸣器在初

始时刻便发声，且无法抢答。当计时达到 30 秒时，蜂鸣器停止发声。经过长

时间的观察，我发现，我组电路的 1——4 路抢答按钮在初始时刻便被按下，

当 K5 清零后，产生无法抢答的现象；同时，判别电路给声光显示电路一个错

误的信号， 同门处输入长期为高电平， 导致蜂鸣器在未抢答时发声 。这个错

误和电路关系不大，但是却会导致一个实验的失败，从这次失误中我们明白，

做实验就要人人真真， 来不得一点马虎 。 同时我们考虑， 如何避免类似失误

再次发生， 是否能够通过修改电路设计来达到目的？ 这些将是我们在接下来

的学习和实践中解决的问题。

数电课程设计作为一个提高学生动手操作和设计能力的课程， 让我们更好

地掌握所学的数字电路知识， 将理论应用到实践上去， 在实验中寻找自己的

不足。在大学四年里，像这次一样动手制作的机会并不多。通过这次的课设，

我掌握了一些排查故障的方法， 理清了自己的逻辑思维 。这些， 给了我参加

更多设计实践的兴趣和信心 。我相信， 在以后的学习中， 我将得到更大的进

步。 八、 四路抢答器框图

声光显示

电路

输入 判别电路 自锁电路 电路

计 时 脉 冲

产生 计 时 显

示 分频

1/100 1KHZ 1HZ