电工自主设计实验--基于74LS74_D触发器的四路抢答器

1．设计目的当今的社会竞争日益激烈，选拔人才，评选优胜，知识竞赛之类的活动愈加频繁，而在竞赛中往往分为几组参加，这时针对主持人提出的问题，如果要是让抢答者用举手等方法，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。

比赛中为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，这就要有一种抢答设备作为裁判员，这就必然离不开抢答器。

在数字电路设计的过程中具体的目的如下：1）巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。

2）培养根据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册、图表和文献资料的自学能力，并掌握抢答器的基本原理，掌握4D锁存器、计数器、555定时器的工作原理和使用方法。

3）通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件、电路组装、调试和检测等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。

4）学会简单电路的实验调试和性能指标的测试方法，提高学生动手能力和进行数字电子电路实验的基本技能，学会使用Multisim仿真软件。

2．设计要求及方案论证2．1设计要求（1）四组参赛者在进行抢答时（用4组彩灯代表），当抢先者按下面前的按钮时，抢答器能准确地判断出抢先者，并以声、光为标志。

要求声响、光亮时间为9秒后自动熄灭。

（2）抢答器应具有互锁功能，某组抢答后能自动封锁其他各组进行抢答。

（3）抢答器应具有限时（抢答时间、回答问题时间）的功能。

限时档次分别为30秒、60秒、90秒；时间到时应发出声响。

同时，时间数据要用数码管显示出来。

（4）抢答者犯规或违章时，应自动发出警告信号，以提示灯光闪为标志。

（5）系统应具有一个总复位开关。

2．2方案论证方案一，用优先编码器74LS148和74LS279锁存器实现抢答和锁存功能，用加法器74LS160实现计数功能，但此方案电路繁琐复杂，不做选用。

方案二，用4D触发器74LS175实现抢答并锁存功能，用计数器74LS192实现定时功能，此方案电路相对简单，并且74LS192可以实现减数倒计时功能，所以选用方案二。

基于74LS74 D触发器的四路抢答器郭本生哈尔滨工业大学机电工程学院10级，11008001171.实验目的利用74LS74 D触发器设计供4人用的抢答器，用以判断抢答优先权，并可以实现如下功能：（1）抢答开始之前，主持人按下复位按钮，所有指示灯和数码管均熄灭；（2）主持人宣布开始抢答后，先按下按钮者对应的指示灯点亮，同时数码管显示该选手的序号；（3）此后他人再按下各自的按钮时，电路则不起作用。

2.总体设计方案或技术路线四路抢答器方案流程图（1）抢答控制电路由两片74LS20与非门实现；（2）选手抢答输入端、主持人控制端由两片D触发器实现；（3）灯光提示电路由高电平指示灯与CD4511数码管实现。

3.实验电路图4. 仪器设备名称、型号（1）直流稳压电源 1台（2）EEL-6模拟、数字电子技术实验箱 1台（3）74LS74 D触发器 2片（4）74LS20与非门 2片（5）CD4511数码管 4只（6）导线若干5.理论分析或仿真分析结果（1）主持人按下控制开关，将开关置于“清零”位置，D触发器置零，此时所有的指示灯和数码管均熄灭，选手按下按钮，指示灯和数码管均无任何反应；（2）主持人将开关置于“1”位置，指示灯亮，发出答题信号，此时，选手按下相应的按钮，指示灯亮，数码管显示选手的序号，并且优先作答者对应的74LS20与非门的输出将封锁其他选手的信号的输出，使其按钮不发挥作用，直到主持人再次清除信号为止；（3）主持人再次清零后，进入下一个答题周期。

6.详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）（1）复位功能（主持人置“0”）（2）抢答功能（主持人置“1”，以选手1和选手4抢答为例）选手1抢答 选手4抢答注：表中所示的指示灯和数码管的状态为各选手所对应的指示灯和数码管的状态。

7.实验结论根据本设计电路可实现预定的主持人清零复位、选手抢答以及抢答提示等基本功能，各功能模块均能正常工作，达到设计要求，完成了设计任务。

实验三触发器的应用（四人抢答器）一、实验目的：1．深入了解4D触发器74175、与非门7400、7420以及CP时钟脉冲等单元电路在数字电路中的综合应用。

2.通过实验，弄清抢答器的工作原理，了解数字电路在生活中的应用。

3. 通过实际操作，锻炼、加强自身的动手能力。

熟悉同步计数器的功能及应用特点；4．掌握中规模集成计数器的使用方法及功能测试方法。

二、实验仪器、设备、元器件：1．数字逻辑电路实验仪1台2. 元器件：74LS1175 74LS7420 74LS00（CC4011）导线若干3. 示波器和万用表三、实验原理：1．掌握利用74LS175及门电路构成四人抢答器的方法。

2．预习中规模集成电路计数器74LS175的逻辑功能及使用方法。

3．复习实现触发器的使用方法。

四、实验内容和步骤：1. 电路原理图如图1所示图3.1 74LS175构成抢答器原理图实验用4个D触发器实现(74175为4D触发器，本实验只用其中两个，将与非门7420、7400和74175按线路连接起来按照要求画出电路图如下图3.1所示（标出图中的接线孔数字），所用到的逻辑门如下图2所示功能说明：1.抢答器功能实现说明：由图1可看出，此功能通过触发器反码输出端封闭其他人的抢答，如：当LA灯亮时，QA(反)为0，通过与门使DB的输入为0，则QB的输出为0，所以LB灯不会亮。

同理，当LB灯己亮时，也会通过QB的反码输出端封锁KA的抢答行为。

2. 74175功能说明：74175为4D触发器且具有异步清0功能，在本实验中，只用到其中的4个。

实验中，通过KA,KB，Kc,KD4开关与DA，DB，DC，DD相连实现四人开关抢答。

3.7400功能说明：7400为14引脚的二输入4与非门，每个与非门有两个输入端。

图2中4个与非门就是由7400实现的。

4、7420 为14引脚的四输入2与非门图10-2 74LS175 00逻辑符号及引脚排列功能说明：1.抢答器功能实现说明：由图1可看出，此功能通过触发器反码输出端封闭其他人的抢答，如：当LA灯亮时，QA(反)为0，通过与门使DB的输入为0，则QB的输出为0，所以LB灯不会亮。

【摘要】：本文的研究目的是学习集成触发器芯片的逻辑功能；熟悉由集成触发器构成的抢答器的工作特点；掌握集成触发器芯片的正常使用。

培养科学的思维方法和探究精神。

通过毕业论文掌握文献检索的方法，掌握撰写学术论文的规范，提高运用基本理论、基本知识分析问题，解决问题的能力，初步掌握科学研究的方法。

通过论文给大家展示由触发器构成抢答器的实现原理、实现过程及其功能。

希望通过本文的给大家简单介绍一下触发器原理及功能，还有时钟脉冲发生器的工作原理。

能让大家对触发器、时钟脉冲等电子元件有一个初步的了解。

【关键词】：触发器；时钟脉冲；抢答器；四人抢答器【Abstract】：The purpose of this research is to study the integrated flip-flop chip logic function; familiar with the work characteristics of the integrated flip-flop consisting of the Responder;Normal use in integrated flip-flop chip.Cultivate a scientific way of thinking and an inquiring mind.Thesis master the literature search method to master the norms of academic writing, the use of basic theory, basic knowledge of analysis of the problem, problem-solving skills, the initial grasp of scientific research.Through the paper to show the trigger constitute Responder principle, process and function. I hope this article to give everyone a brief introduction to trigger the principle and function, as well as the working principle of the clock pulse generator. Allow everyone to have an initial understanding of the trigger clock pulse, and other electronic components.【Key words】: Flip-flop; clock pulse; Responder; four Responder目录前言 (1)第一章触发器的基本原理及功能 (2)1.1触发器的基础知识 (2)1.1.1基本RS触发器 (2)1.1.2同步RS触发器 (3)1.1.3主从RS触发器 (4)1.1.4边沿触发器 (5)1.2 集成触发器的原理及其功能 (5)1.2.1集成JK触发器 (5)1.2.2集成D触发器 (6)第二章 NE555集成定时器的组成和工作原理 (8)2.1单稳类电路 (8)2.2双稳类电路 (10)第三章抢答器的原理及其功能 (11)3.1抢答器的逻辑功能和电路组成 (11)3.1.1逻辑要求 (11)3.1.2电路组成 (11)3.2电路的工作过程 (12)结论 (13)参考文献 (14)致谢 (15)附录 (16)前言随着电子改革的不断深化和人们对物质生活的要求提高，我们的生活是越来越趋于机械化、智能化。

四路抢答器电路组成及工作原理（含电路图）电路组成及工作原理四路竞赛抢答器总电路原理图如图1所示。

图1 四路竞赛抢答器原理图1．抢答器电路原理：如图2，IO1，IO2，IO3，IO4分别为抢答器按钮的输入端，开始抢答，假设IO1抢答成功，通过四D触发器输出Q1=1，Q1’=0，而Q 2’=Q3’=Q4’=1,通过四输入与非门后，输出高电平，再经过反相器输出低电平，再经过两输入与非门，输出低电平，此时四D触发器处于保持状态，并且其他按钮的输入不起作用，IO1的抢答信号被锁存。

此时LED1发光并且蜂鸣器发出响声。

其他抢答按钮同理。

图2 抢答器部分电路图2.计时电路原理：计时电路为两片74LS160用置数法构成的31进制计数器，因为可以为了让答题者直观的看到30S这个时间点，所以设置了31进制的计数器。

两片的四个输入端均接低电平，两片的输出端分别接七段译码管直接显示数字，高位的74LS160芯片的Q1Q2接到一个二输入的与非门（U8A）输出到计数器的LD端、三输入与非门端、反相器端。

输出到LD端是为了构成31进制计数器，当高位变为3时，计数器置0。

输出到三输入与非门（U9A）和时钟脉冲、开关的电平信号一起输入到与非门中，这就是为什么能控制计时的开始与暂停了，当开关输入低电平时，无论是否有时钟信号，时钟均不发生改变，此时时钟信号为无效信号；而当开关输入高电平时，U8A输出也为高，因此，时钟信号为有效信号，因此，凭借这样的类似锁存的电路，就可以控制计时的开始与暂停。

而当时间到了30s时，U8A输出为低电平，时钟信号又成为无效信号，时间被停止在30s，此时将U8A信号通过一个反相器输出到蜂鸣器，蜂鸣器发出响声。

图3 计时器电路3.555函数发生器：输出高电平时间：T1=(R1+R2)Cln2 输出低电平时间：T2=R2Cln2振荡周期：T=(R1+2R2)Cln2图4 555函数发生器。

基于74LS74 D触发器的四路抢答器1.实验目的利用74LS74 D触发器设计供4人用的抢答器，用以判断抢答优先权，并可以实现如下功能：（1）抢答开始之前，主持人按下复位按钮，所有指示灯和数码管均熄灭；（2）主持人宣布开始抢答后，先按下按钮者对应的指示灯点亮，同时数码管显示该选手的序号；（3）此后他人再按下各自的按钮时，电路则不起作用。

2.总体设计方案或技术路线四路抢答器方案流程图（1）抢答控制电路由两片74LS20与非门实现；（2）选手抢答输入端、主持人控制端由两片D触发器实现；（3）灯光提示电路由高电平指示灯与CD4511数码管实现。

3.实验电路图（1）直流稳压电源 1台（2）EEL-6模拟、数字电子技术实验箱 1台（3）74LS74 D触发器 2片（4）74LS20与非门 2片（5）CD4511数码管 4只（6）导线若干5.理论分析或仿真分析结果（1）主持人按下控制开关，将开关置于“清零”位置，D触发器置零，此时所有的指示灯和数码管均熄灭，选手按下按钮，指示灯和数码管均无任何反应；（2）主持人将开关置于“1”位置，指示灯亮，发出答题信号，此时，选手按下相应的按钮，指示灯亮，数码管显示选手的序号，并且优先作答者对应的74LS20与非门的输出将封锁其他选手的信号的输出，使其按钮不发挥作用，直到主持人再次清除信号为止；（3）主持人再次清零后，进入下一个答题周期。

6.详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）（1）复位功能（主持人置“0”）码管的状态。

7.实验结论根据本设计电路可实现预定的主持人清零复位、选手抢答以及抢答提示等基本功能，各功能模块均能正常工作，达到设计要求，完成了设计任务。

8.实验中出现的问题及解决对策（1）数码管接触不良，导致开始阶段数码管显示异常。

对策：更换导线，排除故障；（2）导线过多，容易连接错误。

对策：精简并重新设计电路，重新布线。

四路智力竞赛抢答装置一、实验目的1、 学习数字电路中D 触发器、分频电路、多谐振荡器、CP 时钟脉冲源等单元电路的综合运用。

2、 熟悉智力竞赛抢赛器的工作原理。

3、 了解简单数字系统实验、调试及故障排除方法。

二、实验原理图8－1为供四人用的智力竞赛抢答装置线路，用以判断抢答优先权。

a ．四路抢答主电路c. 1KHz 非对称型多谐振荡器 b. 指示灯隔离驱动电路图8－1智力竞赛抢答装置原理图图中F1为四D触发器74LS175，它具有公共置0端和公共CP端,引脚排列见附录；F2为双4输入与非门74LS20；F3是由74LS00组成的多谐振荡器；F4是由74LS74组成的四分频电路，F3、F4组成抢答电路中的CP时钟脉冲源，抢答开始时，由主持人清除信号，按下复位开关S1，74LS175的输出Q1～Q4全为0，所有发光二极管LED均熄灭，当主持人宣布“抢答开始”后，首先作出判断的参赛者立即按下开关，对应的发光二极管点亮，同时共同的信号灯或蜂鸣器发出接通信号，通过与非门F2送出信号锁住其余三个抢答者的电路，不再接受其它信号，直到主持人再次清除信号为止。

三、实验设备与器件1、+5V直流电源2、逻辑电平开关3、逻辑电平显示器4、双踪示波器5、数字频率计6、直流数字电压表7、74LS175、74LS20、74LS74、74LS008、继电器、灯泡9、开关5个、导线若干四、实验内容1、测试各触发器及各逻辑门的逻辑功能。

试测方法参照实验二及实验九有关内容，判断器件的好坏。

2、按图8－1接线，抢答器五个开关接实验装置上的逻辑开关、发光二极管接逻辑电平显示器。

3、断开抢答器电路中CP脉冲源电路，单独对多谐振荡器F3及分频器F4进行调试，调整多谐振荡器10K电位器，使其输出脉冲频率约4KHz，观察F3及F4输出波形及测试其频率。

4、测试抢答器电路功能接通+5电源，CP端接实验装置上连续脉冲源，取重复频率约1KHz。

（1）抢答开始前，开关K1、K2、K3、K4均置“0”，准备抢答，将开关S置“0”，发光二极管全熄灭，再将S置“1”。

四路抢答器计算机与信息工程学院2008级非师范班** 2008*******指导教师戚桂美讲师摘要抢答器在比赛中有很大的用途，它能准确公正直观的判断出第一抢答者。

通过抢答器的指示灯显示，数码显示指示出第一抢答者。

本文用了2D触发器74LS74,四输入与非门74LS20,二输入与非门74LS00等芯片的组合来完成抢答的功能实现.关键词2D触发器；数码显示；四输入与非门1设计任务及主要技术指标和要求1.1抢答器的说明设计一台可供4路智力竞赛抢答器。

每个参赛队面前对应一个抢答按钮，由主持人控制抢答开始结束，主持人按钮开始时，有声音响起，此时开始抢答；首先抢答的小组，有声光指示，并用显示小组的编号，此时其他组抢答将计无效。

1.2 设计任务和要求(1). 设计一个可以容纳4名选手或4个代表队比赛的抢答器。

(2). 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。

(3). 抢答器具有锁存与显示功能。

即选手按动按钮，锁存相应的编号，并将优先抢答选手的编号保持到显示器上，直到主持人将系统清除为止。

2引言智力竞赛是一种生动活泼的教育形式和方法，通过抢答和必答两种方式能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短时间内，使人们增加一些科学知识和生活常识。

3工作原理该抢答器由复位电路抢答器触发器LED显示电路和蜂鸣器组成,如下图所示. 抢答器由二个74LS74和74LS00,74LS20组成抢答部分。

显示部分由74ls32和LED显示组成的。

开始时，当主持人按钮还未按是，CLR为0，所以输出Q1-Q4为0，所以发光二极管全为灭的；当主持人按钮按下时CLR为1，可以输入，谁先抢答，相应的谁的灯亮，利用74ls00和74ls20输出的是ｃｐ等于０，锁存其他的，不能使其他的输出。

4电路组成部分电路由选手开关电路、主持人开关电路、触发锁存电路、时钟脉冲电路、抢答电路和显示电路组成。

5设计步骤及方法(1)通过从图书馆查资料初步了解了数字钟的基本原理,根据基本原理自己画出基本的电路图。