数字电路课程设计 数字抢答器 设 计 报 告
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学 号：
专 业： 电子信息工程系
指导教师：
2012年 04 月 18 日
八路数字抢答器
一、 设计目的及任务 1．设计的目的
通过八路数字抢答器的设计实验，要求大家回顾所学数字电子技术的基础理论和基础实验，掌握组合电路、时序电路、编程器件和任意集成电路的综合使用及设计方法，熟悉掌握优先编码器、触发器、计数器、单脉冲触发器、555电路、译码/驱动电路的应用方法，熟悉掌握时序电路的设计方法。达到数字实验课程大纲所要求掌握的基本内容。
2.设计的任务及要求
（1）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个代表队参赛，他们的选号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号对应分别是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。
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）和抢答器的开始。
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。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主持人将系统清零为止。 （2）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30秒）。当节目支持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示。
②参加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。
二、 电路设计总方案及原理框图
1. 设计思路
（1）本题的根本任务是准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可选择使用触发器或锁存器等。在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信号无效。同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。
（2）当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，也可以用发光二极管直接指示出组别。
（3）在主持人没有按下开始抢答按钮前，参赛者的抢答开关无效；当主持人按下开始抢答按钮后，开始进行30秒倒计时，此时，若有组别抢答，显示该组别并使抢答指示灯亮表示“已有人抢答”；当计时时间到，仍无组别抢答，则计时指示灯灭表示“时间已到”，主持人清零后开始新一轮抢答。
2．总电路框图
电路总体框图如图1所示：
图1 总电路框图
三、单元电路工作原理
1．显示电路
此部分电路主要完成的功能是实现8路选手抢答并进行锁存，同时有相应发光二极管点亮和数码显示。
使用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 来完成。该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关S 置于\清除\端时，RS 触发器的 R、S 端均为0，4 个触发器输出置0，使74LS148 的优先编码工作标志端＝ 0，使之处于工作状态。当开关S 置于\开始\时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148 的输出经RS 锁存后，CTR=1,RBO =1, 七段显示电路74LS48 处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR ＝1，使74LS148 优先编码工作标志端＝１，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。
当按键松开即按下时，74LS148 的 此时由于仍为CTR＝1，使优先编码工作标志端＝1， 5 所以74LS148 仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。只要有一组选手先按下抢答器，就会将编码器锁死，不再对其他组进行编码。通过74LS48译码器使抢答组别数字显示0-7。如有再次抢答需由主持人将S 开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。
抢答模块原理图如图2所示：
图 2 抢答模块原理图
（1）RS触发器：
①保持状态。当输入端接入S=R=1的电平时，如果基本SR触发器现态Q=1、Q=0，则触发器次态Q=1、Q=0；若基本SR触发器的现态Q=0、Q=1，则触发器次态Q=0、Q=1。即S=R=1时，触发器保持原状态不变。
② 置0状态。当S=1，R=0时，如果基本SR触发器现态为Q=1、Q=0，因R=0，会使Q=1，而Q=1与S=1共同作用使Q端翻转为0；如果基本SR触发器现态为Q=0、Q=1，同理会使Q=0，Q=1。只要输入信号S=1，R=0，无论基本SR触发器的输出现态如何，均会使输出次态置为0态。
③置1状态。当S=0、R=1时，如果触发器现态为Q=0、Q=1，因S=0，会使G1的输出端次态翻转为1，而Q=1和R=1共同使G2的输出端Q=0；同理当
Q=1、Q=0，也会使触发器的次态输出为Q=1、Q=0；只要S=0、R=1，无论触
发器现态如何，均会将触发器置1。
④不定状态。当S=R=0时，无论触发器的原状态如何，均会使Q=1，Q=1。当脉冲去掉后，S和R同时恢复高电平后，触发器的新状态要看G1 和G2两个门翻转速度快慢，所以称S=R=0是不定状态，在实际电路中要避免此状态出现。
（2）74LS148优先编码器：
表1 74LS148真值表
输 入 输 出 Is 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 I0 X I1 X I2 X I3 X I4 X I5 X I6 X I7 X Y2 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 Y1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 Y0 YEX Ys 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 X X X X X X X 1 X X X X X X 1 X X X X X 1 X X X X 1 X X X 1 X X 1 X 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 74LS148的输入端和输出端低电平有效。如表174LS148真值表所示：I0~I7是输入信号，Y2~Y0为三位二进制编码输出信号，IS＝1时，编码器禁止编码，当IS＝0时，允许编码。YS是技能输出端，只有在IS＝0，而I0~I7均无编码输入信号时为0。YEX为优先编码输出端，在IS＝0而I0~I7的其中之一有信号时，
YEX＝0。I0~I7各输入端的优先顺序为：I7级别最高，I0级别最低。如果I7＝0（有信号），则其它输入端即使有输入信号，均不起作用，此时输出只按I7编
码，Y2Y1Y0＝000。优先编码被广泛用于计算机控制系统中，当有多个外设申请中断时，优先编码器总是给优先级别高的设备先编码。
图3 译码管电路
数电课程设计报告----《八路数字抢答器》
