八路抢答器实训报告
《数字逻辑电路》实训报告
专业：自动化
学生姓名：
学号： 1
指导教师：游、文淼
2014年6月7日
多路智力竞赛抢答器的设计与制作
1整机设计
1.1设计要求
(1). 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。
(2). 要求有一个系统清除和抢答控制开关，由主持人控制。
(3). 抢答器具有锁存与显示功能。参赛选手进行抢答，锁存相应的编号，，显示器上显示选手的编号，期间不允许选手抢答并保持到主持人将系统清除为止。
1.1.1设计任务
(1)．根据基本设计任务的要求，选择抢答器电路设计方案。
(2)．抢答器主要由按键开关电路、RS触发锁存电路、编码器、译码器、数码管等部分组成构成。
(3)．设计原理电路图并进行PCB布局布线、印刷电路板、腐蚀电路板、进行电路板打孔。
(4)．按PCB图装配器件，并按照多路智力抢答器的调试步骤，逐步进行调整与功能测试。
1.1.2性能指标要求
(1)．抢答器可以实现基本抢答；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、7、8，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应。
(2)．给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始。
(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，同时扬声器给出音响提示。之后，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显示在数码管，直到到主持人将系统清零为止。
1.2 整机实现的基本原理及框图
1.2.1基本原理
S1-8为八位选手的抢答开关，SW1单刀双掷开关设为主持人控制开关。当主持人控制开关置于清零状态时，RS触发器的R端为低电平，输出端全部为低电平。于是4511的BI为高，显示器灭灯；74LS148处于工作状态。当SW1置于开始状态，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态。74LS279的1R、1S均为高电平，由真值表可知，输出1Q为低电平，从而使74LS148输入使能端为低电平有效，即抢答器处于等待工作状态。若有选手（假设为3号选手）按动抢答开关（即闭合S4），此时优先编码器74LS148输入端I3接低电平有效，则输出A2A1A0为100，A2A1A0分别接至3S、2S、1S，根据RS 锁存器真值表，1Q2Q3Q输出分别为110，从而4511的输入端DCBA为0011，经4511译
码，显示器上显示“3”。与此同时，当74LS148输入端有一个为低电平时，GS为低电平有效，即标志译码器处于工作状态，从而使4S为0，此时4Q输出为高电平，致使EI 为高电平，74LS148处于禁止工作状态，即输入不受允许。实现了优先抢答有效的功能。抢答结束后，主持人拨动开关清零，数码管不亮，即恢复初始状态，进入下一轮抢答环节。
图1.2.1 抢答器电路图
1.2.2总体框图
图1.2.2 抢答器原理图
2 各功能电路实现原理及电路设计
抢答电路的功能有：分辨出选手按按钮的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；要使其他选手的按钮操作无效。因此，选用优先编码器74LS148、 RS锁存器74LS279、译码显示电路4511、报警电路74LS86以及74LS27完成上述功能。下面简述一下重要芯片的作用以及芯片管脚。
2.174LS148
74LS148 为8 线－3 线优先编码器，共有54/74148 和54/74LS148 两种线路结构型式，将8 条数据线（0－7）进行 3 线(4-2-1)二进制（八进制）优先编码，即对最高位数据线进行译码。利用选通端（EI）和输出选通端（EO）可进行八进制扩展。编码器在抢答电路中功能是判断抢答者的编号。其引脚图及真值表如下图所示。
图2.1 74LS148引脚图
表2.1 74LS148真值表
2.2 74LS279
74LS279是由4个RS锁存器组成，且均为与非门构成的RS锁存器。其中，1S和3S 有两个输入端，S1和S2均为相与的关系。本设计中，将S2均接高电平，仅利用S1控制输出。其引脚图如图四所示，下表为SR锁存器的功能真值表，值得注意的是S和R 不能同时为高电平，否则输出不确定。其引脚图及真值表如下图所示。
图2.2 74LS279引脚图
表2.2 74LS279真值表
2.3 4511
4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管），显示器的 BCD 码—七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。
3 制作与调试过程
使用Protel 99 SE进行原理图和PCB图的设计。原理图和PCB图见附录。
设计完成原理图和PCB图后，开始打印PCB并腐蚀。腐蚀完成后进行打孔。电路板
完成后进行元件的装配，将各元器件按原理图正确焊接在电路板上。
在调试过程中，出现蜂鸣器一直响着，经过测试，发现有部分电路接地线路不够完善，最终使用跳线的方法解决了这一问题。
4电路测试
把控制开关设置为“清除”位置，用万用表检查RS触发器的R端为低电平，输出端（4Q~1Q）全部为低电平。于是74LS48的BI/RBO端=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端，即ST=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。然后把控制开关拨到“开始”位置，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，给8路抢答输入端给上低电平的输入信号，如当有选手将抢答按键按下时（如按下5S），74LS148的输出A2A1A0=010，EI=0，经RS锁存器后，74LS279的输出4Q,即CTR=1，BI/RBO =1，74LS279处于工作状态，输出端3Q2Q1Q=101，EI=0，经RS锁存器后，出“5”。此外，CTR=1，使74LS148仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号不会被接收。
4.1 测试仪器与设备
万用表一台
抢答器电路板一块
4.2 功能测试
当电路正常工作时，红色LED灯亮，蜂鸣器发出声音，当开关拨到蜂鸣器没有发出声音时，绿色LED灯亮；当按下按键，数码管则显示与其相对应的数字，蜂鸣器无声；若再按下其他按键，数码管不改变其显示；再次拨动开关时，数码管上显示的数字被清除，蜂鸣器发出响声，说明实现电路的清除功能。
5实训结论
通过本次课程设计巩固了我的数电知识，深化了对重要知识点的记忆和理解。在设计过程中，查阅资料，了解了各个芯片的功能以及原理，完善了我的知识体系。
通过这次课程设计,我学到了很多书本上没有的实际的知识,熟悉了一些元器件、芯片的灵活运用。在设计及制作过程中，遇到过一些困难。通过上网查询和询问老师将问题解决。并且在网上学习到了一些元器件组合起来的作用，最重要的是我能够自己思考，解决问题。经过这次实训我加强了我的动手能力和解决问题的能力，为将来的学习和工作奠定了扎实的基础。
参考文献
[1] 谢自美等编著.电子线路设计.实验.测试（第三版）[M].武汉：华中科技大学出版社,2006.
[2] 阎石编著.数字电子技术基础（第四版）[M].北京：高等教育出版社,1998.
[3] 江国强编著.新编数字逻辑电路[M]. 北京：北京邮电大学出版社,2006.
[4] https://www.wendangku.net/doc/ec16693609.html,
附录
2、电路原理图
3、PCB图