西安邮电学院
数字电路课程设计报告书
学院名称学生姓名专业名称班 级实习时间
——数字抢答器
电子工程学院
赵帅
集成电路设计与集成系统 电路0903
2011年6月20日 —— 2011年7月1日
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数字电路课程设计
------------数字抢答器
一．数字式抢答器功能概述
在举办各种智力竞赛活动中，常常需要确定随是第一个抢答的人。数字式抢答器利用电子器件可以准确的解决这一问题。数字式抢答器允许抢答者在规定的时间范围内进行抢答，可以用数字显示抢先者的序号，并配有相应的灯光指示和声报警功能；对犯规抢答者（指在抢答开始命令下达前抢答者），除用声、光报警外，还应显示出犯规者的序号；若规定抢答时间已过，要告示任何输入的抢答信号均无效，除非重新下达抢答命令。 所使用的实验器材 1).中规模集成器件：
74LS161 （1个），74LS48（2个），74LS148（1个），74LS11（1个） 555 （1个）， 74LS75 （1个）， 74LS04 （1个）。 2).其它器材：
电阻 150KΩ 1只，4.7kΩ l只，100Ω 4只。 电容 0.1uF 1只，4.7uF1只
红色、黄色、绿色发光二极管各1只，共阴极显示数码管2只。 导线若干，面包板一个。 二．任务和要求
设计一个数字式抢答器，具体要求如下：
1．要求至少控制四人抢答，允许抢答时间为10秒，输入抢答信号实
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在“抢答开始”命令后的规定时间内，显示抢先抢答者的序号，绿灯亮。
2．在“抢答开始”命令前抢答者，显示违规抢答者的序号；红灯亮。 3．选做：在“抢答开始”命令发出后，超过规定的时间无人抢答，显示无用字符（可自行确定）。 三．数字抢答器总体方案
<1> 接通电源后，主持人将开关拨到“置数”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器不显示,定时器显示为设定时间。此时, 若有人抢答, 为违规抢答LED显示器显示其编号,并红灯警告.定时器显示不变,仍为设定时间。
<2> 主持人将开关置于“计时”状态，宣布“开始”抢答，抢答器工作, 定时器倒计时, 选手在定时时间内抢答时，抢答器完成: 优先判断, 编号锁存, 编号显示, 绿灯提示。
<3> 若在10秒内无人抢答，10秒到后计数器停止计数，抢答无效，编号锁存, 编号显示, 红灯提示。如果再次抢答必须由主持人再次操作“置数”和“计时”状态开关。
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数字抢答器框图：
四．单元电路的设计
1. 抢答器电路的设计 (即完成锁存和显示功能) (1)抢答, 锁存电路:
在这一部分，最主要的是锁存电路，锁存电路主要由7475来实现,当7475的4，13号管角的信号为“0”时，它将保持原来的状态： 7475真值表：
D 1 0 X C 1 1 0 Q 1 0 Qn 秒脉冲产 生电路 定时 电路 译码电路 显示电路 主持人开关 控制 电路 报警 电路 抢答按钮 锁存器 优先编码器 译码电路 译码显示 当有一组选手按下开关后，D1，D2，D3，D4时，7475的输出将送到74LS148的数据输入端，当有一个选手的输入端为0时它的Yex的输出为0，接入7475的E0-1,E31-2,7475实现锁存功能，保持状态不变。
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(2) 译码电路：
对于译码过程先要对选手进行编码，用74LS148来进行编码，7448进行译码
74LS148真值表如下：
根据输出的特点，选择
分别为1、2、3、4号选手的输入
端。它的输出端直接接到74LS48译码器的输入端上。
综上可得到抢答锁存电路的电路图(如图)
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2．脉冲的设计
本实验中所用的计时器，是和我们的时钟的频率一样的，因此我们通过555的分频来实现我们所需要的时钟脉冲以及波形如图： 如图所示。
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CP脉冲的输出图
3．倒计时器的设计
此电路用来实现模10的倒计数器，用一片74LS161来实现，
置数法来实现，由于要求倒计数，所以可以取反而得到。在次还有一个问题是：当倒数到0后，还要有锁存的功能，锁住电路，抢答违规。低位片模10，它从0110到1111，取反后得到1001到0000。其状态转移图如下：
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/0 DCBA/Co 01100111 /0 1000 /0 1001 /0 1010 /1 /0 1111 /0 1110 /0 1101/0 1100 /0 1011
主持人开关接在161的LD端，接低电平是代表重新开始新一轮的比赛，表示置9端，当接通高电平时代表倒计时开始！由于倒计时受主持人控制，因此不能自动置9。 74LS161的真值表如下：
为了实现倒计时的停止对CTp与CTt进行控制“01”保持“11”计数，因此我令CTt直接接高电平，用CO·Yex来控制CTp端实现计数与停止！由于161是实现计数的器件实现先对输入端进行置数,置6，去反得9。 电路图如下所示：
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4．红绿灯警告的设计 (1)红灯的控制
此电路根据老师要求，违规抢答有两种情况，包括提前抢答以
及超时抢答两部分，分析各逻辑器件的功能不能看出，当有人抢答是 GS = 0，提前抢答是主持人开关处于K = 0状态，超时抢答时CO = 1，GS = 1。
因此可以在~CO·K与GS之间接一个红色发光二极管。 则，违规抢答电路图如下图所示
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（2）绿灯的控制
当正确抢答时，148的GS = 1，K = 1，CO = 0，因此可以用GS·K与CO之间接一个绿色的发光二极管来控制绿灯的点亮。 则，正确抢答电路图如下：
五、总体电路图的设计
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正确抢答的电路显示
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提前抢答的电路显示
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超时抢答的电路显示
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六、发生问题及解决方法
在实际联接电路中会遇到很多复杂的问题,即使完全按照电路图连接,也会出现一些问题,其中我所遇到的问题如下: 1、接线端接触不良
当电路连好后,接通电源,电路实现不了预期的功能.并且,数码显示器显示的是乱码.计数器不能很好的实现计数功能,抢答器不能抢答.
解决方法: 根据理论中的输入输出值,用万用表的电压端测各个接线端的电压,得知其电平为高或为低.如应该为高电平,而相连的一端却为低电平,说明此接点接触不良.用导线将两端直接连接或换一个小孔试一试.用此方法可以解决接触不良的问题,使每个接点为通路. 2、防止器件的烧毁
本系统的输入电压为+5V,每一个输入端应接一个小电阻,尤其是发光二极管的两端,必须接一个小电阻,不能直接接地或接电源. 各个器件不能悬空在理论中,悬空表示输入为低电平,但在实际中未必是这样.应当接0的就接地,应当接1的就接电源。还有就是不能带电插拔芯片，不然会使芯片损坏。
芯片工作时间过长,会升温,导致不能实现其基本功能.
当电路全部连好后,并且都接触良好.开始能工作,可工作一会儿就会发生错误,可能是工作时间过长升温所制,这时应该让芯片休息一会儿即可. 七、分析和总结
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实践出真知。确实，在这次课程设计之前，我一直认为自己
的数字电路逻辑设计学得还不错。但通过这次课程设计的实际动手，我才知道自己对这方面的知识，特别是实践方面的，还很欠缺。这次课程设计让我长了不少见识，例如各种集成芯片的用法，以及电路设计的一般方法和步骤。
在进行电路的设计时，首先最基本，也是最重要的一步就是要有一个良好的构思，这个构思包括对要实现的电路的各个部分具体功能的设想，以及整个电路的总体布局。决不能想当然的认为将几个芯片凑在一块面包板上，再加上一些连线就能很简单的将整个电路设计出来。
其次，在构思完成后，就应该开始动手画电路图了。构思只是在大脑中形成了一个模糊的模型，而进行电路设计是一项严肃的工作，必须十分明确的图摆在眼前。电路图画出来后，就可以开始电路的连接了。带领我们设计这次实验的老师在开始时便声明一点：不要把所有片子都连好了再对电路进行调试，这样的话成功的概率几乎为零，最好是连好一个功能部分，便立即对该部分电路进行检测，若成功则继续，若不成功就检查错误，甚至要重新连。这一点无疑是给我们一个提醒，让我们的电路成功又有了一层保障。在这一过程中必须有一个好的开始，想清楚各个片子的布局，线的插法，否则空间利用率不高可是一件相当头疼的事情。由于线路多，因此必须得时刻保持小心谨慎，否则万一一根线连错，就必须检查一大片电路，这显然是得不偿失。
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在这个世界上，没有任何事情是做一遍就会如愿地成功的，失败、挫折是永远也无法避免的。电路设计也不例外。因此，面对自己设计的电路中存在的问题，我们必须学会冷静地思考，想办法去解决它们。这对于性子有些急的我来说，无疑是一个挑战。刚开始时，我也确实有点急。不过，随着课程设计的慢慢进行，我逐渐冷静下来，开始认真思考。所以，这次课程设计让我的急性子有了一些改善。
在这次数字抢答器系统的设计和调试过程中，我不仅掌握了课程设计的一般步骤和基本方法，了解了各种集成数字芯片的功能和使用方法，而且我感觉自己对数字电路逻辑设计这门课程的课本内容有了更深刻的理解，并且这次课程设计也提高了我理论联系实际的能力，培养了我基本的设计思想，锻炼了我的实际动手能力。
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西安邮电学院 微电子学 系 课程设计 过程考核表
学生姓名 承担任务实验室（单位） 教学部 实施时间 2011年6月20日 —— 2011年7月1日 周一：听老师讲授数字电路的设计方法及需要注意的问题； 周二：选定题目，并设计电路，完成电路设计； 赵帅 电路与电子技术基础班级/学号 所在部门 电路0903/ 电子工程学院 第一周 周三：电路仿真； 周四：领取元器件，开始组装电路； 周五：组装电路； 具体内容 周一：组装电路； 周二：老师验收电路； 第二周 周三：写实验报告； 周四：写实验报告； 周五：实验总结； …… 指导教师（师傅）姓名 师亚莉 学习态度 职务或职称 副教授 □ 认真 □ 一般 □ 不认真 指导教师（师傅） 对学生的评价 学习纪律 实践能力 □ 全勤 □ 偶尔缺勤 □ 经常缺勤 □ 很强 □ 一般 □ 较差 指导教师（师傅）对学生专业知识或社会实践能力等情况的意见 年 月 日
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指导教师（师傅）签字
西安邮电学院 微电子学 系 课程设计 成绩鉴定表
学生姓名 进行时间 班级/学号 电路0903/ 2011年6月20日 —— 2011年7月1日 与教学任务计划结合程度（10分） 学习内容（20分） 与专业培养结合程度（6分） 其它（4分） 接受单位评价 实践能力（10分） 学习态度（6分） 学习纪律（4分） 报告内容与实践过程紧密结合（15分） 报告鉴定 （60分） 报告内容与教学计划内容紧密结合（15分） 报告质量(主题、结构、观点、逻辑、资料、字数 30分) 成绩鉴定 （20分） 评阅教师姓名 师亚莉 职称 副教授 成绩 评语 评阅教师签字 年 月 日
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