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武汉理工大学《八路数字抢答器》课程设计说明书

八路数字抢答器

一、实验目的

通过八路数字抢答器的设计实验，要求学生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。

二、设计要求与内容

在许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光或音响等多种手段指示出第一抢答者。

（1）设计制作一个可容纳8组参赛的数字式抢答器，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。

（2）电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人系统发出抢答指令后，若参赛者按抢答开关，则该组指示灯亮并用组别显示电路显示出抢答者的组别，同时指示灯(发光二极管)亮。此时，电路应具备自锁存功能，使别组的抢答开关不起作用。

（3）若超时仍无人抢答，则报警指示灯熄灭。

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三、设计及原理

3.1 总体方案设计 3.1.1 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。、

3.1.2 总电路框图

图 3-1总电路框图

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3.2 各模块设计方案及原理说明 3.2.1 抢答电路

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。

原理图如下：

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图 3-2 抢答模块原理图

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。

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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。基本RS触发器的逻辑图、逻辑符号和波形图如图1-7所示。

（a）逻辑图 (b) 逻辑符号 (c) 波形图

Q Q Q Q G1

& G2

S

R

& S R S R S R

Q

置0

置1

保持

图 3-3 基本SR触发器

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 表 3-1 74LS148真值表

4LS148的输入端和输出端低电平有效。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

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