1、內(nèi)容摘要：本實驗主要分為三部分，第一部分為搶答電路，第二部分為9秒倒計時電路，第三部分為時鐘和響鈴電路，通過各個電路的邏輯變化，來達到相應的目的。一、 設計要求1. 4名選手編號為：1、2、3、4。各有一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號對應，也分別為1、2、3、4。2. 給主持人設置一個控制按鈕，用來控制系統(tǒng)的清零（編號顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。3. 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，該選手編號立即鎖存，并在編號顯示器上顯示該編號，同時揚聲器給出音響提示。同時封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。4. 搶答器

2、具有定時（9秒）搶答的功能。當主持人按下開始按鈕后，要求定時器開始倒計時，并用定時顯示器顯示倒計時時間，同時揚聲器發(fā)出音響，音響持續(xù)0.5秒。5. 參賽選手在設定的時間（9秒）內(nèi)搶答，搶答有效，揚聲器發(fā)出音響，音響持續(xù)0.5秒。同時定時器停止倒計時，編號顯示器上顯示搶答選手的編號，定時顯示器上顯示剩余搶答時間。并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。6. 如果定時搶答時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效。系統(tǒng)揚聲器報警（音響持續(xù)0.5秒），并封鎖輸入編碼電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器顯示0。7. 555定時器產(chǎn)生頻率為1kHz的脈沖信號，經(jīng)多級分頻產(chǎn)生周期為1s的信號。作為定時計數(shù)器的CP信號

3、。二、 系統(tǒng)總體方案設計（一） 設計方案1實驗設計實現(xiàn)四路搶答，由搶答電路、時鐘電路、響鈴電路組成，四路搶答電路中當有選手按鍵按下時，會產(chǎn)生一個下降沿，這個下降沿經(jīng)過74LS148后的導線上會發(fā)生相應電平的變化，在74LS20上產(chǎn)生一個邊沿作用在74LS175上的CLK,使觸發(fā)器導通，然后將變化的信號傳到顯示數(shù)碼管中，來顯示相應組號的搶答，此時一個二輸入與非門將方波型號和按鍵電平與非，使與非后使方波終端，由于沒有邊沿使74LS175的CLK中斷，使數(shù)據(jù)鎖存，時段顯示數(shù)碼管中就鎖存住了剩余搶答時間，同時連接響鈴電路中的四輸入與非門74LS20中，此時產(chǎn)生一個低電平使74121的B管腳產(chǎn)生一個邊沿

4、，此時出發(fā)響鈴0.5秒，這是搶答時，當開始時，需響亮0.5秒，這時按下space鍵，響鈴電路中四輸入與非門74LS20中輸入一個低電平，此時74121中B口產(chǎn)生一個邊沿，響鈴0.5秒，當搶答時間結束時，7段顯示數(shù)碼管的譯碼器74LS47的輸入為全為0，此時四輸入與非門74LS20全為1，與非門產(chǎn)生一個低電平，同理使B口產(chǎn)生一個邊沿，觸發(fā)響鈴0.5秒（二） 設計方案2 1、0.5秒定時響鈴電路：此電路主要由555定時器和74LS175鎖存器組成，由于軟件本身的限制，時間走的很慢，故未加分頻器，如果在實際電路中，可以在555三階分頻中的第三階上加一個74LS160做一個5分頻的分頻器，這樣就可以得

5、到0.5秒的方波信號。2、在方案2中我只設計了另外一個搶答電路和0.5秒響鈴電路，搶答電路為： 此搶答電路有按鍵，編碼器74LS148、鎖存器74LS279、四段顯示數(shù)碼管等組成，原理基本和主電路相同，當按鍵按下時，按鍵信息由編碼器74LS148編碼后經(jīng)過鎖存器到達四段顯示數(shù)碼管顯示，同時按鍵信息通過74LS27后連接到編碼器74LS148的使能信號端，使74LS148失效以達到其他選手按鍵無效的效果。 下面是鎖存器74LS279芯片的介紹：74LS279就是4R-S觸發(fā)器，每片上有四路R-S觸發(fā)器。每路R-S觸發(fā)器有R和S兩個輸入和一個輸出端Q。當S輸入低電平（0）時，輸出Q為低電平（0）；

6、當S輸入高電平（1）時，如果R輸入低電平（0），則Q為高電平（1）；當S輸入高電平（1）時，如果R輸入低電平（1），則Q保持不變。（三）系統(tǒng)總體方案選擇及系統(tǒng)原理框圖如圖所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關撥到"清除"狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設定時間；主持人將開關置開始"狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。定時器倒計時，選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示,當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示零。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和&

7、quot;開始"狀態(tài)開關。系統(tǒng)框圖如下：搶答電路系統(tǒng)框圖如下：按鍵主持人開關搶答電路定時電路（三）、單元電路設計1、 搶答電路此電路主要實現(xiàn)兩個功能，第一個是實現(xiàn)搶答選手按下按鍵后，其他選手按鍵摁下將無效，第二個功能是實現(xiàn)顯示相應按鍵和選手的編號，當space鍵按下時實現(xiàn)清零功能，此時74LS175的CLR為低電平，此時清零有效，Q1，Q2，Q3,Q4低電平，此時數(shù)碼管四管腳均為低電平，7段數(shù)碼顯示管顯示為零，當space抬起時74LS175的CLR為高電平，開始搶答，此時當四個按鈕中有一個按下時，編碼器74LS148將按鍵信息編碼送到74LS175中，此時74LS148中的輸出口A

8、BC的電平發(fā)生變化，四輸入與非門74LS20有原來的電平變?yōu)楦唠娖?，產(chǎn)生一個上升沿作用在74LS175的CLK上觸發(fā)鎖存器鎖存,同時Q1，Q2，Q3，Q4非由原來的高電平發(fā)生相應變化，是四輸入與非門有原來的低電平變?yōu)楦唠娖?，同時由于四輸入與非門74LS20的輸出端和編碼器74LS148的使能端相連，使編碼器74LS20失效，來達到數(shù)據(jù)所存的目的。2、定時電路定時電路有兩部分組成，一個是產(chǎn)生脈沖信號的555震蕩電路，一個是處理震蕩的9秒倒計時電路，產(chǎn)生脈沖的555電路有555定時器，74LS160,74LS00，電阻電容組成，由555構成多諧振蕩器，振蕩頻率 f 1.43（R12R2）C，然后介

9、紹一下555定時器的結構，多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。圖所示是由555定時器構成的多諧振蕩器。R1、R2和C是外接元件。剛接通電源時，uc=0，u0=1。當uc升至后，比較器C1輸出低電平(=0)，基本RS觸發(fā)器置0，定時器輸出u0由1變?yōu)?。同時，三極管T導通，電容通過R2放電，uc下降。在 <uc<期間，u0保持低電平狀態(tài)。在uc下降至以后，比較器C2輸出低電平(=0 )，使觸發(fā)器置1，輸出u0由0變?yōu)?

10、。同時三極管T截止，于是電容C再次被充電。如此不斷重復上述過程，多諧振蕩器的輸出端就可得到一串矩形波。工作波形如圖所示。實驗要求555產(chǎn)生1k赫茲的方波，由公式可以算出R1為15K，R2為68K，U為10uf，有公式f 1.43（R12R2）C可得，大約為1K赫茲。 然后通過分頻器74LS160進行10分頻，下面是74LS160簡介： CLK是脈沖輸入端；RCO是進位信號輸出端；ENP和ENT是計數(shù)器工作狀態(tài)端；CLR是異步清零端；LOAD是置數(shù)端；VCC接正電源，GND接地；AD是數(shù)據(jù)輸入端，QAQD是計數(shù)器狀態(tài)輸出端。電源電壓5V，輸入電壓5V。其狀態(tài)表下所示：另一個功能是9秒倒計時定時，

11、由三階分頻得到1s的脈沖信號，下面介紹74LS192，它是十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：圖中： 為置數(shù)端， 為加計數(shù)端， 為減計數(shù)端， 為非同步進位輸出端， 為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計數(shù)器輸入端， 為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。倒計時電路用到的另一個芯片是譯碼器74LS74, 碼器的邏輯功能是將每個輸入的二進制代碼譯成對應的輸出的高、低電平信號。常用的譯碼器電路有二進制譯碼器、二-十進制譯碼器和顯示譯碼器。譯碼為編碼的逆過程。它將編碼時賦予代碼的含義“翻譯”過來。實現(xiàn)譯碼的邏輯電路成為譯碼器。譯碼器

12、輸出與輸入代碼有唯一的對應關系。74LS47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，它在這里與數(shù)碼管配合使用，它的真值表為：/ D C B Aa b c d e f g說明0X1X X X X0 0 0 0 0 0 0試燈XX0X X X X1 1 1 1 1 1 1熄滅1000 0 0 01 1 1 1 1 1 1滅零1110 0 0 00 0 0 0 0 0 101X10 0 0 11 0 0 1 1 1 111X10 0 1 00 0 1 0 0 1 021X10 0 1 10 0 0 0 1 1 031X10 1 0 01 0 0 1 1 0 041X10 1 0 10 1 0 0 1 0

13、051X10 1 1 01 1 0 0 0 0 061X10 1 1 10 0 0 1 1 1 171X11 0 0 00 0 0 0 0 0 081X11 0 0 10 0 0 1 1 0 093、報警電路 報警電路由74LS20、74LS121、電容電阻、蜂鳴器等組成，主要實現(xiàn)響鈴0.5秒的報警功能，下面介紹一下芯片74LS121：它具有施密特觸發(fā)器輸入的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，由于內(nèi)部補償作用，使輸出脈沖寬度的穩(wěn)定性與溫度和 Vcc無關，而僅受外接定時元件精度的限制。真值表：系統(tǒng)總體電路三、 系統(tǒng)仿真及實現(xiàn)（一）Multisim仿真過程1、電路執(zhí)行搶答功能時，當其中有第二個按鍵按下時有： 具體步驟

14、為：（1）以上三個圖片為按鍵按下時的電路變化，第二個按鍵按下時，搶答電路顯示編號2，倒計時電路顯示剩余時間還有7秒，此時連接響鈴電路的示波器顯示由未動作的低電平變?yōu)楦唠娖剑|發(fā)74LS121的B口實現(xiàn)響鈴0.5秒的功能。2、電路執(zhí)行主持人按下按鍵，響鈴電路響鈴0.5秒以提醒搶答者的功能： 以上四圖為主持人按下開始按鍵時的電路狀態(tài)，此時倒計時電路預置倒計時9秒，搶答電路預置為0，按鍵space按下時，響鈴電路有原來的低電平變?yōu)楦唠娖剑瑢崿F(xiàn)響鈴0.5秒提醒搶答的功能。3、電路執(zhí)行搶答時間結束，響鈴0.5秒的提醒功能 以上三圖為搶答時間結束，響鈴0.5秒提醒時間到的電路狀態(tài)，此時剩余時間為0，搶答電

15、路顯示為0，即無人搶答，當時間為0時，連接響鈴電路的示波器顯示由原來的低電平變?yōu)楦唠娖?，實現(xiàn)響鈴0.5秒的提醒功能。Protel原理圖繪制（三）PCB制板（三）、PCB 3D 效果圖四、 元器件清單Part TypeDesignatorFootprint0.01ufC4RAD0.40.1ufC5RAD0.41kR16AXIAL0.31kR15AXIAL0.31kR2AXIAL0.31kR1AXIAL0.31kR3AXIAL0.31kR4AXIAL0.31kR17AXIAL0.45.1kR19AXIAL0.310kR20AXIAL0.312kR18AXIAL0.374ALS00U25DIP-14

16、74ALS04U24DIP-1474ALS20U37DIP-1474HC09U32DIP-1474HC20U28DIP-1474HC148U13DIP-1674HC160U33DIP-1674HC175U21DIP1674HC175U20DIP-1674HC192U23DIP-1674LS20U30DIP-1474LS32U34DIP-1474LS32U27DIP-1474LS32U26DIP-1474LS47U29DIP1674LS160U35DIP-1674LS160U36DIP-16500ufC6RAD0.4555U31DIP874121U38DIP-14BUZZERU39RAD0.3C

17、OMPONENT_2U22DIP4CON2J1MKDS3_2RMIDPY_7-SEG_DPDS2IDC10SW-PBS2DIP4SW-PBS4DIP4SW-PBS3DIP4SW-PBS12DIP4spaceS1RAD0.4spaceS14RAD0.4spaceS13RAD0.4五、 參考文獻1、 康華光電子技術基礎（第五版）北京：高等教育出版社，20062、 3、 王毓銀 數(shù)字電路邏輯設計. 北京：高等教育出版社. 2003六、 設計總結1、通過這次課程設計，加強了我收集信息、思考和解決問題的能力。 在整個設計過程中，我總共想過兩個方案，另一個方案弄了兩天，原理圖和仿真圖都實現(xiàn)結果，這個相對另

18、一個方案比較簡單，是整體電路的一部分，包括電路原理和連接，和芯片上的選擇。2、這次課程設計中讓我了解了不少的數(shù)字芯片，學會了如何面對一個新的芯片如果使用，如何讀懂它的真值表和原理圖，增加我面對新事物的接受和學習能力。3、在設計過程，經(jīng)常會遇到這樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了。所以一直再想如何想出更好的連接方法。不過說也奇怪，整天想著這些問題，思路和想法就不由得想出來了，經(jīng)過不斷的思考，大多數(shù)問題基本可以自己解決了。 4、我沉得做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功時看課本，這次看了，下次就忘了，主要是因為沒有動手實踐過吧！認識來源