電子工程學(xué)院趙帥集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)級(jí)：2011年6月電子工程學(xué)院趙帥集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)級(jí)：2011年6月20日——2011年7月1日電路0903

數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)——數(shù)字搶答器

學(xué)院名稱(chēng)：

學(xué)生姓名：

專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：

班

實(shí)習(xí)時(shí)間：

1

74LS75（174LS75（1個(gè)），74LS044只。（1個(gè)）。

------------數(shù)字搶答器

一．?dāng)?shù)字式搶答器功能概述

在舉辦各種智力競(jìng)賽活動(dòng)中，常常需要確定隨是第一個(gè)搶答的

人。數(shù)字式搶答器利用電子器件可以準(zhǔn)確的解決這一問(wèn)題。數(shù)字式搶

答器允許搶答者在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行搶答，可以用數(shù)字顯示搶先

者的序號(hào)，并配有相應(yīng)的燈光指示和聲報(bào)警功能；對(duì)犯規(guī)搶答者（指

在搶答開(kāi)始命令下達(dá)前搶答者），除用聲、光報(bào)警外，還應(yīng)顯示出犯

規(guī)者的序號(hào)；若規(guī)定搶答時(shí)間已過(guò)，要告示任何輸入的搶答信號(hào)均無(wú)

效，除非重新下達(dá)搶答命令。

所使用的實(shí)驗(yàn)器材

1).中規(guī)模集成器件：

74LS161（1個(gè)），74LS48（2個(gè)），74LS148（1個(gè)），74LS11（1個(gè)）

555（1個(gè)），

2).其它器材：

電阻150KΩ1只，4.7kΩl只，100Ω

電容0.1uF1只，4.7uF1只

紅色、黃色、綠色發(fā)光二極管各1只，共陰極顯示數(shù)碼管2只。

導(dǎo)線(xiàn)若干，面包板一個(gè)。

二．任務(wù)和要求

設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字式搶答器，具體要求如下：

1．要求至少控制四人搶答，允許搶答時(shí)間為10秒，輸入搶答信號(hào)實(shí)

2

接通電源后，主持人將開(kāi)關(guān)撥到“置數(shù)”狀態(tài)，搶答器處于主持人將開(kāi)關(guān)置于“計(jì)時(shí)”狀態(tài)，宣布“開(kāi)始”搶答，搶答器若在接通電源后，主持人將開(kāi)關(guān)撥到“置數(shù)”狀態(tài)，搶答器處于主持人將開(kāi)關(guān)置于“計(jì)時(shí)”狀態(tài)，宣布“開(kāi)始”搶答，搶答器若在10秒內(nèi)無(wú)人搶答，10秒到后計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，搶答無(wú)

亮。

2．在“搶答開(kāi)始”命令前搶答者，顯示違規(guī)搶答者的序號(hào)；紅燈亮。

3．選做：在“搶答開(kāi)始”命令發(fā)出后，超過(guò)規(guī)定的時(shí)間無(wú)人搶答，

顯示無(wú)用字符（可自行確定）。

三．?dāng)?shù)字搶答器總體方案

<1>

禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器不顯示,定時(shí)器顯示為設(shè)定時(shí)間。此時(shí),若有人

搶答,為違規(guī)搶答LED顯示器顯示其編號(hào),并紅燈警告.定時(shí)器顯示不

變,仍為設(shè)定時(shí)間。

<2>

工作,定時(shí)器倒計(jì)時(shí),選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成:優(yōu)先

判斷,編號(hào)鎖存,編號(hào)顯示,綠燈提示。

<3>

效，編號(hào)鎖存,編號(hào)顯示,紅燈提示。如果再次搶答必須由主持人再

次操作“置數(shù)”和“計(jì)時(shí)”狀態(tài)開(kāi)關(guān)。

3

鎖存器控制電路定時(shí)電路搶答器電路的設(shè)計(jì)(即完成鎖存和顯示功能)C110優(yōu)先編碼器報(bào)警電路譯碼電路Q(chēng)10Qn譯碼電路顯示電路鎖存器控制電路定時(shí)電路搶答器電路的設(shè)計(jì)(即完成鎖存和顯示功能)C110優(yōu)先編碼器報(bào)警電路譯碼電路Q(chēng)10Qn譯碼電路顯示電路譯碼顯示

搶答按鈕

主持人開(kāi)關(guān)

秒脈沖產(chǎn)生電路

四．單元電路的設(shè)計(jì)

1.

(1)搶答,鎖存電路:

在這一部分，最主要的是鎖存電路，鎖存電路主要由7475來(lái)實(shí)

現(xiàn),當(dāng)7475的4，13號(hào)管角的信號(hào)為“0”時(shí)，它將保持原來(lái)的狀態(tài)：

7475真值表：

D

1

0

X

當(dāng)有一組選手按下開(kāi)關(guān)后，D1，D2，D3，D4時(shí)，7475的輸出將

送到74LS148的數(shù)據(jù)輸入端，當(dāng)有一個(gè)選手的輸入端為0時(shí)它的Yex

的輸出為0，接入7475的E0-1,E31-2,7475實(shí)現(xiàn)鎖存功能，保持狀態(tài)

不變。

4

分別為1、2、3、4號(hào)選手的輸入

分別為1、2、3、4號(hào)選手的輸入

對(duì)于譯碼過(guò)程先要對(duì)選手進(jìn)行編碼，用74LS148來(lái)進(jìn)行編碼，7448

進(jìn)行譯碼

74LS148真值表如下：

根據(jù)輸出的特點(diǎn)，選擇

端。它的輸出端直接接到74LS48譯碼器的輸入端上。

綜上可得到搶答鎖存電路的電路圖(如圖)

5

2．脈沖的設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)中所用的計(jì)時(shí)器，是和我們的時(shí)鐘的頻率一樣的，因此

我們通過(guò)555的分頻來(lái)實(shí)現(xiàn)我們所需要的時(shí)鐘脈沖以及波形如

圖：

如圖所示。

6

CP脈沖的輸出圖

3．倒計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)

此電路用來(lái)實(shí)現(xiàn)模10的倒計(jì)數(shù)器，用一片74LS161來(lái)實(shí)現(xiàn)，

置數(shù)法來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于要求倒計(jì)數(shù)，所以可以取反而得到。在次還有一

個(gè)問(wèn)題是：當(dāng)?shù)箶?shù)到0后，還要有鎖存的功能，鎖住電路，搶答違規(guī)。

低位片模10，它從0110到1111，取反后得到1001到0000。其狀態(tài)

轉(zhuǎn)移圖如下：

7

/00110/01110/00111/01101/01000/011001001/010111010

/0/00110/01110/00111/01101/01000/011001001/010111010

DCBA/Co

/1

/01111

主持人開(kāi)關(guān)接在161的LD端，接低電平是代表重新開(kāi)始新一輪

的比賽，表示置9端，當(dāng)接通高電平時(shí)代表倒計(jì)時(shí)開(kāi)始！由于倒計(jì)時(shí)

受主持人控制，因此不能自動(dòng)置9。

74LS161的真值表如下：

為了實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)的停止對(duì)CTp與CTt進(jìn)行控制“01”保持“11”

計(jì)數(shù)，因此我令CTt直接接高電平，用CO·Yex來(lái)控制CTp端實(shí)現(xiàn)

計(jì)數(shù)與停止！由于161是實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)的器件實(shí)現(xiàn)先對(duì)輸入端進(jìn)行置數(shù),

置6，去反得9。

電路圖如下所示：

8

4．紅綠燈警告的設(shè)計(jì)

(1)紅燈的控制

此電路根據(jù)老師要求，違規(guī)搶答有兩種情況，包括提前搶答以

及超時(shí)搶答兩部分，分析各邏輯器件的功能不能看出，當(dāng)有人搶答是

GS=0，提前搶答是主持人開(kāi)關(guān)處于K=0狀態(tài)，超時(shí)搶答時(shí)CO=1，

GS=1。

因此可以在~CO·K與GS之間接一個(gè)紅色發(fā)光二極管。

則，違規(guī)搶答電路圖如下圖所示

9

（2）綠燈的控制

當(dāng)正確搶答時(shí)，148的GS=1，K=1，CO=0，因此可以用

GS·K與CO之間接一個(gè)綠色的發(fā)光二極管來(lái)控制綠燈的點(diǎn)亮。

則，正確搶答電路圖如下：

五、總體電路圖的設(shè)計(jì)

10

正確搶答的電路顯示

11

提前搶答的電路顯示

12

超時(shí)搶答的電路顯示

13

六、發(fā)生問(wèn)題及解決方法

在實(shí)際聯(lián)接電路中會(huì)遇到很多復(fù)雜的問(wèn)題,即使完全按照電路圖

連接,也會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題,其中我所遇到的問(wèn)題如下:

1、接線(xiàn)端接觸不良

當(dāng)電路連好后,接通電源,電路實(shí)現(xiàn)不了預(yù)期的功能.并且,數(shù)碼

顯示器顯示的是亂碼.計(jì)數(shù)器不能很好的實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能,搶答器不能搶

答.

解決方法:根據(jù)理論中的輸入輸出值,用萬(wàn)用表的電壓端測(cè)各個(gè)接線(xiàn)

端的電壓,得知其電平為高或?yàn)榈?如應(yīng)該為高電平,而相連的一端卻

為低電平,說(shuō)明此接點(diǎn)接觸不良.用導(dǎo)線(xiàn)將兩端直接連接或換一個(gè)小孔

試一試.用此方法可以解決接觸不良的問(wèn)題,使每個(gè)接點(diǎn)為通路.

2、防止器件的燒毀

本系統(tǒng)的輸入電壓為+5V,每一個(gè)輸入端應(yīng)接一個(gè)小電阻,尤其是

發(fā)光二極管的兩端,必須接一個(gè)小電阻,不能直接接地或接電源.

各個(gè)器件不能懸空在理論中,懸空表示輸入為低電平,但在實(shí)際中未必

是這樣.應(yīng)當(dāng)接0的就接地,應(yīng)當(dāng)接1的就接電源。還有就是不能帶電

插拔芯片，不然會(huì)使芯片損壞。

芯片工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng),會(huì)升溫,導(dǎo)致不能實(shí)現(xiàn)其基本功能.

當(dāng)電路全部連好后,并且都接觸良好.開(kāi)始能工作,可工作一會(huì)兒

就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤,可能是工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)升溫所制,這時(shí)應(yīng)該讓芯片休息一

會(huì)兒即可.

七、分析和總結(jié)

14

實(shí)踐出真知。確實(shí)，在這次課程設(shè)計(jì)之前，我一直認(rèn)為自己

的數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)學(xué)得還不錯(cuò)。但通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)的實(shí)際動(dòng)手，

我才知道自己對(duì)這方面的知識(shí)，特別是實(shí)踐方面的，還很欠缺。這次

課程設(shè)計(jì)讓我長(zhǎng)了不少見(jiàn)識(shí)，例如各種集成芯片的用法，以及電路設(shè)

計(jì)的一般方法和步驟。

在進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)時(shí)，首先最基本，也是最重要的一步就是要

有一個(gè)良好的構(gòu)思，這個(gè)構(gòu)思包括對(duì)要實(shí)現(xiàn)的電路的各個(gè)部分具體功

能的設(shè)想，以及整個(gè)電路的總體布局。決不能想當(dāng)然的認(rèn)為將幾個(gè)芯

片湊在一塊面包板上，再加上一些連線(xiàn)就能很簡(jiǎn)單的將整個(gè)電路設(shè)計(jì)

出來(lái)。

其次，在構(gòu)思完成后，就應(yīng)該開(kāi)始動(dòng)手畫(huà)電路圖了。構(gòu)思只是在

大腦中形成了一個(gè)模糊的模型，而進(jìn)行電路設(shè)計(jì)是一項(xiàng)嚴(yán)肅的工作，

必須十分明確的圖擺在眼前。電路圖畫(huà)出來(lái)后，就可以開(kāi)始電路的連

接了。帶領(lǐng)我們?cè)O(shè)計(jì)這次實(shí)驗(yàn)的老師在開(kāi)始時(shí)便聲明一點(diǎn)：不要把所

有片子都連好了再對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試，這樣的話(huà)成功的概率幾乎為零，

最好是連好一個(gè)功能部分，便立即對(duì)該部分電路進(jìn)行檢測(cè)，若成功則

繼續(xù)，若不成功就檢查錯(cuò)誤，甚至要重新連。這一點(diǎn)無(wú)疑是給我們一

個(gè)提醒，讓我們的電路成功又有了一層保障。在這一過(guò)程中必須有一

個(gè)好的開(kāi)始，想清楚各個(gè)片子的布局，線(xiàn)的插法，否則空間利用率不

高可是一件相當(dāng)頭疼的事情。由于線(xiàn)路多，因此必須得時(shí)刻保持小心

謹(jǐn)慎，否則萬(wàn)一一根線(xiàn)連錯(cuò)，就必須檢查一大片電路，這顯然是得不

償失。

15

在這個(gè)世界上，沒(méi)有任何事情是做一遍就會(huì)如愿地成功的，失敗、

挫折是永遠(yuǎn)也無(wú)法避免的。電路設(shè)計(jì)也不例外。因此，面對(duì)自己設(shè)計(jì)

的電路中存在的問(wèn)題，我們必須學(xué)會(huì)冷靜地思考，想辦法去解決它們。

這對(duì)于性子有些急的我來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一個(gè)挑戰(zhàn)。剛開(kāi)始時(shí)，我也確實(shí)

有點(diǎn)急。不過(guò)，隨著課程設(shè)計(jì)的慢慢進(jìn)行，我逐漸冷靜下來(lái)，開(kāi)始認(rèn)

真思考。所以，這次課程設(shè)計(jì)讓我的急性子有了一些改善。

在這次數(shù)字搶答器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程中，我不僅掌握了課程

設(shè)計(jì)的一般步驟和基本方法，了解了各種集成數(shù)字芯片的功能和使用

方法，而且我感覺(jué)自己對(duì)數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)這門(mén)課程的課本內(nèi)容有了

更深刻的理解，并且這次課程設(shè)計(jì)也提高了我理論聯(lián)系實(shí)際的能力，

培養(yǎng)了我基本的設(shè)計(jì)思想，鍛煉了我的實(shí)際動(dòng)手能力。

16

微電子學(xué)系課程設(shè)計(jì)過(guò)程考核表趙帥所在部門(mén)2011年6月20日——2011年7月1日周三：電路仿真；周一：組裝電路；周三：寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告；師亞莉□學(xué)習(xí)紀(jì)律□指導(dǎo)教師（師傅）簽字月班級(jí)/學(xué)號(hào)微電子學(xué)系課程設(shè)計(jì)過(guò)程考核表趙帥所在部門(mén)2011年6月20日——2011年7月1日周三：電路仿真；周一：組裝電路；周三：寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告；師亞莉□學(xué)習(xí)紀(jì)律□指導(dǎo)教師（師傅）簽字月班級(jí)/學(xué)號(hào)電子工程學(xué)院職務(wù)或職稱(chēng)認(rèn)真□很強(qiáng)日電路0903/副教授□全勤□一般□一般□不認(rèn)真偶爾缺勤□□較差經(jīng)常缺勤

學(xué)生姓名

電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)承擔(dān)任務(wù)實(shí)驗(yàn)室（單位）教學(xué)部

實(shí)施時(shí)間

周一：聽(tīng)老師講授數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法及需要注意的問(wèn)題；

周二：選定題目，并設(shè)計(jì)電路，完成電路設(shè)計(jì)；

第一周

周四：領(lǐng)取元器件，開(kāi)始組裝電路；

周五：組裝電路；

具體內(nèi)容周二：老師驗(yàn)收電路；

第二周

周四：寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告；

周五：實(shí)驗(yàn)總結(jié)；

……

指導(dǎo)教師（師傅）姓名

學(xué)習(xí)態(tài)度指導(dǎo)教師（師傅）

對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)

實(shí)踐能力

指導(dǎo)教師（師傅）對(duì)學(xué)生

專(zhuān)業(yè)知識(shí)或社會(huì)實(shí)踐能

力等情況的意見(jiàn)

年

17

微電子學(xué)系課程設(shè)計(jì)成績(jī)鑒定表班級(jí)/學(xué)號(hào)2011年6月20日——微電子學(xué)系課程設(shè)計(jì)成績(jī)鑒定表