数字逻辑课程设计_智力竞赛抢答器逻辑电路设计

内蒙古师范大学计算机与信息工程学院《数字电路》课程设计报告

智力竞赛抢答器逻辑电路设计

计算机与信息工程学院2009级2009*******

指导教师戚桂美讲师

摘要设计一个可以容纳4名选手或4个代表队比赛的抢答器。设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并将优先抢答选手的编号保持到显示器上，直到主持人将系统清除为止。

关键字抢答器电路图74LS74

1引言

智力竞赛是一种生动活泼的教育形式和方法，通过抢答和必答两种方式能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短的时间内，使人们增加些科学知识和生活常识。

在进行智力竞赛抢答时，各参赛者考虑好后都想抢先答题。如果没有合适的设备，有时难以分清它们的先后，是主持人感到为难。为了使比赛能顺利进行，需要有一个能判断抢答先后的设备，来做一个公正的裁判员。称之为智力竞赛抢答器。

2设计任务及主要技术指标和要求

2.1 主要的设计指标和要求

主持人没有宣布抢答开始时，抢答不起作用；在主持人宣布抢答开始后，可以进行抢答。它的任务是从若干名参与者中确定出最先的抢答者，立即将其编号锁存，并在LED数码管上显示选手的编号，同时用声和光提示。此外，封锁输入电路，禁止其他选手抢答，优先抢答选选手的编号一直保存到主持人将系统清零为止。为此我们小组决定就这次机会设计一个低成本但又能满足需要的四路智力竞赛抢答器。

2.2 设计任务和要求

(1) 设计一个可以容纳4名选手或4个代表队比赛的抢答器。

(2)设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。

(3) 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并将优先抢答选手的编号保持到显示器上，直到主持人将系统清除为止。

3工作原理

接通电源后：

主持人的开关拨到“清除”状态，此时抢答器处于禁止状态，编号显示器处于“0”；主持人将开关设置为“开始”状态，并宣布“开始抢答”，此时抢答器开始工作。

当参加智力竞赛的选手摁下手中的抢答器时，蜂鸣器和LED数码管会用声和光提示，并显示该小组的编号。

只有最先抢答者的编号才能被锁存，并在LED数码管上显示选手的编号，同时用声和光提示。

由以上两个条件可以想到：

用D触发器来实现，D触发器是一个输出跟输入一样的触发器。

将主持人的开关和D触发器的清零端相连。

D触发器是一个在CP脉冲上升沿时反转的触发器。所以只要有一个抢答器输出为1时，就让所有抢答器的脉冲没有上升沿，这样就轻而易举的让其他小组的抢答无效了。

蜂鸣器和LED数码管的提示延续到主持人清零为止，不能在变。

当一轮抢答结束后，主持人将其清零，准备下一轮抢答。

图1 电路框图4基本组成

4.1 逻辑电路的基本组成

图2 抢答器电路图

4.2 电路说明

S1、S2、S3、S4分别表示四位参加智力竞赛的选手手中的抢答器开关；Q1、Q2、Q3、Q4分别表示四位选手抢到题之后显示的数字；CP接在1KHz的脉冲上，提供脉冲信号。我们的芯片中没有四输入的与门芯片，所以双D触发器的输出端先通过与非门之后再在通过一个非门来实现与门的功能。

5设计步骤及方法

5.1 怎样连接两个双D触发器（74LS74）

将他们的四个输入端作为四位选手手中的抢答器开关，将将四个输出端接在数字显示器上（LED数码管）上，可以显示抢道题目的选手的编号。主持人的开关接在两个双D触发器的清零端，以便控制四位选手手中的抢答器。

5.2 封锁CP脉冲

当有选手摁下抢答器时脉冲将一直置1或置0，要实现这个功能是可以将CP 脉冲和四个D触发器的Q反端接通过与门的结果和CP脉冲接在与非门的输入端，将输出端接到四个D触发器CP脉冲端。这样就实现了封锁脉冲。没有一个组摁下手中抢答器时，进入D触发器CP脉冲会0101的变换，但是只要有人摁下手中抢答器进入D触发器的CP脉冲只会是1。没有了脉冲上升沿这个条件输入怎样变换D触发器的输出都不会变。

6电路总体说明

6.1 抢答器的逻辑电路的说明

此电路采用了两个双D触发器（74LS74），将它们的四个输入端接在电路实验箱的开关。将双D触发器的置零端接在实验箱的开关上，当作主持人手中的开关，来控制四位选手手中的抢答器的有效性。

脉冲接在实验箱上1KHz的脉冲上，这个速度远远超过了思维反应。只有一位选手摁下手中的抢答器，马上就会在实验箱的数字显示器上显示该选手的序

号。

图3 抢答器逻辑电路图

6.2 74LS74功能表

表1

7设计所用器材

表2

8小结

经过本次课程设计我的收获很多很多。我从心底里体会到了老师曾苦苦的，再三的让我们自己动手做的良苦用心。我体会到了只学理论，而脱离了实践是一件多么大的遗憾，不知我曾因为这个原因错过了多少宝贵的想法，经验和体会。

当然，刚开始做实验画电路时，有一种无从下手的感觉，那时才真正感受到自己所知道的东西是多么的少。和我的搭档画电路时，画着画着到一半都不知道该怎么继续了。我们又找书又上网查资料，通过在实验箱上，功能的一个一个实现来一步步的解决问题。电路画完后，第一次没有成功。查看电路却无误，我们就一根一根的测试导线，结果发现有一根导线坏了。就这样好不容易查出了瑕疵，又发现只有选手1，选手2抢答的时候，LED数码管和蜂鸣器才给出提示。因此，我们猜想74LS74（2）芯片没有起效，原因可能有两种，不是芯片坏了就是卡槽，我们测了一下芯片，确定芯片没有问题。就把芯片74LS74（2）的卡槽换了一下，像我们所想的那样，结果出来了。

在面模板上接电路时我们吸取了教训，把导线都一次性做了测试。又把芯片

再次测了测。旁组的同学告诉我们不要把芯片插得太近不然导线插起来就够你受罪的了，我们把芯片插得稀疏点。因做好了之前的准备工作，所以接电路时，没有再遇到棘手的事。仅仅因芯片稀疏，所以导线容易乱动，我就想了个招，把它们都固定了起来。再连接了电源、地和以及相应的开关和连接项。抢答器的功能实现了，终于松口气了，不容易啊。

调试记录：

表3

致谢我敬重的戚桂美老师：

我的老师，我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您让我知道了，学习要懂得把理论和实践结合起来的神奇效果。学习不能仅仅靠老师，这样的学习态度是作为学生的大忌，所谓《师父领进门，修行在自己》，老师引导我们走出误区、了解不足、展望前景。而能不能学到要靠我们自己的努力。

《授人以鱼不如授人以渔》，您让我们学会了学习，用身旁各种资源、渠道去学到自己想要知道的东西。因此学生由衷的感谢您。

请接受学生诚挚谢意！

参考文献：

【1】阎石，高等教育出版社——《数字电子技术基础》

【2】康华光，高等教育出版社——《电子技术基础数字部分》