数字电路课程设计一、设计任务和要求：1. 抢答器同时供3名选手抢答，分别用3个按钮D1、D2、D3表示。

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，并在LED数码管上显示，选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

4. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间为8秒。

当主持人启动"开始"键后，定时器进行计时（0-7）。

5.主持人没有闭合开关之前，有人抢答，数码管显示对应的选手编号，且红灯亮，当所有选手闭合自己对应的开关时，编号数码管清为0。

6. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，计数器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间,绿灯亮，并保持到主持人将系统清除为止。

7. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，定时显示器上显示8,且黄灯亮以示警告时间已到,若有人抢答，显示抢答人组号并锁存,直到主持人将系统清零，即黄灯灭，两个数码管显示都为0。

二、 实验框图： 1、设计方案 ：抢答器具有锁存、定时、显示功能。

抢答之前，两个数码管显示为0，即主持人没有按下开始按钮之前，有人抢答，亮红灯给以警告，数码管显示对应的选手编号，当选手闭合自己的开关时，对应数码管显示为0；当主持人按下开始按钮后，进行抢答，若有人抢答，锁存器锁存选手号和抢答时的时间，同时亮绿灯，直到主持人清零，系统才能再次正常工作；如果时间已到，没有人回答，黄灯亮，即在8秒的时刻，如果有选手抢答，锁存器锁存选手号，数码管并将选手号显示出来，直到主持人清零。

2、系统框图 ：当主持人宣布开始，定时电路开始秒脉冲电路的作用而进行计时，并通过译码器在数码管中显示。

当某选手按开关键时，通过控制电路控制锁存器的使能端，并在锁存器中锁存，在输出端产生相应的开关电平信息，然后在译码器中译码，将编码器输出的8421BCD 转换为数码管需要的逻辑状态。

最后在显示电路中显示出所按键选手的号码。

161全加器抢答按钮75锁存器48译码器显示译码555秒脉冲产生器器 48译码器显示译码控制电路主持人开关报警灯三、 单元电路设计：1、实验器材器件名称 数量 备注 器件名称 数量 备注 74LS00 1 二输入与非 74LS04 1 非门 74LS08 1 二输入与门 74LS20 1 四输入与非 74LS32 1 二输入或门 74LS48 2 译码器 74LS75 1 锁存器 74LS161 1 加法计数器 555 1 定时器 电阻 4 电容 2 LED 3 数码管2导线若干2、脉冲产生电路由555定时器构成的多谐振荡器，使其产生需要的方波作为计数器的CP 脉冲，电路如下图所示：R4DC7Q 3G N D1V C C8TR 2TH6CV5U1555VCCGNDR14k7R2100kC14.7ufC20.01uUCC 接+5V 电源，C1为4.7Uf ，C2为0.01Uf,R2为100K,R 为4.7K ，第3管脚为 CP 脉冲的输出端,接发光二极管可测试是否有脉冲产生。

脉冲波形图：3、定时电路：由计数器74LS161，74LS48和数码管构成。

此电路用一片74161来实现模9的计数器，用同步置数法来实现，当计数到1000后，抢答无效。

利用到1000时的状态，可以领用最高位Q3输出的高电平取非与脉冲信号相与，使计数器上没有脉冲信号，计数器停止计数,停止到某一状态，同时也可以利用最高位控制黄灯，到1000时最高位是高电平，说明时间已经到了，黄灯亮，0到7的时间段内最高为都是低电平所以黄灯不会亮。

当主持人开关闭合时，计数器在不停地装载数据，输入引脚都是0，所以输出也是0，在抢答开始之前数码管使显示就为0。

当主持人打开开关时，异步清零端MR 和同步置数端LOAD 都接高，计数器正常工作。

有人抢答时，利用锁存器引脚输出的电平控制使能端ENP ，是计数器停止工作。

计数器的它从0000到1000，其状态转移图如下：定时电路图：00001000 0111010000100011011000010101DCBA/Z/0/0/0/0/0/0/1/0/0D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP 7ENT 10CLK 2LOAD 9MR 1U374LS161A 7QA 13B 1QB 12C 2QC 11D6QD 10BI/RBO 4QE 9RBI 5QF 15LT 3QG14U574LS481110U9:E74LS04SSW-SPST4、抢答电路由74LS75D 触发器，74LS48译码器和数码管组成该电路完成两个功能：一是分辨出抢答的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是其他选手按键操作无效。

这两个功能只能在抢答时间内和超时使用，而且要配合芯片所对应的门电路才能实现以上描述的功能。

其工作过程：开关S 开始接地，锁存器输出端Q1、Q2、Q3均为0，且开始时3个选手开关均接地。

计时没开始，在主持人打开开关前如有选手拨动开关则红灯亮同时数码管显示其号码，红灯亮主要是锁存器的四个非门接到四输入与非门上，只要有选手打开自己的开关，四输入与非门就输出高电平，加上一些门电路，则红灯亮。

当主持人打开开关接通后，计时器开始计时，此刻选手可以打开自己的开关，显示器显示其号码,且锁存器此时锁定，其余输入均无效，绿灯亮。

绿灯的亮是由四输入与非门，和计数器输出最高位的非一起控制，经过门电路，则绿灯亮。

当主持人闭合开关时，系统清零，可以重新工作。

在设计时，由于没有或门的使用，只用了触发器输出的非门端口。

锁存器输入锁存器输出D1 D2 D3 Q1 Q2 Q3 110 1 0 0 1 0 011抢答电路图：D 02Q 016Q 01D 13Q 115Q 114D 26Q 210Q 211D 37Q 39Q 38E 0/113E 2/34U274LS75A 7QA 13B 1QB 12C 2QC 11D6QD 10BI/RBO 4QE 9RBI 5QF 15LT 3QG14U474LS48123U6:A74LS00456U6:B74LS0012456U7:A74LS20SW1SW -SPSTSW2SW -SPSTSW3SW -SPST5、整体电路图R4DC7Q 3G N D1V C C8TR2TH6CV5U1555D 02Q 016Q 01D 13Q 115Q 114D 26Q 210Q 211D 37Q 39Q 38E 0/113E 2/34U274LS75D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP 7ENT 10CLK 2LOAD 9MR 1U374LS161A 7QA 13B 1QB 12C 2QC 11D 6QD 10BI/RBO 4QE 9RBI 5QF 15LT 3QG14U474LS48A 7QA 13B 1QB 12C 2QC 11D 6QD 10BI/RBO 4QE 9RBI 5QF 15LT 3QG14U574LS48123U6:A74LS00456U6:B74LS00VCCGNDR14k7R2100kC14.7ufC20.01u12456U7:A74LS20123U8:A74LS08456U8:B74LS089108U8:C74LS08121311U8:D74LS0812U9:A74LS0434U9:B74LS04D2REDD3GREENSW1SW-SPSTSW2SW-SPSTSW3SW-SPST1110U9:E74LS04D1YELLOW1312U9:D 74LS04SW5SW-SPST123U10:A74LS32D4BLUE要测试控制电路要从整体电路着手，这样才能观察到电路的实现与所设计的理论是否相符。

如果有问题就要从电路的连接，导通，以及各芯片引脚值进行分析，直到电路正常工作。

本次实验不足的地方就是在抢答之前没有进行对选手抢答的锁存，在仿真环境中设计了，也实现了，还不是很完美，就不再描述了。

四、遇到的问题及解决方案领到了实验的器材和工具，设计电路图的问题不多，在连接和调试的过程中遇到了不少的问题。

但是通过自己的思考还有老师的帮助还是得到了解决。

在仿真环境下模拟好电路图，可以正常工作，但在实际中就不行，所以要联系实际。

按照电路图接好电路后，分模块进行调试。

先调试脉冲产生电路，因为比较简单没有出现什么问题，可以加一个LED灯测试脉冲是否正常。

抢答电路的部分，出现最多的就是面包板的问题，模块连接好，就是不能正常显示，用万用表的测，芯片的引脚与相连的引脚不导通，换地方重新接，或者用导线直接连接引脚，问题才得以解决。

调试定时电路时，出现的又是新问题，引脚都导通，就是计数器不工作，所以用万用表测试芯片上每个引脚上的电压值，分析出出现问题的原因，也可能要检查上一级的电路是否正确，也就是芯片的输入是否正确。

第一个问题是：在模拟环境中模拟时，两路输出的可以接同一条线，但在试验中要用或门，只用这样引脚上的电压值才不会出错；第二个问题是：测完引脚的工作电压、以及输入电压均正常，输出也基本正常，换个计数芯片后，电路正常工作。

在控制电路的调试过程中，要统一全局，总结以上出错的原因的经验，在进行分析，比如：在主持人没按开始按钮之前，选手违规红灯亮，主持人按下开始抢答时，选手抢答红灯、绿灯都亮，超时之后，红灯也亮，通过检查电路，除了电路连接错外，还有线路不通，这个问题解决后，整体电路基本可以工作，就是有的线路会出现不稳定。

在完成以上的功能后，还有一点不完美的就是，在抢答之前，选手抢答没有锁存。

这次完成的基本电路中，有人抢答就会亮红灯给以提示，之后在仿真图中加了抢答之前的锁存，在连接电路图中还有问题，需要一个专门的清零开关，和主持人的开始开关。

五、心得体会：这次实习主要是针对我们所学的数电知识中各种芯片的理解和应用，以及设计电路的基本步骤。

现在我可以主动的去学习，我明白自己该学习那个方面，重点是什么？我也掌握的了在理论中遇到问题，应该怎样去解决，在实际中遇到迷团应该怎样去检查调试。

在设计电路的一般步棸：首先要分析每个芯片的基本功能、工作的状态；其次分析所设计电路的功能，以及应用芯片来实现。

最后就是搭电路、调试，最重要的就是调试，把理论变成实际。

我所设计的抢答器主要是:1、由具有锁定功能的D触发器74LS75，由输出的四个非经过一个四输入与非门的非和主持人的开关的或门反馈到其是能端的ENT和ENP（正常工作时为“1”，不工作时为“0”）来进行锁定选手的抢答，和显示提前抢答的选手号（只要有一个人进行抢答则输出端的非必有一个为0，然后经过一些门电路到ENP则为0，故锁定其他选手的抢答） 2、74LS161实现主持人这块的8秒的计时，利用四个输入端全接“0”，输出端Q3的与非到置数端/LD实现模9计数，然后是主持人开关、555产生的CP脉冲，74LS161输出端的Q3的与非，以及7475的输出的四个非经过一些门电路来控制74LS161的CP脉冲，目的是实现选手抢答计时停止；计时到8时计时也停止，避免循环的计时，也控制黄灯的的显示；以及主持人开关进行清零控制。