八位搶答器實(shí)驗(yàn)報告

1、電子線路設(shè)計性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報告-八 位 搶 答 器實(shí)驗(yàn)人員：實(shí)現(xiàn)功能：1. 八位搶答器 2. 30秒倒計時 3. 主控制臺控制清零與開始過程描述：主持人宣布開始搶答選手搶答顯示器顯示選手編號，并自動開始計時選手 30秒內(nèi)回答問題時間到，提示燈亮起主控臺清零搶答器并自動重置倒計時。功能模塊：1.搶答器模塊 2.時鐘脈沖模塊 3.倒計時模塊 4.顯示器模塊重點(diǎn)難點(diǎn)：1.模塊連接形成自動控制系統(tǒng) 2.倒計時模塊到零截止 3.消除模塊間的相互干擾模塊介紹：1.倒計時模塊（）元件：74LS192（兩個） 4001（兩個） 4081（一個） 74LS00（一個）電路圖：原理： 74LS192（可預(yù)置十進(jìn)制同步

2、可逆計數(shù)器）管腳圖 ： 15、1、10、9分別為置數(shù)輸入端 3、2、6、7分別為輸出端 5為計數(shù)向上，為加法計數(shù)脈沖輸入端 4為計數(shù)向下，為減法計數(shù)脈沖輸入端 11為置數(shù)端，低電平有效 14為清零端，高電平有效 12進(jìn)位 13借位 功能表：4001（四2輸入或非門）管腳圖： 1,、2為輸入端，3為輸出端5、6為輸入端，4為輸出端8、9為輸入端，10為輸出端12、13為輸入端,11為輸出端功能：只要有1就是04081（四2輸入與門）管腳圖：1,、2為輸入端，3為輸出端5、6為輸入端，4為輸出端8、9為輸入端，10為輸出端12、13為輸入端,11為輸出端功能：只要有0就為074LS00（與非門）管

3、腳圖：1,、2為輸入端，3為輸出端4、5為輸入端，6為輸出端9、10為輸入端，8為輸出端12、13為輸入端,11為輸出端功能：只要有0就是1 做倒計時時，給74LS192計數(shù)向下輸入端連續(xù)脈沖，使計數(shù)向上輸入端置為高電平。本實(shí)驗(yàn)給定條件為30個數(shù)倒計時，所以給高位192置3，低位192置0。即高位的1、15置高電平，9、10置低電平；低位的1、9、10、15置低電平。然后將高位與低位的輸出分別連接顯示器。低位需要向高位借位，所以低位的12連接高位的4，當(dāng)?shù)臀恍枰栉粫r，給高位的計數(shù)向下4一個脈沖，使高位自減。低位的4連接連續(xù)脈沖。高位與低位的11連接搶答器部分，11為低電平置數(shù)高電平開始自減，

4、使搶答器開始搶答時給11一個高電平，兩減法器開始工作，搶答器清零時給11一個低電平使減法器置數(shù)到30。由于本實(shí)驗(yàn)不需要清零，所以將清零管腳接低電平。置數(shù)后，給低位的管腳4一個連續(xù)脈沖，減法器開始工作。遇到的問題：1.在減到00的時候能夠給蜂鳴器一個高電平使之工作。 2.需要在減法器減到00的時候維持在00，不會跳到99。 解決： 1.只有在減到00時，高位與低位的4個輸出都為低電平，其余時候不都為低電平，所以應(yīng)該接一個對高電平敏感的器件：所以用或非門（4001），只要有1就是0，只有全為0的時候才為1。分別把高位與低位的輸出接入4001的輸入，高位與低位的輸出都是0時，4001的四個輸出全為1

5、。將4001的4個輸出兩兩一組分別接與門（4081）的輸入，只有4個輸出都是1時，4081的兩個輸出才都是1，此時將4081的兩個輸出當(dāng)一組輸入再接入與門（4081），得到的輸出即是：在高位與低位都達(dá)到0時才輸出高電平，將這個得到的高電平連接蜂鳴器即可。2.解決第一個問題時，在減到00時得到了一個高電平，將此高電平接入或非門（4001），或非門（4001）的另一個輸入接地。因?yàn)榛蚍情T（4001）的邏輯為只要有1就為0，在沒有減到00時，或非門的兩個輸入都為0，輸出是1。在減到00時輸出為0。將或非門（4001）的輸出作為與非門（74LS00）的輸入，另一個輸入連接脈沖，輸出連接低位的計數(shù)向下管

6、腳。因?yàn)榕c非門（74LS00）的功能為只要有0就為1，沒有減到00時，與非門（74LS00）一端輸入1，一端輸入脈沖，輸出也為脈沖。當(dāng)減到00時，與非門（74LS00）一端輸入0一端輸入脈沖，所以輸出1，不再繼續(xù)給低位的4脈沖，減法器停止工作。新的問題：解決了上述問題后，將所得高電平連接蜂鳴器，但是此時問題又出現(xiàn)了，因?yàn)榉澍Q器會影響這個高電平的電位，使高電平變?yōu)榈碗娖剑瑥亩古c非門（74LS00）繼續(xù)輸出脈沖，減法器從00變到99. 解決：為了解決上述問題，可以想辦法將高電平與蜂鳴器隔斷，將減到00所得高電平接入或非門（4001）的一端，或非門（4001）的另一端接地，因?yàn)榛蚍情T（4001）只

7、要有1就是0，所以在減法器減到00時，或非門（4001）的輸出為0，再將與非門（74LS00）兩個口結(jié)合成一個口，這樣就得到非門，將或非門（4001）的輸出連接到與非門（74LS00）兩個口結(jié)合成的一個口，即得到高電平，再將此高電平連接蜂鳴器，兩個電路不會產(chǎn)生影響。2. 搶答器模塊（） 首先大致將搶答電路分為：優(yōu)先編碼、鎖存、譯碼顯示三個部分，在查資料了解了相關(guān)芯片及功能后，我們最終選擇了74LS148、74LS279、74LS48來實(shí)現(xiàn)，下面介紹電路圖及其原理。搶答電路原理 當(dāng)某一開關(guān)按下時，觸發(fā)鎖存的電路被觸發(fā)，在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)電平信息。同時為了防止其他開關(guān)隨后觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂，讓最優(yōu)

8、先產(chǎn)生的輸出電平返回來將觸發(fā)鎖存器的電路鎖定。若當(dāng)有多個開關(guān)同時按下時，則在它們之間存在著隨機(jī)競爭的問題，結(jié)果只能是它們中的任一個產(chǎn)生有效輸出，即達(dá)到有限判斷的效果。 該電路完成兩個主要功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并優(yōu)先鎖存搶答者的編號，同時經(jīng)加法器，最后經(jīng)過譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作。 工作過程：開關(guān)S置于“清除”端時，RS觸發(fā)器的端均為0，5個觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的=0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S處于“開始”時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下（如按下S5），74LS48的輸出=010,=0，經(jīng)RS鎖存后，2Q=1,=1，74LS48處于工作狀態(tài)

9、，5Q4Q3Q=101，且1Q=0，經(jīng)譯碼顯示為5，此外，2Q=1，使74LS148的=1，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入，當(dāng)按鍵松開即按下時，74LS148的=1，此時由于仍有2Q=1，使ST=1，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將S開關(guān)重新置于“清除”，然后再進(jìn)行下一輪搶答。若按下S0，經(jīng)RS鎖存器后，1Q=1,74LS148的輸出，=0，經(jīng)RS鎖存后，2Q=1，=1，74LS48處于工作狀態(tài)，5Q4Q3Q=000，且1Q=1，所以經(jīng)譯碼器顯示為“8”。保證搶答者的優(yōu)先性與上述類似。優(yōu)先判決器 優(yōu)先判決器主要是由

10、74LS148集成優(yōu)先編碼器等組成。該編碼器有8個信號輸入端，3個二進(jìn)制碼輸入端，選通輸入端,選通輸出端和擴(kuò)展端。其功能表如下圖所示。從功能表中可以看出，當(dāng)=0時，編碼器工作，而當(dāng)=1時，則不論8個輸入端為何種狀態(tài)，輸出端均為1，且端和端為1，編碼器處于非工作狀態(tài)，這種情況被稱為輸入低電平有效。鎖存器 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(dāng)S輸入低電平（0）時，輸出Q為低電平（0）；當(dāng)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(dāng)S輸入高電平（1）時，如果R輸入低電平（1），則Q保持不變。 SR鎖存器

11、是該設(shè)計中保證多個開關(guān)先后觸發(fā)，而不發(fā)生紊亂的重要部分，下圖為用與非門組成的SR鎖存器特性表。譯碼顯示器74LS48是輸出高電平有效的譯碼器，其真值表如下： 由真值表可獲知7448所具有的邏輯功能：7段譯碼功能在燈測試輸入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無效電平時，輸入DCBA經(jīng)7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動信號，顯示相應(yīng)字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低電平。 以上是我們原始的電路和設(shè)計思想，但在連接電路實(shí)現(xiàn)功能的過程中遇到一些問題。存在問題1：由于沒有完全了解74LS279的原理，只是在測試芯片的時候發(fā)現(xiàn)它的1S1端和1S2端、3S1端和3S2端

12、功能是一樣的，就任選其一連接，另一空置。但出現(xiàn)的結(jié)果是顯示數(shù)字紊亂且毫無規(guī)律，這個狀況持續(xù)了兩周多。解決辦法1：由于不清楚問題出在鎖存還是編碼，只能逐個排查。過程中，我們的“競爭對手”還友好地向我們提出了建議，建議用74LS47來替代74LS48，在我們深入考慮和共同商討后認(rèn)為，74LS47是集電極開路輸出，驅(qū)動數(shù)碼管，適合驅(qū)動共陽極數(shù)碼管；74LS48的輸出，是高低電平，可驅(qū)動共陰極數(shù)碼管。而我們的實(shí)驗(yàn)箱是共陰極數(shù)碼管顯示，所以我們最終還是選用74LS48。經(jīng)過不懈努力，我們終于發(fā)現(xiàn)問題所在，將1S2和3S2空置端連接在一起共同接高電平，最終妥善解決。盡管數(shù)字能夠正常輸出顯示了，但依然有問題

13、存在。問題2：我們做的是07，要求是18，所以還需要對電路進(jìn)行改進(jìn)。解決2：加一個加法器。為了提高加法器的運(yùn)算速度，所以應(yīng)盡量減少或除去由于進(jìn)位信號逐級傳遞所花費(fèi)的時間，使各位的進(jìn)位直接由加數(shù)和被加數(shù)來決定，而無須依賴低位進(jìn)位，因而我們選擇超前進(jìn)位的四位全加器74LS283。 以下是工作原理和功能表：加法器74LS283是四位二進(jìn)制超前進(jìn)位全加器，其真值表如下： 邏輯說明：Ai為被加數(shù)，Bi為加數(shù)，相鄰低位來的進(jìn)位數(shù)為Ci-1，輸出本位和為Si，向相鄰高位進(jìn)位數(shù)為Ci。74LS283上有兩組數(shù)據(jù)輸入端Ai,Bi和進(jìn)位信號輸入端Ci-1，求和信號、進(jìn)位信號分別由Si及Ci輸出。圖中輸入端Ai接一

14、個邏輯開關(guān)，輸入端Bi接另一個邏輯開關(guān)，Ci-1接一個邏輯開關(guān)。 按照以上所述原理，我們將74LS283接入電路中，接在279和48之間，但問題總是如影隨形。問題3：顯示數(shù)字出現(xiàn)異常，只能顯示奇數(shù)或者偶數(shù)了。解決3：反復(fù)查驗(yàn)器材并沒有問題，于是我們研究測試芯片，發(fā)現(xiàn)如果管腳空著不接的話，相當(dāng)于接入高電平，而我們需要的是低電平，發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)后，我們重新連接電路，把所有空著的管腳全部接地，終于出現(xiàn)了順序正常的18。 這是我們自己設(shè)計畫出來的最終版完整搶答部分電路圖。盡管非常遺憾最后沒有時間把電路焊上，盡管從理論到實(shí)踐苦多于甜，盡管遇到很多問題，可以說是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。我們這幾周

15、的辛苦并沒有白白浪費(fèi)，從不斷發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的過程中學(xué)到了很多，動手實(shí)踐使我們的知識不再是紙上談兵，團(tuán)隊合作、互相默契融洽的配合換來最終完美的成果。成功的道路是曲折的，需要揮灑汗水，需要付出心血，但成果讓人無比幸福。 最后，由衷感謝來自隊友和對手的幫助！3. 數(shù)字搶答器模塊（） 搶答開始后，若有參賽成員進(jìn)行搶答，顯示器上就要顯示對應(yīng)選手的編號（18），且搶答倒計時用顯示器顯示，倒計時結(jié)束后蜂鳴器發(fā)出聲響。考慮到實(shí)驗(yàn)成本、操作方便、能夠運(yùn)用所學(xué)知識，我組成員討論后優(yōu)先選用譯碼顯示電路，即運(yùn)用74LS48芯片譯碼，將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出，通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在七段數(shù)碼管LED顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計時功能。查找了74LS48的引腳圖AD為輸入，為二進(jìn)制編碼；ag為輸出，分別接數(shù)碼管的引腳。實(shí)驗(yàn)中遇到的問題：1.不清楚LT,BI/RBO,RBI分別代表什么？解決方案：經(jīng)過查找資料及試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)只要將它們接高電平就能讓數(shù)碼管顯示。2.74LS48的ag輸出與LED數(shù)碼管引腳如何對應(yīng)？解決方案：在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱發(fā)現(xiàn)顯示器下方有九個孔，分別標(biāo)著a,b,c,d,e,f,g,p,com。查詢資料，數(shù)碼管分為共陰極和共陽極，而com就是接地或者接+5v，經(jīng)試驗(yàn)，我們使用的數(shù)碼管為共陰極，com需接地。p孔代表著小數(shù)