江苏师范大学物电学院
本科生课程设计
课 程 名 称：电子线路课程实训
题 目： 八人抢答器
专 业 班 级：15物03
学 生 姓 名：孙旗
学 生 学 号：15075111
日 期： 2016.12.13
指 导 教 师：戴新宇
物电学院教务部印制
说明：
1、报告中的第一、二、三项由学生在课程设计开始前填写，由指导教师指
导并确认签字。
2、学生成绩由指导教师根据学生的设计情况给出各项分值及总评成绩，并
填写成绩评定表。
3、所有学生必须参加课程设计的答辩环节，凡不参加答辩者，其成绩一律
按不及格处理。答辩小组成员应由2人及以上教师组成。答辩后学生根据答辩情况填写答辩记录表。
4、报告正文字数一般应不少于3000字，也可由指导教师根据本门课程设
计的情况另行规定。
5、平时表现成绩低于6分的学生，取消答辩资格，其该课程设计成绩按不
及格处理。
6、课程设计完成后，由指导教师根据完成情况写出总结。
7、此表格式为徐州师范大学物理与电子工程学院提供的基本格式，指导教
师可根据本门课程设计的特点及内容做适当的调整。
指导教师签字：
年月日
目 录
摘要 . ................................................ II Abstract . ............................................... II
1 绪论 . ................................................. 1
1.1 课题背景、目的及意义 ................................. 1
1.1.1 设计背景 . .......................................... 1
1.1.2 目的及意义 . ........................................ 1
1.2 课题的任务及要求 ..................................... 1
2 设计方案简述 . .......................................... 2
2.1 总体框图 . ............................................ 2
2.2 抢答器的工作过程 ..................................... 2
3 详细设计 . .............................................. 2
3.1 优先判断与编号锁存电路的设计 ......................... 2
3.1.1 电路功能与工作过程 ................................. 2
3.1.2芯片介绍 ........................................... 3
3.2 译码显示电路的设计 ................................... 5
3.2.1 电路原理 . .......................................... 5
3.2.2七段数码管显示器74LS248 ............................ 6
3.3总电路图的设计 ....................................... 8
4 设计结果及分析 . ........................................ 9
5 总结 . ................................................ 10
参考文献 . ............................................... 11
摘 要
随着电子技术的发展，它在各个领域的应用也越来越广泛。人们对它的认识也逐步加深。人们也利用了电子技术以及相关的知识解决了一些实际问题。如：智能抢答器的设计与制作。抢答器是竞赛问题中一种常用的必备装置，从原理上讲，它是一种典型的数字电路。数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；主持人按开始按钮示意开始，以上两部分组成主体电路。通过定时电路实现计时功能，构成扩展电路。经过布线、焊接、调试等工作后数字抢答器成形。在抢答电路中利用一个优先编码器译出最先抢到答题权的选手的编号并经LED 显示器显示出来，同时还要封锁电路以防其他选手再抢答。当选手答题完成后，主持人将系统恢复至零。
关键词：抢答；优先编码电路；锁存器；译码器
Abstract
With the development of electronic technology, it is becoming more and more widely used in various fields. People's understanding of it gradually deepened. People also use the electronic technology and related knowledge to solve some practical problems. Such as: design and manufacture of intelligent responder. Responder is a useful device in the contest problem, in principle, it is a kind of typical digital circuits. Digital responder from the main circuit and expansion circuit. Priority encoding circuit, latch, and decoding circuit input signal to the input signal in the display output; the host press the start button to start, the two parts of the main circuit. Through the timing circuit to achieve timing functions, constitute the extended circuit. After wiring, welding, testing and other work forming digital answering device. In the contest circuit using a priority encoder to translate a grab the first answer in player numbers and through the LED display, while also blocking circuit to prevent other players vies to answer first again. When the players answer is completed, the host will be restored to zero.
Keywords ：Answer;Priority coding circuit;Latch;Decoder
1 绪论
1.1 课题背景、目的及意义
1.1.1 设计背景
学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛, 抢答记分器是必要设备。在我校举行的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。为解决这个问题，本次课程设计做一个成本低又能满足要求的八路数显抢答器。
1.1.2 目的及意义
通过课程设计，对数字逻辑的基本内容有进一步的了解，特别是时序逻辑电路的设计。能把上学期学到的数字逻辑理论知识进行实践，操作。在提高动手能力的同时对常用的集成芯片有一定的了解，在电路设计方面有感性的认识。而且在进行电路设计的时候遇到问题，通过独立的思考有利于提高解决问题的能力。在经过课程设计后，更明白数字逻辑电路设计的一般方法，以及在遇到困难怎么排除问题。
1.2 课题的任务及要求
该抢答器能实现清零、抢答、数据锁存功能，可以保证8个参赛者或参赛队公平的抢答。具体的要求如下：
1. 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0 ~ S7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，同时LED 灯发光提示。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. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号，并保持到主持人将系统清除为止
5. 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0。
6. 答题正确后由主持人手动计分，分数步进值为5。待主持人按下复位键即可开始下一轮抢答。
2 设计方案简述
2.1 总体框图
定时抢答器的总体框图如图1所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答，扩展电路完成定时抢答的功能。
图 1 抢答器结构框图
2.2 抢答器的工作过程
定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“消除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时器倒计时，当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。
3 详细设计
3.1 优先判断与编号锁存电路的设计
3.1.1 电路功能与工作过程
优先判断与编号锁存电路如图2所示。电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS279 来完成。该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。
工作过程：系统清除按键按动时，74LS279的四个RS 触发器的置0端均为0，使四个触发器均被置0。1Q 为0，使74LS148的使能端EN=0，74LS148处于允许编码状态，同时1Q 为0，使74LS48的灭灯输入端BI=0，数码管无显示。这时抢答器处于准备抢答状态。当系统清除按键松开时，抢答器处于等待状态。当有选手将按键开关按下时，抢答器将接受并显示抢答结果，假设按下的是S4，则74LS148的编码输出为011，此代码送入74LS279锁存后，使4Q3Q2Q=100，亦即74LS148的输入为0100；又74LS148的优先编码标志输出GS 为0，使1Q=1，即BI=1，74LS48处于译码状态，译码的结果显示为“4”。同时1Q=1，使74LS148的EN=1，74LS148处于禁止状态，从而封锁了其他按键的输入。此外，当优先抢答者的按键松开再按下时，由于仍为1Q=1，使EN=1，74LS148仍处于禁止状态，确保不会接受二次按键时的输入信号，保证了抢答者的优先性。
图 2 优先编码和锁存电路
3.1.2芯片介绍
优先编码器在同一时间内, 当多个输入信号请求编码时, 只对优先级别高的信号进行编码的逻辑电路, 常用的集成优先编码器有74LS148(8线----3线) 表1
为其真值表，
图3为逻辑图。74LS279就是4个R-S 触发器，每片上有四路R-S 触发器。每路R-S 触发器有R 和S 两个输入和一个输出端Q 。当S 输入低电平（0）时，输出Q 为低电平（0）；当S 输入高电平（1）时，如果R 输入低电平（0），则Q 为高电平（1）；当S 输入高电平（1）时，如果R 输入低电平（1），则Q 保持不变。表2为其真值表，图4为逻辑图。
表 1 74LS148真值表
图 3 74LS148逻辑图
表 2 74LS279真值表
图 4 74LS279逻辑图
3.2 译码显示电路的设计
3.2.1 电路原理
译码显示模块由译码器和数码管组成。译码器采用74LS248，它的作用是将74LS279产生的二进制数翻译成人们熟悉的十进制数，方便读取。七段显示译码器与数码管如下图7所示。7段显示译码74LS248将锁存器74LS279的信号译码，输出给数码管。数码管采用红色七段共阴数码管，并在输入引脚串联100欧姆的限流电阻，防止电流过大损坏数码管。该数码管即显示抢答选手的编号。电路图如图5所示。
图 5 译码显示电路
3.2.2七段数码管显示器74LS248
此次在电路中，我们采用的显示器芯片为74LS248。74LS248芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统。
下面简述74LS248的功能。
——测试灯输入端。=0（低电平有效）且BI =1时，Ya-Yg 输出均为1，显
示器七段应全亮，否则说明显示器件有故障。LT 应处于高电平，即LT =1。
/——双重功能端。此端可作为输入信号端又可以作为输出信号端。作为输
入端时是熄灭信号输入端BI ，利用BI 端可按照需要控制数码管显示或不显示。当BI =0时（低电平有效），无论A3A2A1A0状态如何，Ya-Yg 均为0，数码管不显示。当该端作为输出端时是灭零输出端RBO ，当RBI =0，且A3A2A1A0=0000时，RBO =0。
RBI ——灭零输入端。该端的作用是将数码管显示的数字O 熄灭。当RBI =0（低电
平有效）、LT 1且A3A2A1A0=0000时，Ya-Yg 均输出0，数码管不显示。
74LS248为4线－七段译码器，表3为其真值表，图6为逻辑图
表 3 74LS48真值表
图 6 74LS148逻辑图
3.3抢答器总电路图的设计
如图7所示为总电路图，图8所示为总体方框图。接通电源后，主持按系统清除按键，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯；主持人松开，宣布“开始”，抢答器工作。选手按动抢答按键，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示。当一轮抢答之后，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。如果再次抢答必须由主持人再次按动系统清除按键。
图 7 抢答器(含计分) 总电路图
图 8 抢答器总体方框图
4 设计结果及分析
为检验试验设计的正确与否，要EWB 或MULTISIM 按电路图选择芯片并连线进行仿真，通过仿真图上数码显示管的显示数字或者示波器上的波形等可观察的现象来判断部分电路是否正确。按照前面的电路图，在MULTISIM 软件上选择对应的芯片74LS148和四输入的数码显示管，连接电路。因为无法演示动态的抢答过程，所以假设第一个抢答的是3号选手，则代表三号的按钮S3接低电平，其它按钮都接高电平。按动按键1后，数码管开始加分显示，每按一次加5分，直到95分后，重新置零，按键2功能即复位，按动后，一切示数归零。得到如图9和10所示的仿真图。因为第一个图中显示管上显示的是3，第二个也显示正常示数，所以可得抢答和计分电路的设计是成功的。
图 9 抢答电路仿真图
图10 计分器仿真图
5 总结
通过这次对数字抢答器的设计与制作，使我对数字电路有了进一步的了解，在设计抢答器、计分器的过程中，通过翻阅书本资料、上网搜索等，我对各电路器件及原理有了更深一层次的认识，既增强了我的理解能力, 也使我能更好的运用所学的知识。开始时我还不太明白电路是如何连接的，并且对其原理也不甚了解，但因为身为小组组长，需要对电路掌握得很好，通过对所学知识更深入的了解和学长的讲解和帮助，最终使我克服了难关，并成功地作出了设计。在此我要感谢老师的谆谆教导和同学们的帮助，我相信这十几天的不懈努力会给我未来的学习带来很多的启发, 我会在以后的工作生活中更好的理论联系实际, 证明自己的能力。
参考文献
1. 闫石．数字电子技术基础[M]第五版．北京：高等教育出版社，2006，230-300． 2. 彭介华．电子技术课程设计指导[M]．北京：高等教育出版社，2007，120-126． 3. 欧阳星明．数字逻辑[M]．武汉：华中科技大学出版社，2004，67-77． 4. 李海．74系列芯片手册[M]．重庆：重庆大学出版社，2009，136-145．
5. 康华光．电子技术基础模拟部分[M]第五版．北京：高等教育出版社，2005，55-70．
答辩记录表
成绩评定表
学生姓名： 范荣荣 学号：140220059 班级：14物02
课程设计总结