电 子 电 工 教 学 基 地
实 验 报 告
实验课程：
数字电子技术实验
（三）
实验名称：
八路抢答器的设计
记分式智力八路数字抢答器的设计
一、实验目的
二、设计要求与内容
三、实验设计及原理（各模块设计方案及原理说明）
四、电路仿真
五、实验结果及分析
六、实验总结及体会
七、元件清单
八、参考资料
一 实验目的：
2 通过记分式智力八路数字抢答器的设计实验，要求学生回顾所学数字电子技术的基础理论和基础实验，掌握组合电路、时序电路、编程器件和任意集成电路的综合使用及设计方法，达到数字实验课程大纲所要求掌握的基本内容。
二 设计要求与内容：
有许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光及音响等多种手段指示出第一抢答者。同时，还可以设置记分、犯规及奖惩记录等多种功能。 （1）设计制作一个可容纳8组参赛的数字式抢答器，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。
（2）电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人系统发出抢答指令后，若参赛者按抢答开关，则该组指示灯亮并用组别显示电路显示出抢答者的组别，同时扬声器发出“嘀-嘟”的双音音响持续2-3s。此时，电路应具备自锁存功能，使别组的抢答开关不起作用。 （3）设置计分电路。魅族在开始时设置成100分，抢答后由主持人记分，答对一次加10分，否则减10分。
（4）设置犯规电路。对提前抢答和超时抢答的组别鸣喇叭示警，并由组别电路显示出犯规组别。
三 实验设计及原理
一）总体方案设计 设计思路
1）本题的根本任务是准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实
3 现这一功能可用触发器或锁存器等。在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信号无效。同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效，否则应视为提前抢答而犯规。
2）当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，也可以用发光二极管直接指示出组别。还可以用鉴别出的第一抢答信号控制一个具有两种工作频率交替变化的音频振荡器工作，使其推动扬声器发出两态笛音音响，表示该题抢答有效。 3）计分电路可采用2位7段数码管显示，由于每次都是加或减10分，故个位总保持为零，只要十位和百位作加/减计数即可，可采用两级十进制加/减计数器完成。
4）在主持人没有按下开始抢答按钮前，若有人提前抢答，则鸣喇叭“嘟---”表示有组别提前抢答；当主持人按下开始抢答按钮后，开始进行30秒倒计时，此时，若有组别抢答，显示该组别并伴有“嘀-嘟”的双音音响持续2-3s；当计时时间到，仍无组别抢答，则会发出“嘀---”的声音，主持人清零后开始新一轮抢答。 总电路框图
二）各模块设计方案及原理说明
1）抢答电路
此部分电路主要完成的功能是实现8路选手抢答并进行锁存，同时有相应发光二极管点亮和数码显示。
利用74LS148优先编码器对所有组别进行抢答时的输入信号进
4 行编码，将输出结果输入四个RS触发器进行信号保持，同时利用的返回值控制74LS148优先编码器的使能端，即只要有一组选手先按下抢答器，就会将编码器锁死，不再对其他组进行编码。通过74LS283加法器使抢答组别数字显示1-8，清零时显示9.另外，将通过加法器的输出信号输入74LS42译码器，使抢答组别对应在输出端产生低电平从而使相应的发光二极管点亮。 原理图如下：
VCC5VJ1VSS0VVSSKey = SpaceJ99U3A1874LS00N21U3B74LS00NU3CKey = SpaceJ32Key = SpaceJ4VCCKey = SpaceJ5341011121312345D0D1D2D3D4D5D6D7EIKey = SpaceJ2U2VSS0VU7121435A4A3A2A1B4B3B2B1C0C49SUM_4SUM_3SUM_2SUM_11013141261974LS00N20U3D74LS00NU4A2374LS00N24U4B271074LS00NU4C74LS00N8U4D74LS00NVCC5V22DCD_HEX_BLUEVSSU1A0A1A2GSEO9761415141516251711152VCC67LED1LED228R11k¦¸29R21k¦¸30R31k¦¸31R41k¦¸32R51k¦¸33R61k¦¸R7341k¦¸R8351k¦¸VCC5Key = SpaceJ67Key = SpaceJ7674LS148D1274LS283DU515141312ABCDO0O1O2O3O4O5O6O7O8O912345679101136LED33738LED43940414243LED7LED5LED6Key = SpaceJ8U6B11U6C74LS04D1374LS42NVSSVSSKey = SpaceVSS0V74LS04DVCC5V0VLED8
2）加减法计数电路
此部分电路主要完成的功能是实现每一组的加减记分功能。 利用两片74LS193加减计数器分别实现加数和减数功能。即当按下加（减）按钮时，进行数字加（减）运算，即控制up与down端的电位。再用两片74LS85比较器完成清零和进位。需要用74LS283加法器实
5 现个位数的数码显示。 原理图如下：
U10VSS0VVCC8VU11511091114ABCD~LOADCLRUPDOWNQAQBQCQD~BO~CO32671312VCC8VU9A74LS04D227517U815113141211109A3B3A2B2A1B1A0B0AGTBAEQBALTBVSS151131411109432A3B3A2B2B1A0B0AGTBAEQBALTBOAGTBOAEQBOALTB567610VCC12A1U6101314VCCJ1U21214351115VSSVCC267A4A3A2A1B4B3B2B1C0C49SUM_4SUM_3SUM_2SUM_174LS85DVCC567231DCD_HEX_YELLOWKey = SpaceVSS1654OAGTBOAEQBOALTB9VSS8V0V418J274LS193DVSS0VVCC8VVCCVSS74LS283D432Key = SpaceVSS0V74LS85DU3151109111454ABCD~LOADCLRUPDOWNQAQBQCQD~BO~CO326713121514U7DCD_HEX_YELLOW74LS193D1113U9B1274LS04D8U9C74LS04D
3）倒计时电路
此部分电路主要完成的功能是当主持人按下开始抢答按钮后，进行30s倒计时，到0s时喇叭发出“嘀---”的声音。
首先用555定时电路产生秒振荡频率，控制74LS193加减计数器的down输入端，按秒频率减数。利用一片74LS85比较器控制高位减法，另一片74LS85比较器完成当计时器显示0s时使另一个555定时电路产生振荡，放大后可推动喇叭发声。 原理图如下：
U10VCC8VVCC8VU11D74LS00N24VCC10V1400 Hz 8 V U1151109111454ABCD~LOADCLRUPDOWNQAQBQCQD~BO~CO326713121511314A3B3A2B2A1B1A0B0AGTBAEQBALTBOAGTBOAEQBOALTB567VSS0VVSSVCC6712111098432U21214351115267A4A3A2A1B4B3B2B1C0C49SUM_4SUM_3SUM_2SUM_1101314U6574LS85DVCCVSS0VU9C74LS04DU3U7QAQBQCQD~BO~CO32671312VSS8VVCC17321DCD_HEX_YELLOW4VCC5VVCCA1VCC74LS193DVSS0V9VCC8V1874LS283D151109ABCD~LOADCLRUPDOWNVCC14VSS21J3U5CKey = SpaceVCC8V74LS04DVSS0V541113121128R2DCD_HEX_YELLOW1569k¦¸R3100k¦¸U8C350nF567RSTDISTHROUT1619TRICONGND74LS193DC4100nF555_VIRTUAL20VSS0VVSSAB_+_VSS15113141211109A3B3A2B2A1B1A0B0AGTBAEQBALTBOAGTBOAEQBOALTB14XSC2Ext Trig+_+VCC43274LS85D
4）抢答信号发声电路
此部分电路主要完成的功能是在选手按下抢答器后发出“嘀-嘟”的双音音响并持续2-3s。
选手按下抢答器后会使74LS195移位寄存器开始移位。可以使用倒计时电路中的555定时电路产生的秒振荡频率来控制移位速度，使发声时间保持2-3s。移位寄存器的输出端分别控制两个不同参数的555振荡电路，发出不同频率的响声，即“嘀-嘟”的双音音响。 原理图如下：
7 VCCVCCA1RSTDISTHROUTVCC5V8VCCA2VCCRSTOUTA+_XSC3Ext Trig+_B+_+A_XSC1Ext Trig+_B+_R25100k¦¸R3100k¦¸C347nF67TRICONGND24C410nF555_VIRTUAL1XSC2Ext Trig+_A+_+B_R51450k¦¸R11819VSSVSS0VVCCDISTHRTRICONGND5V555_VIRTUALVCCA3VSSVCC23VSS0VVSS50k¦¸C547nFC110nFVSS0VR42050k¦¸R62122RSTDISTHRTRICONGNDOUTU5VCC5VVCC456723ABCDJ~KSH/~LD~CLRCLKQAQBQCQD~QD1514131211100k¦¸2C247nFC610nF555_VIRTUALVSSVSS0VJ4VSSVSS0VKey = Space9911074LS195D
5) 语音信号的放大输出电路
此部分电路主要完成的功能是将555定时电路产生的高低电平以语音信号输出 将两个555定时电路的out端通过或门后输入进三极管进行放大。 原理图如下：
四 电路仿真 1）抢答电路仿真
第五路抢答器抢答后的显示，同时对应的发光二极管发光，如下图：
8 VCC5VJ1VSS0VVSSJ99U3A1874LS00N21U3B74LS00NU3CKey = SpaceJ32Key = SpaceJ4341011121312345D0D1D2D3D4D5D6D7EIKey = SpaceKey = SpaceJ2U2VSS0VU7121435A4A3A2A1B4B3B2B1C0C49SUM_4SUM_3SUM_2SUM_11013141261974LS00N20U3D74LS00NU4A2374LS00N24U4B271074LS00NU4C74LS00N8U4D74LS00NVCC5V22DCD_HEX_BLUEVSSU1A0A1A2GSEO97614151415162517VCCKey = SpaceJ511152VCC67LED1LED228R11k¦¸29R21k¦¸30R31k¦¸31R41k¦¸32R51k¦¸33R61k¦¸R7341k¦¸R8351k¦¸VCC5Key = SpaceJ67Key = SpaceJ7674LS148D1274LS283DU515141312ABCDO0O1O2O3O4O5O6O7O8O912345679101136LED33738LED43940414243LED7LED5LED6Key = SpaceJ8U6B11U6C74LS04D1374LS42NVSSVSSKey = SpaceVSS0V74LS04DVCC5V0VLED8
2）加减法计数电路
通过加减计数调节到数字11（下面是高位），如下图：
U10VSS0VVCC8VU11511091114ABCD~LOADCLRUPDOWNQAQBQCQD~BO~CO32671312VCC8VU9A74LS04D227517U815113141211109A3B3A2B2A1B1A0B0AGTBAEQBALTBVSS151131411109432A3B3A2B2B1A0B0AGTBAEQBALTBOAGTBOAEQBOALTB567610VCC12A1U6101314VCCJ1U21214351115VSSVCC267A4A3A2A1B4B3B2B1C0C49SUM_4SUM_3SUM_2SUM_174LS85DVCC567231DCD_HEX_YELLOWKey = SpaceVSS1654OAGTBOAEQBOALTB9VSS8V0V418J274LS193DVSS0VVCC8VVCCVSS74LS283D432Key = SpaceVSS0V74LS85DU3151109111454ABCD~LOADCLRUPDOWNQAQBQCQD~BO~CO326713121514U7DCD_HEX_YELLOW74LS193D1113U9B1274LS04D8U9C74LS04D
3）倒计时电路
在倒计时过程中555定时电路不工作（下面是高位），无输出波形，
9 如下图：
U101511314A3B3A2B2A1B1A0B0AGTBAEQBALTBOAGTBOAEQBOALTB567VCC8VU11D74LS00N24VCC10V1400 Hz 8 V VSS0VU1151109111454ABCD~LOADCLRUPDOWNQAQBQCQD~BO~CO32671312VSSVCC6712111098432U21214351115267A4A3A2A1B4B3B2B1C0C49SUM_4SUM_3SUM_2SUM_1101314U6574LS85DVCCVSS0VU9C74LS04DU3U7QAQBQCQD~BO~CO32671312VSS8VVCC17321DCD_HEX_YELLOW4VCC5VVCCA1VCC74LS193DVSS0V9VCC8V1874LS283D15110911VCC14ABCD~LOADCLRUPDOWNVSS21J3U5CKey = SpaceVCC8V74LS04DVSS0V5413121128R2DCD_HEX_YELLOW1569k¦¸R3100k¦¸U8C350nF567RSTDISTHROUT1619TRICONGND74LS193DC4100nF555_VIRTUAL20VSS0VVSSAB_+_VSS15113141211109A3B3A2B2A1B1A0B0AGTBAEQBALTBOAGTBOAEQBOALTB14XSC2Ext Trig+_+VCC43274LS85D
10 当倒计时显示00时，555定时电路开始振荡，如下图：
4）抢答信号发声电路
当74195工作即支持人按下开始抢答开关，有两个不同频率的波形输出，如下图：
五 实验结果及分析
在完成各个部分的实验设计仿真后，就需要将各部分连接起来由于都是由抢答信号控制，所以只需要将抢答信号输出，作为其他电路的控制源。具体的过程是将显示组别前的二进制码输入有预置的7485比
11 较器，输出比较结果的高低电平来启动犯规电路、抢答发声电路。同时，主持人有两个开关，分别控制组别的清零和倒计时电路的开启。 最后一级是语音信号的放大输出。
六 实验总结及体会
这次实验是数电实验的最后一个综合性实验，通过这次实验，使我们将以前我们所学习到的芯片知识综合应用到这个实验上，从结构、功能、用法上都有了全面的认识，并基本达到了能够通过我们小组的讨论完成从构思到设计再到焊接最后到调试的整个过程，虽然其中遇到了很多困难阻力，从开始到整个完成，但我们还是坚持了下来，所有的努力换回了成功的喜悦。下面就说说实验中的一些问题以及一些体会: 实验的初期，由于对整个的电路还不能从整体把握，只能从实验书上的实验要求出发，结合查找到的资料提出解决方案。最大的体会是团队的力量，几乎所有的设计都是在我们的讨论中“诞生”的，尽管每个人的想法不一样，但聚到一起后就会激发出更多的想法，同时也可以完善不足之处。在实验中比较难解决的是发声部分电路和计数电路。我们先从网上找了关于555构成多谐振荡器的相关应用，同时另一方面，设计如何用一个开关完成这些电路的多功能同时控制；另外就是计数电路的设计，曾经因为这一部分的设计而陷入僵局，难点在于在原有的数上进行加减，好在认真经过分析，终于完成了。这也告诉我们，一定要对自己有信心，所要做的就是坚持，成功就不会遥远。在总结以前实验的基础上，在这次电路的焊接前，我们进行了合
12 理的布置，这样大大提高了焊接效率，同时使电路板非常美观，另外也是最重要的是减少了我们调试的难度。在所有电路都焊接完成后，我们进行了调试。虽然我们有合理的布局和很好的焊接作保证，但也遇到了一些麻烦——悬空多的处理。这分为两个部分：其一是部分芯片的管脚处理，另外是开关的处理，在认真查找资料和老师的指导下，终于实现了电路的所有功能，完成了我们的作品。
七 元件清单
8线—3线优先编码器 74LS148 1个 译码器 74LS42 1个 加减计数器 74LS193 4个 比较器 74LS85 5个 加法器 74LS283 3个 四2输入与非门 74LS00 3个 非门 74LS04 2个 显示译码器 74LS47 5个 555振荡器 3个 共阳数码管 5个
其他：50K、100K电阻、0.01u电容、0.047u电容、100u电容若干，开关若干，导线，锡丝。
八 参考资料
1.数字电路实验一体化教程 ，侯建军，北京：清华大学出版社，
13 2005年。
2.电子技术基础实验与课程设计，高吉祥，北京：电子工业出版社，2002年。
3.电子技术基础实验，陈大钦，武汉：华中科技大学出版社，2001年。
4.电子线路设计、实验、测试，谢自美，武汉：华中科技大学出版社，2000年。
