具有定时功能的八路数显抢答器的设计

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1、具有定时功能的八路呼叫器的设计一 摘要: 本文介绍了一种用74系列常用集成电路设计的数码显示八路呼叫器的电路组成、设计思路及功能。该呼叫器除具有基本的呼叫功能外，还具有定时、计时和报警功能。工作人通过时间预设开关预设供呼叫的时间，系统将完成自动倒计时。若在规定的时间内有人呼叫，则计时将自动停止；若在规定的时间内无人呼叫，则系统中的蜂鸣器将发响。 关键词: 八路, 呼叫器, 设计,定时，计时，呼叫 Abstract： In this paper, the electric circuit and designing thought of an answering racer based on t

2、he common-used series of 74 IC with 8-wire is introduced, and its function is also described. The answering races function includes timing, counting, and alarming, besides the basic function of an answering racer. The host sets the provided time for the answering race through the time-setting switch

3、, after this the system will count down the time automatically. If anybody answer the question on time, the counting of time will stop; If nobody answer the question on time, the alarm will give out some sound, helping the host know the race in this turn is of no use, so the function of alarming is

4、achieved. Keywords: 8-wire, answering racer, design, timing, counting, alarming 引言： 本设计的目的是为了做一个八路呼叫器，主要的应用的场所是在医院中。随着医疗水平的提高，病人对医护人员的要求也在提高。作为病人而言希望当自己有需要的是能够及时得到护理，而本设计的目的就是将病人的需求信息及时的通知给医护人员，这样即减轻医护人员的负担同时又可以达到医护的实时性，促进人性化管理，提高医护水平，更好的为病人提供服务。本设计的实现很简单，可以将本设计中的按键安装在不同病人的病床旁边，然后通过导线汇总在医护室里，当有病人按下需

5、要医护按键时，通过编码电路产生与病床相对用的编码，而后通过锁存器将编码信息锁存起来，接下来一方面将锁存的编码通过译码电路产生相应的译码在数码管上显示呼叫的病床号，同时产生触发信号触发单稳态电路使其产生暂稳态输出一段脉冲信号，脉冲信号再输入到手动控制和报警电路中，改变多谐振荡器的输出，进而驱动喇叭工作，作用就是及时通知医护人员有病人需要医护，同时通过数码管可以准确的向医护人员显示病人的床位。医护人员可以通过控制按钮来解除喇叭的工作。本设计的一大特色是应用了优先编码器，可以根据病人需要医护的程度的不同，事先在安排病床时作出区分。当有两个以上病人按下医护按键时，通过优先编码器将优先显示要求医护程度高

6、的病人的病床号。本设计是基于数字电路完成其功能的，所用到的器件除优先编码器74LS148外全部为数电课本讲述过的。二、设计任务及系统功能简介 1.基本功能： （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，扬声器发出声响提示，并在DPY_7-SEG七段数码管上显示选手号码。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。 2.扩展功能： （1） 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持

7、人启动开始键后，定时器进行减计时。 （2） 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和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。在这段（3） 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。 三、实现的原理与电路 1数字抢答器总体方框图如图1所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到清零状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置;开始状态，宣布开始抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示

8、。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作清除和开始状态开关。总体框图 图12单元电路设计 (1) 抢答器电路设计电路如图2所示。电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 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，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关S置于清除端时，RS触发器的 R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端（图中5号端）0，使之处于工作状态。当开关S置于开始时，抢

9、答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO(图中4端) =1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR，使74LS148 优先编码工作标志端（图中5号端），处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为CTR，使优先编码工作标志端（图中5号端），所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。74LS148为8线3线优先编码器，表1

10、为其功能表。表一(2) 定时电路原理及设计：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图3所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74192的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG 上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时

11、间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时， 输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。下面结合图4具体讲一下标准秒脉冲产生电路的原理。结合图4，图中电容C的放电时间和充电时间分别为 ， 于是从NE555的3端输出的脉冲的频率为 ，结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得 ，即秒脉冲。 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，扬声器发出声响提

12、示，并在DPY_7-SEG七段数码管上显示选手号码。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。2.扩展功能：（1） 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。（2） 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和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。在这段（3） 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。三、实现的原理与电路1数字抢答器总体方框图如图1所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到清零状态，

13、抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置;开始状态，宣布开始抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作清除和开始状态开关。总体框图 图12单元电路设计 (1) 抢答器电路设计电路如图2所示。电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 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，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；

14、二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关S置于清除端时，RS触发器的 R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端（图中5号端）0，使之处于工作状态。当开关S置于开始时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO(图中4端) =1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR，使74LS148 优先编码工作标志端（图中5号端），处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为CTR，使优先编码工作标

15、志端（图中5号端），所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。74LS148为8线3线优先编码器，表1为其功能表。表一(2) 定时电路原理及设计：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图3所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74192的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答

16、的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG 上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时， 输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。下面结合图4具体讲一下标准秒脉冲产生电路的原理。结合图4，图中电容C的放电时间和充电时间分别为， 于是从NE555的3端输出的脉冲的频率为，结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得 ，即秒脉冲。74LS37

17、3产品编号：JCDL74373产品名称：八D锁存器 产品型号：74373产品单价：0.8元/只单个重量：1.2克起售数量：5只其他说明：拆机购买方法 其他电子元器件74LS373数字电路074LS37374ls373中文资料(引脚,内部结构,参数,工作原理及应用电路) 74ls373是常用的地址锁存器芯片，它实质是一个是带三态缓冲输出的8D触发器，在单片机系统中为了扩展外部存储器，通常需要一块74ls373芯片，本文将介绍74ls373的引脚图,内结构图、主要参数及在单片机系统中的就用电路.74ls373引脚排列图 74ls373内部结构图上表是74LS373的真值表，表中： L低电平； H高

18、电平； X不定态； Q0建立稳态前Q的电平； G输入端，与8031ALE连高电平：畅通无阻低电平：关门锁存。图中OE使能端，接地。 当G=“1”时，74LS373输出端1Q8Q与输入端1D8D相同； 当G为下降沿时，将输入数据锁存。E G 功能 0 0 直通Qi = Di 0 1 保持（Qi保持不变） 1 X 输出高阻 74ls373工作原理简述:(1).1脚是输出使能(OE),是低电平有效,当1脚是高电平时,不管输入3、4、7、8、13、14、17、18如何,也不管11脚(锁存控制端,G)如何,输出2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19

19、(Q7)全部呈现高阻状态(或者叫浮空状态);(2).当1脚是低电平时,只要11脚(锁存控制端,G)上出现一个下降沿,输出2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)立即呈现输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的状态. 锁存端LE 由高变低时，输出端8 位信息被锁存，直到LE 端再次有效。 当三态门使能信号OE为低电平时，三态门导通，允许Q0Q7输出，OE为高电平时，输出悬空。2、图3.1.1 74LS148引脚图输入输出EII0I1I2I3I4I5I6I7A2A1A0GSEO1xxxxxxxx111110111111111111

20、00xxxxxxx0000010xxxxxx01001010xxxxx011010010xxxx0111011010xxx01111100010xx011111101010x01111111100100111111111101 图3.1.2 优先编码器74ls148功能表74ls148逻辑表达式使能端OE(芯片是否启用)的逻辑方程： OE =I0I1I2I3I4I567IE 当OE输入IE=1时，禁止编码、输出(反码)： A2,A1,A0为全1。当OE输入IE=0时，允许编码，在I0I7输入中，输入I7优先级最高，其余依次为：I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等级排列。 从以上的的功能表

21、中可以得出，74ls148输入端优先级别的次序依次为I7，I6，I0 。当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端没有低电平输入时，输出端才输出相应该输入端的代码。例如：I5=0且I6=I7=1(I6、I7优先级别高于I5) 则此时输出代码010 (为(5)10=(101)2的反码)这就是优先编码器的工作原理。 编写实训的总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告能力的训练。通过写报告，不仅把设计、组装、调试的内容进行全面总结，而且把实践内容上升到理论高度。总结报告应包括以下几点： (1)课题名称 (2)内容摘要 (3)设计内容及要求(4)比较和选定设计的系统方案，画出系统框图 (5)单

22、元电路设计、器件选择。 (6)画出完整的电路图，并说明电路的工作原理。(7)组装调试的内容。包括： 使用的主要仪器和仪表 调试电路的方法和技巧。 测试的数据和波形并与计算结果比较分析。 调试中出现的故障、原因及排除方法。 (8)总结电路的特点和方案的优缺点，指出课题的核心及实用价值，提出改进意见和展望。(9)列出系统需要的元器件。 (10)列出参考文献。(11)收获、体会。实训大纲电子技术与实践（1）实训大纲一、实训目的与任务电子技术与实践（1）实训是继“电子技术与实践（1）”理论课之后开出的实践教学环节。其目的是训练学生综合运用学过的数字电子技术基础的基本知识，独立设计比较复杂的数字电路的能

23、力。通过实训， 熟练运用各功能模块，并应用这些模块来设计数字系统，掌握自顶向下的系统设计方法。二、实训的教学要求 通过技能实训使学生掌握设计所用硬件电路的工作原理，设计出满足要求的总体电路。能较熟练地使用仿真软件对电路进行设计和仿真，并能进行实物制作及调试。三、实训的基本内容学生按给定的题目进行设计，题目的难度要保证中等水平的学生在教师的指导下在一周内能独立完成设计任务。题目要综合运用所学的电子技术与实践（1）课程的基本知识。 在设计一个电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据任务进行方案选择，然后对方案中的各部分进行电路的设计、器件选择，最后将各部分连接在一起，画出一个符合设计要求的

24、完整的系统电路图。1、明确系统的设计任务要求 对系统的设计任务进行具体分析，充分了解系统的性能、指标、内容及要求，以便明确系统应完成的任务。 2、方案选择 这一步的工作要求是，把系统要完成的任务分配给若干个单元电路，并画出一个能表示各单元功能的整机原理框图。 3、单元电路的设计、器件选择 根据系统的指标和功能框图，明确各部分任务，进行各单元电路的设计、器件选择。4、电路图及实物的制作。 四、实训项目的基本内容 1、多功能数字钟的电路设计数字钟是采用数字电路实现“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的使用，使得数字钟的精度、稳定度远远超过了机械钟表。钟表

25、的数字化在提高报时精度的同时，也大大扩展了它的功能，诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭路灯等。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。（1）设计目的掌握数字钟的设计、组装与调试方法。熟悉集成电路的使用方法。（2）设计任务与要求时钟显示功能，能够以十进制显示“时”、“分”、“秒”。具有快速校准时、分、秒的功能。计时准确度，每天计时误差不超过1s。整点自动报时，在离整点10s时，便自动发出鸣叫声，步长1s，每隔1s鸣叫一次，前四响是低音，最后一响为高音，最后一响结束为整点。选做：闹钟功能，可按设定的时间闹时。日历显示功能。将时间的显示扩展为“年”、“月”

26、、“日”。（3）数字钟的基本原理及电路设计一个具有计时、校时、报时、显示等基本功能的数字钟主要由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路、报时电路等七部分组成。石英晶体振荡器产生的信号经过分频器得到秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器译码，并通过显示器显示时间。数字钟的整机逻辑框图如下： 石英晶体振荡器石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整，它是电子钟的核心，用它产生标准频率信号，再由分频器分成秒时间脉冲。用反相器与石英晶体构成的振荡电路如图所示。利用两个非门G1和G2自我反馈，使它们工作在线形状态，然后利用石英晶体Z1来控制振荡

27、频率。振荡器振荡频率的精度与稳定度基本上决定数字钟的准确度,晶振频率越高，计时准确度越高。目前常见的石英晶振频率是4MHz时，则振荡器输出频率为4MHZ。石英晶体振荡电路分频器时间标准信号的频率很高，要得到秒脉冲，需要分频电路。例如，振荡器输出4MHZ信号，可通过D触发器（如74LS74）进行4分频变成1MHZ，也可以将10分频计数器74LS160（或74LS90）行4分频变成1MHZ，然后送到10分频计数器74LS160（或74LS90），经过6次10分频而获得1HZ的方波信号。计数器整个计数器电路由秒计数器、分计数器、时计数器串接而成。秒计数器和分计数器各自由一个十进制计数器和一个六进制计

28、数器串接组成，形成两个六十进制计数器。时计数器可由两个十进制计数器串接并通过反馈接成二十四制计数器。译码器译码器由六片74LS247（或74LS48）组成，74LS247驱动器是与8421BCD编码计数器配合用的7段译码驱动器。一片74LS247驱动一只数码，72LS247是集电极开路输出，为了限制数码管的导通电流，在72LS247的输出与数码管的输入端之间均应串有限流电阻。显示器 本系统用七段发光数码管来显示译码器输出的数字，发光数码管有两种：共阳极或共阴极。74LS247驱动器是低电平输出，采用共阳极数码管。校时电路刚接通电源或走时不准时，都需要进行时间校准。实现校时电路的方法有很多，采用

29、基本R-S触发器构成单脉冲发生器是其中的一种，电路如图。（4）调试要点画出整个系统的电路图，并列出所需器件清单。采购器件，并按电路图接线，认真检查电路是否正确，注意器件管脚的连接，“悬空端”、“清零端”、“置1端”要正确处理。.调试振荡器电路，用示波器观察振荡频率输出。将振荡输出频率送入各分频器，观察其输出频率是否符合设计要求。检查各级计数器的工作情况。观察校时电路的功能是否满足校时要求。当分频器和计数器调试正常后，观察电子钟是否正常准确地工作。2、交通灯控制电路设计 由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，为确保车辆安全、迅速地通行，在交叉路口的每个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯

30、。红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁行线外。实现红、绿灯的自动指挥对城市交通管理现代化有着重要的意义。（1）设计目的掌握交通灯控制电路的设计、组装与调试方法。熟悉数字集成电路的设计和使用方法。（2）设计任务与要求用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯，而支干道允许亮绿灯时，主干道亮红灯。主支干道交替允许通行，主干道每次放行30s、支干道20s。设计30s和20s计时显示电路。在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮5s的黄灯作为过渡，以使行驶中的车辆有时间停到禁止线以外，设置5s计时显示电路。（3）交通灯控制电路基本原理

31、及电路设计实现上述任务的控制器整体结构如图计时器主 控 制 器译码驱动电路主干道信号灯支干道信号灯主控制器主控电路是本课题的核心，它的输入信号来自车辆的检测信号和30s、20s、5s三个定时信号，它的输出一方面经译码后分别控制主干道和支干道的三个信号灯，另一方面控制定时电路启动。主控电路属于时序逻辑电路，可采用状态机的方法进行设计。主控电路的输入信号有：主干道有车A1，无车A0；支干道有车B1，无车B0；主干道有车过30s为L1，未过30s为L=0；支干道有车过20s为S1，未过20s为S0；黄灯亮过5s为P1，未过5s为P0。主干道和支干道各自的三种灯（红、黄、绿），正常工作时，只有4种可能

32、，即4种状态：主绿灯和支红等亮，主干道通行，启动30s定时器，状态为S0；主黄灯和支红灯亮，主干道停车，启动5s定时器， 状态为S1；主红灯和支绿灯亮，支干道通行，启动20s定时器，状态为S2；主红灯和支黄灯亮，支干道停车，启动5s定时器，状态为S3。可用2个JK触发器表达上述四种状态的分配和转换。计时器电路这些计时器除需要秒脉冲作时钟信号外，还应受主控器的状态和传感器信号的控制。例如30s计时器应在主、支干道都有车，主控器进入S0状态（主干道通行）时开始计时，等到30s后往主控器送出信号（L1）并产生复零脉冲使该计数器复零。同样20s计时器必须在主、支干道都有车，主控器进入S2状态时开始计数

33、，而5s计时器则要在进入S1或S3状态时开始计数，待到规定时间分别输出S1、P1信号，并使计数器复零。设计中30s计数器可以采用两个十进制计数器T210级连成三十进制计数器，为使复零信号有足够的宽度，可采用基本RS触发器组成反馈复零电路。按同样的方法可以设计出20s和5s计时电路，与30s计时电路相比，后两者只是控制信号和反馈信号的引出端不同而已。译码驱动电路A、信号灯译码电路主控器的四种状态分别要控制主、支干道红黄绿灯的亮与灭。令灯亮为“1”，灯灭为“0”，主干道红黄绿等分别为R、Y、G，支干道红黄绿等分别为r、y、g，则信号灯译码电路真值表为：信号灯译码电路真值表输入输出Q2Q1RYGry

34、g00001100010101001010001011100001由真值表可进一步得到各灯的逻辑表达式，进而确定其电路形式。B、计时显示译码电路 计时显示实际是一个定时控制电路，当30s、20s、5s任一计数器计数时，在主支干道各自可通过数码管显示出当前的计数值。计数器输出的七段数码显示用BCD码七段译码器驱动即可，具体设计可参考课题一电子数字钟的译码、显示部分。时钟信号发生器电路产生稳定的“秒”脉冲信号，确保整个电路装置同步工作和实现定时控制。此电路与课题一数字钟的秒脉冲信号产生电路相同，可参阅其中晶体振荡电路、分频电路的设计。如果计时精确度要求不高，也可采用RC环形多谐振荡器。传感器设计中

35、用开关代替传感器，主干道有车A1，无车A0；支干道有车B1，无车B0；（4）调试要点画出整机电路图，并列出所需器件清单。采购器件，并按电路图接线，认真检查电路是否正确，注意器件管脚的连接，“悬空端”、“清零端”、“置1端”要正确处理。秒脉冲信号发生器与计时电路的调试与上一设计相同。主控器电路的调试，可用逻辑开关S1、S2、S3、S4、S5分别代替A、B、L、S、P信号，秒脉冲作时钟信号，在S1S5不同状态时，主控器状态应按状态转换图转换。如果以上逻辑关系正确，即可与计时器输出L、S、P相接，进行动态调试。此时，A，B信号仍用逻辑开关S1、S2代替。信号灯译码调试亦是如此，先用两个逻辑开关代替Q

36、2、Q1，当Q2、Q1分别为00、01、10、11时，6各发光二极管应按设计要求发光。各单元电路均能正常工作后，即可进行总机调试。3、四人智力竞赛抢答器（1）设计目的掌握四人智力竞赛抢答器电路的设计、组装与调试方法。熟悉数字集成电路的设计和使用方法。（2）设计任务与要求设计任务设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。 用数字显示抢答倒计时间，由“9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器连续响0.5秒。选手抢答时，数码显示选手组号，同时蜂鸣器响0.5秒，倒计时停止。设计要求A、4名选手编号为：1，2，3，4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。B、给主持人设置

37、一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和抢答的开始。C、抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。D、抢答器具有定时（9秒）抢答的功能。当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响，音响持续0.5秒。参赛选手在设定时间（9秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，音响持续0.5秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时

38、间，并保持到主持人将系统清零为止。E、如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器报警（音响持续0.5秒），并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。F、用石英晶体振荡器产生频率为1Hz的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。（3）四人智力竞赛抢答器电路原理及设计电路主要由脉冲产生电路、锁存电路、编码及译码显示电路、倒计时电路和音响产生电路组成。当有选手抢答时，首先锁存，阻止其他选手抢答，然后编码，再经4线7段译码器将数字显示在显示器上同时产生音响。主持人宣布开始抢答时，倒计时电路启动由9计到0，如有选手抢答，倒计时停止。电路系统结构如图：扬声器数码显示脉冲电路倒

39、计时器译码器数码显示扬声器锁存器编码转换电路译码器主持人选手以锁存器为中心的编码显示电路抢答信号的判断和锁存可采用触发器或锁存器。若以四D触发器74LS175为中心构成编码锁存系统，编码的作用是把锁存器的输出转化成8421BCD码，进而送给7段显示译码器。其真值表为： 锁存器输出 编码器输出Q4Q3Q2Q1DCBA00010001001000100100001110000100抢答信号的锁存可通过D触发器的输出相“与”反馈门控触发脉冲实现，当无人抢答时，4个D触发器的输出Q非相与，为“1”时，脉冲能够进入触发器，有一人抢答时，与门中有一个变为“0”，使脉冲不能进入触发器，从而防止其他人抢答。脉

40、冲产生电路：采用石英晶体振荡器可产生高精度的秒脉冲，电路可参考多功能数字钟设计中的时钟电路。倒计时显示电路：该电路可采用十进制同步减计数器74LS190，主持人宣布开始时，按下按钮，同时使计数器置数为“9”，并在脉冲作用下开始倒计时并在显示器上显示，到零时停止。 音响电路：可以利用单稳态触发器74LS121产生定宽的抢答输出脉冲，接入蜂鸣器，根据脉冲宽度可计算得蜂鸣器鸣叫时间。再由主持人、选手、倒计时共同控制它的输入，使其在主持人开始、选手抢答、倒计时到零时都能鸣叫。 （2）数码显示器在数字系统中，需要将测量或运算结果用十进制数码直观地显示出来。数码显示器是用来显示数字、文 字或符号的器件，现

41、在已有多种不同类型的产品，广泛应用于各种数字设备中，目前广泛使用的显示方式 有点阵式和分段式显示器，常见的显示器有半导体显示器、液晶显示器、荧光数码显示器等。下面仅介绍 半导体七段显示器。半导体数码管是分段式数码显示器件，它有7个字段，每段为一个半导体发光二极管（Light Emitting Diode，简称LED），其字形结构如图2（a）所示。发光二极管与普通二极管一样，具有单向导电性。当外 加反向电压时，发光二极管截止；当外加正向电压且数值足够大时，发光二极管导通，发光二极管能发出 清晰的光线。选择不同字段发光，可显示出不同的字形，例如当b，c段亮时，显示1.半导体七段显示器分为共阴极接法

42、和共阳极接法两种，分别如图2（b），（c）所示。对于共阴极接法 ，若需某字段亮，则需使该字段为高电平；同理，对于共阳极接法，若需某字段亮，则需使该字段为低电平。图2 半导体数码管共阴极接法和共阳极接法发光二极管正向工作电压一般为1.53V，驱动电流需要几毫安至十几毫安。在实际应用中，应在每个二 极管支路串接限流电阻以防电流过大而损坏二极管。（3）七段显示译码器74LS247七段显示译码器的主要功能是把8421BCD码译成对应于数码管的7个字段信号，驱动数码管，显示出相应 的十进制数码。 74LS247功能表 图3 74LS247引脚图表2和图3分别示出七段译码器74LS247（共阳接法）的功能

43、表和引脚图。A3,A2,A1,A0是8421BCD码的4位 输人信号，a,b,c,d,e,f,g是七段译码输出信号，LT，RBI，BI为控制端。灯测试输人端LT：当LT=0，BI1时，无论A3A0为何种状态，a,b,c,d,e,f,g的状态均为0，数码管七段 全亮，显示“8”字形，用以检查七段显示器各字段是否能正常工作。灭零输入端RBI：当RBI0时，且LT1，BI0时，若A3A0的状态均为0，则所有光段均灭，在数字显 示中用以熄灭不必要的0。例如，显示0021，21前面的两个0是多余的，可以通过在对应位加灭零信号 （RBI0）的方法去掉多余的零。图4 74LS247和半导体数码管的连接图灭灯

44、输人/灭零输出端BI：当BI0时，无论LT，RBI及数码输人A3A0状态如何，输出a,b,c,d,e,f,g均 为1，七段全灭，不显示数字；当BI1时，显示译码器正常工作。图4所示为74LS247和共阳极TLR0501HRA半导体数码管连接图。74ls04引脚图74LS04引脚功能及真值表：常用芯片74ls32引脚图管脚功能真值表作者：来源：本站原创点击数： 4068更新时间：2007年12月21日74LS32是四2输入或门，常用在各种数字电路以及单片机系统中。 表达式为：Y=A+B 引脚排列图管脚功能：左下1-1A，2-1B， 3-1Y；4-2A，5-2B，6-2Y；7-GND； 右起：右上

45、8-3Y，9-3A，10-3B；11-4Y，12-4A， 13-4B；14-VCC 其中A，B为输入端，Y为输出端，GND为电源负极，VCC为电源正极。 电子和单片机元件资料库里还有很多资料下载，欢迎到首页查找。A B 0-0 0 00 1 11 0 11 1 1 一 设计任务与要求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，同时扬声器发出报警声响提示。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

46、除为止。4. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。5. 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和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。 二、设计原理与参考电路1数字抢答器总体方框图 如图所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到清除状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；选手在定时时间内抢答时，抢答器

47、完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作清除和开始状态开关。2单元电路设计本抢答器仅用两块数字芯片便实现了数显抢答的功能，与其他抢答器电路相比，有结构简单、成本低、制作方便的优点。实用可靠、成本极低，十分适合学校教学使用。设计原理图：原理图见上图所示，为常用的四七段译码器，其为试灯脚；为消隐（灭灯）脚，和接高电平（电源）；端为选通脚，开始抢答前接低电平。1、2、6、7脚为码输入端，915脚为七个输出端，直接驱动数码二极管显示器，接通电源开关，数码管显示“”。CD4511真值表如下：3锁存电路与

48、7段显示译码器74LS30引脚图07为8个抢答按键，是码段译码器。74LS30是输入与非门.初始状态下，驱动数码管显示，即、这六个笔画为，仅笔画为，现将笔画信号用三极管9013反相，这样，在初始状态下，74LS30的个输入端便全为，其输出为，使段译码器处在译码状态，这时按键信号可以输入。又因显示除以外的其他数字时，a这个图画信号至少有一个是，使74LS30输出，相应地，段译码器处于锁存状态。所以当某一按键按下时，74LS30就输出锁存信号，使段译码器将已键入的数字锁存显示。这样，后按下的键就不起作用了，数码管就只显示最先按下的键号，起到了抢答的作用。和组成积分电路对锁存信号作短暂的延时，其作用

49、是让数字电路有足够的响应时间，使锁存稳定，以免显示乱码。8为复位键，该键在主持人喊“开始”前按下，按下后数码管显示。4. 数码管引脚图5所需的实验器材：a.实验电路面包板一块b.CD4511、74LS30、共阴译码管各1只c.二极管9只、开关9只、0.01uf电容1只、9013三极管1只d.100K电阻4只、10K电阻2只、2K电阻1只三一些错误1 显示器上不显示数字，我们从后级往前级进行测试，首先用1.52V的电压作用各个笔段,看对应各笔段是否亮,判断是否完好。若完好则继续检测CD4511芯片是否完好。在CD4511的A、B、C、D四个输入端随意输入一组二进制数码（用高低电平表示1和0，此处

50、注意要用到8V以上的电源电压），看是否能显示数字。无显示的故障一般问题出在这两个环节。2 若显示器上显示的是不符合要求的数字，在设计原理正确的前提下，首先通过测试判断CD4511的输出ag与LED管的ag笔段是否连接有错。其方法是CD4511的输出ag分别按规律输入高低电平，观察LED管是否显示相应的数字。如果这个环节正常，则问题在二极管编码电路，再逐一进行检查。3 如果不能锁存，或是锁存不了1和7，则问题在锁存电路，应该从原理上进行分析。锁存电路的设计原理是：启用CD4511的锁存功能端LE，高电平有效，即输入高电平时执行锁存功能。锁存器应能锁定第一个抢答信号，并拒绝后面抢答信号的干扰。如何

51、设计呢，我们对09十个数字的显示笔段进行分析，只有0数字的d笔段亮与g笔段灭，其它数字至少有一点不成立。由此可以区分0与其它数字。我们将LED管的a笔段与g笔段的输入信号反馈到锁存电路，通过锁存电路控制锁存端LE输入为0或1（锁存与否）。当LED显示器显示为0时，LE=0，CD4511译码芯片不锁存；当LED显示器显示其它数字时， LE=1，芯片锁存。这样只要显示器上显示为0，CD4511译码芯片才不锁定，显示其它数字均锁存。所以只要有选手按了按键，显示器上一定是显示18的数字，LE=1芯片锁存，之后任何其他选手再按下按键均不起作用。例如SB1键先按下，显示器上显示1，LE=1芯片锁存，其他选

52、手再按SB2SB8，显示器上仍显示1，SB1按下之后的任一按键信号均不显示。直到主持人按清零键SB9，显示器上又显示0，LE=0，锁存功能解除，又开始新一轮的抢答。若所有的数字都不能锁存，说明不管LED显示什么数字，CD4511管脚的5脚输入为电平，可能是5脚与地短接或者是锁存电路的两个二极管VD13和VD14断开等故障；若只有1和7两个数字不显示则可以分析一下其原因：显示1和7数字时g段不亮，CD4511的g输出端为低电平，VD14截止，而b段亮d段不亮本应该三极管VT截止而使VT13导通，产生高电平（锁存信号）给LE，现在不能锁存说明VD13截止，推断是三极管击穿损坏。4 在测试的过程中我

53、们一定要注意，高低电平的测试电压数值要针对不同的电路而选取不同的数值。比如，针对LED管，高电平只能用1.52V,而在CD4511的输入端高电平要用到8V以上的电源电压。选高了，会烧管子；选低了，会看不到效果，甚至产生误判断。5. 判断PNP型和MPN型晶体管：用万用表的R1k(或者R100)档。用黑表笔接晶体管的某一个管脚，用红表笔分别接其它两脚。如果表针指示的两个阻值都很大，那么黑表笔接晶体管的某一个管脚，用红表笔接其它两脚。如果表针指示的两个阻值都很大，那么黑表笔所接的那一个管脚是PNP型的基极，如果表针指示的两个阻值都很小，那么黑表笔所接的那个一个管脚是NPN型的基极；如果表针指示的阻

54、值一个很大，一个很小，那么黑表笔所接的那一个管脚不是基极。这就要另换一个管脚来试。以上方法，不但可以判断基极，而且可以判断是PNP型还是NPN型晶体管。判断基极后就可以进一步判断集电极和发射极。先假定一个管脚是集电极，另一个管脚是发射极。然后反过来，把原先假定的管脚对调一下，再估测值，其中，值大的那次的假定是对的。这样就把集电极个发射极也判断出来了。四.遇到的困难及解决的方法:1.我们这次做的八路抢答器是安装在面包板上的。在安装电路之前要仔细的检查一下面包板的导通状态。也许在面包板的插孔里面留下硬线的铁丝。或有的2个孔之间不能导通的倒通了。在安装元件之前都要把这些问题排除掉。要不然在调试的时候很难找到问题的出错点。2.在安装的时候要小心不要把二极管的正反接错了。要不然在数码管就不能显示正常的数字。有时候连数码管都不亮。3.在安装开关的时候要注意4脚开关的脚的导通状态。在接导线的脚和接二极管的脚之间不能让他们短路。要不然开关就起不到开关的作用了。相当于导线。在设计中还有一只三极管，同样也要正确的判断它们3只脚的b，c，e，如果出错了，则74LS30的锁存功能将遭到破坏。4.在布线的时候也要注意，铁丝不能插的太深，也不能搭高架桥似的，因为这些细节的出错往往很难找到错的原因。空间的其他文章：