1、 1 绪言绪言 为了加深对数字电子技术课程理论知识的理解，有效地提高动手能力，独立 分析问题、解决问题能力，协调能力和创造性思维能力，树立严谨的科学作风， 培养综合运用理论知识解决实际问题的能力。 现设计一个四人智能抢答器，通过 电路的设计、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践 的基本技能，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。 四人 智力 竞赛 抢答器 一、设计任务与要求 1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。由主持人控制，抢答前 锁定抢答器，抢答时开启电路；用发光二极管 LED 显示哪个选手抢到。 2设计要求 （1）4 名选手编号为：1，2，3，4
2、。各有一个抢答按钮和发光二极管，按钮 和发光二极管的编号都与选手的编号对应，也分别为 1，2，3，4。 （2）给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零和抢答的开始。 （3）抢答器具有数据锁存功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选 手编号立即锁存，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。 、电路原理分析 下图为供 4 人用的智力竞赛抢答装置电路，用以判断抢答优先权。图中 F1 为 4D 触发器 74LS175，它具有公共置 0 端和公共 CP 端；F2为双 4 输入与非门 74LS20； F3是由 74LS00 组成的多谐振荡器； F4是由 7
3、4LS74 组成的 4 分频电路。 F3，F4组成抢答电路中的 CP 时钟脉冲源。抢答开始时，由主持人清除信号，按 下复位开关 S5，74LS175 的输出 Q1Q4全为 0，所有发光二极管 LED 均熄灭。 当主持人宣布“抢答开始”后，首先做出判断的参赛者立即按下开关，对应的发 光二极管点亮，同时，通过与非门 F2送出的信号锁住其余 3 个抢答者的电路， 2 不再接受其他信号，直到主持人再次清除信号为止。 四人智力抢答器原理图 三、电路设计与单元电路分析 1.电路设计 电路由选手开关电路、主持人开关电路、触发锁存电路、时间脉冲电路、抢 答鉴别电路和显示电路组成。 3 2.单元电路分析 （1）
4、选手开关 此电路由 4 个开关组成，四位抢答者通过开断各自的开关开关实现抢答，给 编码器输入高低电平，其中低电平为有效抢答信号。 （2）主持人开关 此电路由 1 个开关和一个 1k的电阻组成，主持人通过开断开关控制整个 电路开合。 （3）触发锁存电路 此电路由 4D 触发器 74LS175 组成。它具有以下功能：1.清零功能(用集成触 发器清除端实现，由主持人输入手动负脉冲控制)。2.四个抢答键控制功能(有按 键实现)。3显示功能(用数字逻辑实验箱中的发光二极管实现。4.脉冲信号控 制功能(由主持人输入手动正脉冲控制)。 其功能表如下： （4）时间脉冲电路 此电路由 74LS00 组成的多谐振
5、荡器和 74LS74 组成的 4 分频电路组成。 其中，74LS00 的内部结构图和真值表如下： 选手开关 触发锁存电路 主持人开关 抢答鉴别电路 显示电路 时间脉冲源 4 真值表：真值表： Inputs 输入 输出 A B Y L L H L H H H L H H H L 74LS74 的内部结构如下： （5）抢答鉴别电路 此电路由双 4 输入与非门 74LS20 组成，用以鉴别灯的亮与不亮。其内部结 构和真值表如下： 5 （6）显示电路 此电路由四个发光二极管 LED 和四个 100电阻串联组成，当哪个选手抢 答到，则其对应的发光二极管亮。 四、总原理图及元器件清单 1总原理图（见上原理
6、图） 2. Multisim 仿真图如下： 6 此图为一号选手抢答到时的情况 3元件清单 名称 元件序号 型号 主要参数 数量 4D 触发器 U1 74LS175 1 输入与非门 U2 74LS20 1 多谐振荡器 U3 74LS00 1 分频电路 U6 74LS74 1 普通电阻 R14 100 4 普通电阻 R5 1k 1 三相开关 J15 5 名称 元件序号 型号 主要参数 数量 普通电容 C1 0.1F 1 续上表 发光二极管 LED14 红色 4 导线 若干 万能板 1 五、结论与心得 此次设计我们得到的最终结论如下：抢答开始时，由主持人清除信号，按 下复位开关，所有发光二极管 LED 均熄灭。当主持人宣布“抢答开始”后，首 先做出判断的参赛者立即按下开关，对应的发光二极管点亮，同时，通过与非门 F2送出的信号锁住其余 3 个抢答者的电路， 不再接受其他信号， 直到主持人再次 清除信号为止。 此次设计圆满完成，但也有不足之处。例如，当其中的一个开关出现故障 时（如短路），主持人开关电路将不能清零。 通过此次设计，我们进一步加深了对数字
