一、课程设计目的：训练学生综合地运用所学的<模拟电子技术><数字电子技
术>的基本知识，、完整地设计一定功能的电子电路，并培养设计软件应用和仿真等综合能力。
二、课程设计题目：数字式竞赛抢答器
三、设计要求：
㈠基本要求：
1）设计制作一个可容纳四组参赛的数字式抢答器，每组设置一个抢答按钮供
抢答时使用，且电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。
2）在主持人将系统复位并发出抢答指令后，用数码管显示第一抢答组别且该组别对应指示灯亮，同时电路应具有自锁功能，使别的抢答开关不起作用。
3）设置计分（含加分与扣分）电路。 ㈡扩展要求：
4）对提前抢答和超时作答的组别鸣喇叭示警，并由组别电路显示出犯规组别。
四、设计思路：
要设计一个四人组的数字式竞赛抢答器，每组设置一个抢答按钮供抢答时使用，且电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能，首先就要用到四个供选手抢答的开关和四个D边沿触发器，故要用到一个集成芯片74LS175D来实现。而要用数码管显示第一抢答组别且该组别对应指示灯亮，则要用到四个LED灯和一个数码管显示器，要想显示器显示出对应组数，需要用到编码器74LS148D和译码器74LS48D。要对提前抢答和超时作答的组别鸣喇叭示警，就要用到另一译码器74LS48D和显示器，且要一个十进制加/减计数器来实现倒计时功能，鸣喇叭则要用到蜂鸣器和芯片SN74121N来实现。最后就是时钟信号用方波信号，这可以用555定时器制成多谐振荡器来实现。
五、电路框图：
选手抢答开关 D触发器 编码器 译码器 数码显示器 主持人控制开关 喇叭示警 计数器 数码显示器
六、总逻辑电路
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七、分立电路分析：
（1）四人抢答电路
这部分主要的器件为D触发器，其特征方程为Qn+1=D，即输入高电平，输出也为高电平，反之则为低电平。当没有选手抢答时，D触发器输入端D1、D2、D3、D4输入为“0”，故输出端Q1、Q2、Q3、Q4也为0，LED灯不亮，而它们的非端输出为“1”，经两次反相后仍为“1”，再与一脉冲信号与非后输入到触发器的时钟信号端。当有选手抢答时，如第二组的选手抢答，Q2输出为“1”，其对应的LED灯亮，而其他组的输出依然为“0”，它们与非再反相后变为“0”，再与脉冲信号与非后变为“1”接入到D触发器的时钟信号端，此时时钟信号保持为“1”，从而将所有的D触发器锁定，使其他选手再抢答时无效，实现第一抢答信号的鉴别和锁存功能。当主持人按下清零开关时，D触发器重新开始工作。
（2）显示组别的显示器：
3
因为编码器74LS148是低电平输入有效，故若第三组抢答时，Q3输出的“1”需经反相器反相后变“0”再输入D2端才能有效。信号经编码后变为
“011”，再经两次反相后输入到显示译码器74LS48中，经其译码后输入显示器中从而显示出来。
（3）倒计时部分：
我们知道，十进制计数器74LS190中，当RD'=1、LD'=0时，电路工作在同步预置数状态，且当U'/D=1时为减法计数（以脉冲的上升沿计数）。故当置数端LOAD输入“0”且得到一个上升沿信号时计数器置入数“1001”，经译码器
74LS48译码后显示器显示数字“9”，进位输出端RCO输出“1”再与脉冲信号与非后接入计数器的时钟信号端，此后置数端输入“1”，而计数器每接收到一个上升沿信号减一，并在显示器中显示出来，从而实现倒计时功能。当到“0”时，进位端RCO输出“0”，使计数器的时钟信号保持为“1”，不再产生上升沿从而也就不再计数。节目主持人通过按复位键来进行抢答倒计时，并且计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路555提供。
（4）喇叭鸣警部分：
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由74LS121和蜂鸣器构成的报警电路。其中74LS121的脉冲输入端是由复位信号和Q非的与信号和借位信号与在一起来提供的。当其中一个信号为低电平时，使得它得到一个下降沿脉冲，从而使其Q端输出一个宽度为一秒的高电平，那么蜂鸣器就会响一秒。反之，电路停振，蜂鸣器不响。从而实现喇叭鸣警功能。
（5）555多谐振荡器：
本次设计用555定时器接成多谐振荡器来产生方波信号，其周期为T=(R4+2R2)*C2ln2，频率为ω=1/T=1kHz，另一时钟信号频率为1Hz。
八、所需元件：
元件
5
个数
开关 500Ω电阻 40Ω电阻 1kΩ电阻 5kΩ电阻 20kΩ电阻 100nF电容 5.6uF电容 LED灯 74LS175 74LS20 74LS00 74LS04 74LS148 74LS48 NE555 74LS121 数码显示器 蜂鸣器 5 5 1 5 2 2 4 1 4 1 1 1 2 1 2 2 1 2 1
九、本次设计的不足：
本次设计出的电路仍然存在着许多不足之处，电路还可以再简略一些以此来节省元件，如与LED灯串联的四个电阻可以只用一个再接地。而且仿真时，电路不够稳定，有时仿真到一半会出现软件停止运行的情况。还有就是设计要求的计分加分功能未能实现。而在电路排版时也不是很好，从而导致接线有点混乱，容易出错。这些仍有待进一步改善。
十、设计总结：
本次是第一次做课程设计，所以难免会在设计中出现许多问题，但通过本次的课程设计，使我对《数字电子技术基础》和《模拟电子技术基础》有了更深一层的认识。在本次课程设计之前，我只对很少一部分的元件芯片熟识，但经过这次的设计实践之后，我对元件芯片的认识理解有了一个质的飞跃，并且通过设计，我学会了如何去根据实际需要去查找相关的资料，学会了焊接电路板，更熟悉使用虚拟电子室软件仿真，增进了同学之间的合作精神，这些都是平时生活学习中很难学到的。说心里一句，看着自己亲手辛辛苦苦做出来的实物，真的特别有自豪感，而且我还明显感受到了自己的动手能力得到了加强。这次的作出的抢答器实物开始时并不成功，第一次测试时竟然一个功能都没有实现，这着实令人伤心。当我们并不丧气，而是积极去寻找失败的原因。经过我们两人的仔细分析观察后，终于发现了一个很弱智的错误，我们所有的芯片竟然都未有接电源和地，这不失败才怪。于是我们赶紧把所有的芯片都接上电源和地。再测试，还是有点问题——LED灯不按开关也会亮。为什么呢？又经过几番努力，终于知道还要在开关的一端接上地才能保
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证在不按开关时电路的输入端保持在低电平。最后，我们终于成功了，真的还开心。因为这是我们共同努力的成果。在今后的日子里，我一定会更加努力。我坚信只要有付出，就一定会有收获。
十一、主要参考书目：
1、童诗白、华成英，《模拟电子技术基础》； 2、康华光，《电子技术基础》模拟、数字部分； 3、毕满清，《电子技术实验与课程设计》
十二、实物照相：
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