课程设计说明书
课程名称： 数字逻辑设计及应用
题 目： 三路抢答器的设计
学生姓名： 专 业： 信息显示与光电技术_ 班 级： ___11090401______ 学 号： __ 指导教师： ___ _____ 日 期： 2012 年 6 月 24日
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课 程 设 计 任 务 书
一、 设计题目
三路抢答器的设计
二、 主要内容及要求
要求实现逻辑功能：
1.抢答器同时供3名选手或3个代表队比赛，分别用3个按钮S1 ~ S3表示。 2.设置一个系统清除和抢答控制开关S0，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，同时扬声器发出音乐提示。先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
4.下一答题环节，主持人按下复位键，抢答器再次处于可抢答状态。
三、 进度安排
6月14日选题，确定设计内容；
6月15日设计电路，实现相应逻辑功能； 6月24日导师指导并答辩； 6月26日提交纸质设计论文。
四、 总评成绩
目录
一、设计任务与要求 ....................................................................................................................... 4
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二、方案设计与论证 ....................................................................................................................... 4
1、分解任务要求 ..................................................................................................................... 4 2、主要单元电路 ..................................................................................................................... 5
2.1 二输入4与非门74LS00 .......................................................................................... 5 2.2 三输入3与非门74LS10 .......................................................................................... 6 2.3 四D触发器74LS175 ............................................................................................... 7 2.4 555定时器构成的多谐振荡器 ............................................................................... 8 2.5 抢答器按键部分 ...................................................................................................... 10 2.6抢答器指示及发声部分 ........................................................................................... 10 3、主电路设计 ....................................................................................................................... 11 三、仿真调试与分析 ..................................................................................................................... 11 四、结论与心得 ............................................................................................................................. 13 五、参考文献 ................................................................................................................................. 13
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三路抢答器的设计
一、设计任务与要求
（1)主持人能通过复位键将抢答器置于重新抢答状态。 （2）选手按下抢答器，二极管发光，扬声器响起。
（3）最先按下抢答器的同时通过与非门电路将抢答信号反馈回来，锁住抢
答器主体，获得答题权。 （4）下一答题环节，主持人按下复位键，抢答器再次处于可抢答状态。
二、方案设计与论证
1、分解任务要求
（1）二输入4与非门74LS00 (2)三输入3与非门74LS10 (3)四D触发器74LS175
(4) 555定时器构成的多谐振荡器 (5)抢答器按键部分 (6)抢答器指示部分
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2、主要单元电路
2.1 二输入4与非门74LS00
图2-1 二输入4与非门74LS00的内部逻辑图
74LS00有外部14个管脚，内部由四个二输入与非门电路构成。现取其中一个列其功能表： Y=AB
表2-1 二输入与非门功能表
输入 A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Y 1 1 1 0 输出
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2.2 三输入3与非门74LS10
图2-2 三输入3与非门74LS00的内部逻辑图
74LS10有外部14个管脚，内部由三个三输入与非门电路构成。现取其中一个列其功能表：
Y=ABC
表2-2 三输入与非门功能表 输 入 输 出 0
A B C Y 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0
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2.3 四D触发器74LS175
图2-3 74LS175引脚图
图2-4 四D触发器逻辑图
四D触发器，顾名思义，是由四个触发器构成，并且这四个触发器为上升沿触发，其功能表为：
表2-3 四D触发器74LS175的功能表 输 入 RD L CP × D1 × D2 × D3 × D4 × Q1 L 输 出 Q2 L Q3 L Q4 L 7
H H H ↑ H L D1 × × D2 × × D3 × × D4 × × D1 D2 D3 D4 保 持 保 持 2.4 555定时器构成的多谐振荡器
2.4.1 555定时器
555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器因此集成555定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。
555 定时器的内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 。
图2-5 555定时器内部结构
2.4.2 555定时器构成的多谐振荡器
555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。因此集成555定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。
用555定时器组成的多谐振荡器如图3.4.2所示。接通电源后，电容C被充电，当vc上升到2VCC /3错误!未找到引用源。时，使vo为低电平，同时放电三极管TD导通，此时电容C通过R2和TD放电, vc下降到VCC /3 时，vo翻转为高电平。电容C放电所需时间为：
tpL= R2Cln 2≈0.7R2C
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当放电结束时，TD截止，Vcc将通过R1 、R2向电容充电，vc由VCC /3 错误!未找到引用源。上升到2VCC /3所需的时间为：
tpH=(R1+R2)Cln2≈0.7 (R1+R2)C
当vc上升到2VCC /3错误!未找到引用源。时，电路又翻转为低电平。如此循环往复，在输出端得到一个周期性的矩形波。其振荡频率为：
f =1/( tpL + tpH) ≈1.43/[(R1+R2)C]
其振荡周期为:
T=1/ f =(R1+R2)C/1.43
由于555定时器内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，用555定时器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响较小。
（a）
(b)
图2-6 555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形
（a）电路图 （b）工作波形
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2.5 抢答器按键部分
在本电路中，需要三位选手各一个抢答按键和主持人一个复位按键。考虑到抢答器实际需要，在此不采用单刀双掷开关，因为单刀双掷开关在选手抢答之后需要手动扳回，增加了操作的复杂性。所以选用可复位按键，以减少操作流程。
(a) (b)
图2-7 抢答器按键部分 （a）抢答部分 （b）复位键
如图（a）所示，选手按键区，在常态下，S1、S2、S3处于断开状态，输出端接地处于低电平。当按键按下去时接通电源，由于电阻R7、R8、R9的作用，输出端会输出高电平。松开按键，输出端再次变为低电平。图（b），常态下Rd端通过电阻R6接通5V电源，从而接收到高电平。当按下S0键，Rd端直接接地，变为低电平信号。松开S0，Rd再次变为高电平。
2.6抢答器指示及发声部分
图2-8抢答器指示及发声部分
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抢答器指示部分主要有指示灯显示对应的作出抢答的选手，和发声部分。其中指示灯选取三个发光二极管接在相应的电路中，发声功能则选取一个扬声器来完成。鉴于74LS175输出电压较小，并且通过电阻和二极管的管压降效应，导致扬声器的电压更小，从而无法驱动负载。所以在扬声器的发生部分加上一个三极管放大电路，保证扬声器能够正常工作。
3、主电路设计
三、仿真调试与分析
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抢答前，D1、D2、D3和Q1、Q2、Q3均处于低电平状态，Q1、Q2、Q3处于高电平状态，所以三者通过一个三输入与非门，再经过一个二输入与非门之后处于高电平状态，这个高电平和多谐振荡器通过一个开始抢答时，按下抢答键S1，此时四D触发器D1接收到一个高电平信号，和多谐振荡器汇合通过一个与非门之后，仍然为高低电平的振荡波形，并输送至74LS175 的CP端。
抢答开始时，按下S1键，此时74LS175的D1端接收到一个高电平信号，D1、D2、D3状态为H、L、L，经CP端触发Q1、Q2、Q3状态也为H、L、L，Q1将高电平信号输送至相应的指示灯（二极管），指示灯亮，扬声器发声；此时，Q1、Q2、
Q3状态为L、H、H，经过两个与非门得到低电平，与多谐振荡器汇合通过一个与非门得到一个持续的高电平，并输送至74LS175的CP端，当CP端不再变化时，四D触发器74LS175处于保持状态，S2与S3再按下时，四D触发器不再响应。
抢答结束，主持人按下复位键S0，四D触发器RD端接收到低电平信号，74LS175清零。松开按键S0，RD端接收到高电平信号，抢答器复位至抢答前的状态，可以进入下一抢答环节。
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四、结论与心得
通过此次课程设计，是我的能力有了一定程度的提高，并且在数字逻辑
电路技术和理论基础上有了更深的了解。通过在设计过程中的发现问题、解决问题，增长了许多宝贵经验。巩固了本学期学的数字电路知识。通过设计这个简易三路抢答器，对逻辑电路有了更近一步的了解。通过查阅文献资料，提高了文件检索和查找数据手册的能力。通过画原理图，复习了Protel软件的使用。同时又发现自己的许多不足之处，一些知识还需提高。
由于个人能力和时间原因，本设计不尽完善，尚有不足之处，有可改进之处，还望老师提出改进意见。
五、参考文献
[1] 康华光，《电子技术基础》，高等教育出版社，2006年第五版；
[2] 徐国华，《模拟及数字电子技术实验教程》，北京航空航天大学出版社，2004； [3] 鲁捷 等，《Protel2004电路设计》，清华大学出版社，2007； [4] 王澄非，《电路与数字逻辑实践》，东南大学出版社，1999年10月 [5] 姚福安，《电子电路设计与实践》，山东科学技术出版社，2001年10月。
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