(一)设计采用元件 .................................................................................................................... 3 （二）主要单元电路的设计 ................................................................................................... 3
1.抢答电路设计 ................................................................................................................ 3 2.报警电路设计 ................................................................................................................ 4 3.分数显示，预置、加减分数电路设计 ........................................................................ 4
五、主要元器件介绍 ....................................................................................................................... 6
（1）74HC573 ......................................................................................................................... 6 （2）74LS148 .......................................................................................................................... 7 （3）数码显示译码器 ............................................................................................................. 9 （4）555 ................................................................................................................................. 11 （5）74LS190 ........................................................................................................................ 13 六、调试过程及问题 ..................................................................................................................... 14 七、参考书目 ................................................................................................................................. 15 八.电路总图 .................................................................................................................................... 16
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一．设计题目
设计一个8路抢答器
二．设计要求
1．给定的主要器件：74LS148 、74LS573 、555 、计数器
2. 功能要求：设计一个智力竞赛抢答器，可同时共8名选手参加比赛，并具有定时抢答功能。具体功能要求如下： 基本功能：
（1） 设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛， （2） 主持人可以进行预置分数和加/减分控制。
（3） 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，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。
三．设计方案
多路智力竞赛抢答器的组成框
该设计抢答器的电路主要是由抢答开关电路、触发电路、触发锁存电路、编码器、七段显示译码器几部分构成。
工作原理为：
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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。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。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。
四、具体设计过程
(一)设计采用元件
集成电路 74ls190 x2 4511x3 74ls148x1 74ls573x1 555x1 电容 100uf x1 4.7uf x1
电阻 10K x9 15k x1 510x1 220k x1 180kx1 1kx3 其他 三极管X1 二极管X2 非门X2 LED数码管X3 导线若干
（二）主要单元电路的设计
1.抢答电路设计
抢答电路的功能有两个：分辨出选手按按钮的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是使其他选手的按钮无效。用优先编码器74LS148和74HC573锁存器可实现上诉功能，其电路组成如下图：
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R5R2R310kR410kR610kR710kR810kR910k10k10kU1234567111D0D1D2D3D4D5D6D7LEOE74HC573Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q719181716151413121011121312345U1601234567EI74LS148A0A1A2GS97614345157126U11ABCDLTBILE/STB4511vccQAQBQCQDQEQFQG1312111091514EOS1S2S3+6vR1220 2.报警电路设计
由555定时器和三极管构成的报警电路如下图所示。555构成单稳态触发器，当C2的正极电平由高变低时，会使555的3脚输出一个正脉冲，从而使三极管导通，蜂鸣器发声，发光二极管发光。其发光时间长短由R和C1控制。
vccvccR15k8VCCLS3R13180SPEAKER4RQDC375CVD1R14LED-REDGNDC1100uf2TRTH6510Q22N2222AR1510kC2vcc47u1 3.分数显示，预置、加减分数电路设计
根据要求可知，分数显示要可以加减、预置分数。用74LS190构成的计数器可实现此功能，用一片190只能在0—9分范围内加减，无实际意义，故采用两片190构成两位十进制加减计数器，分数可在0—99范围内加减。显示分数还是采用常用的CC4511驱动LED显示分数。其电路如下图
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VCCU9151109144511D0D1D2D3CLKED/UPLTC74LS190Q0Q1Q2Q3RCO3267137126345U7ABCDLTBILE/STB4511QAQBQCQDQEQFQG13121110915143121U12:A7432U10151109144511D0D1D2D3CLKED/UPLTC74LS190Q0Q1Q2Q3RCO326713U87126345ABCDLTBILE/STB4511QAQBQCQDQEQFQG131211109151412612U6:C7404U2151109144511D0D1D2D3CLKED/UPLTC74LS190Q0Q1Q2Q3RCO32671371263455U4ABCDLTBILE/STB4511QAQBQCQDQEQFQG1312111091514R111k6112U12:B7432D2LED-RED151109144511U3D3LED-REDU57126345ABCDLTBILE/STB4511QAQBQCQDQEQFQG13121110915144Q0Q1Q2Q3RCO326713D0D1D2D3CLKED/UPL4TC125U6:B7404U6:A174042R101k74LS190R121kGND3 此图为两组分数，8组则再需上图中的元件6套（按钮开关、二极管、电阻以及左边的那个非门不再需要）。在连接电路时，将各组对应的190的使能端（上图中的悬空端接到改组对应的抢答电路的573和148之间对应的线上即可。
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五、主要元器件介绍
（1）74HC573
U7234567111D0D1D2D3D4D5D6D7LEOE74HC573Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q71918171615141312 1.真值表 ： Dn LE OE On H H L H L H L L X L L Q0 X X H Z 这个就是真值表,表示这个芯片在输入和其它的情况下的输出情况。 每个芯片的数据手册（datasheet）中都有真值表。 布尔逻辑比较简单,在此不赘述; 2. 高阻态
就是输出既不是高电平,也不是低电平,而是高阻抗的状态;在这种状态下,可以 多个芯片并联输出;但是,这些芯片中只能有一个处于非高阻态状态,否则会将芯 片烧毁; 高阻态的概念在RS232和RS422通讯中还可以用到。 3. 数据锁存
当输入的数据消失时,在芯片的输出端,数据仍然保持; 这个概念在并行数据扩展中经常使用到。
4. 数据缓冲
加强驱动能力。74LS244/74LS245/74LS373/74LS573都具备数据缓冲的能力。 OE：output_enable,输出使能;
LE：latch_enable,数据锁存使能,latch是锁存的意思; Dn：第n路输入数据; On：第n路输出数据;
再看这个真值表,意思如下：
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第四行：当OE＝1是,无论Dn、LE为何,输出端为高阻态; 第三行：当OE＝0、LE＝0时,输出端保持不变;
第二行第一行：当OE＝0、LE＝1时,输出端数据等于输入端数据;
（2）74LS148
在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器时，已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。在同时存在两个或两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不起作用。 74148是一个八线-三线优先级编码器。
如图所示的是八线-三线编码器74148的惯用符号及管脚图引脚图。
U7101112131234501234567EI74LS148A0A1A2GS97614EO15 74148优先编码器为16脚的集成芯片，除电源脚VCC(16)和GND(8)外，其余输入、输出脚的作用和脚号如图中所标。其中I0—I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，IE是使能输入端，OE是使能输出端，GS为片优先编码输出端。
由74148真值表可列输出逻辑方程为： A2 = (I4+I5+I6+I7)IE
A1 = (I2I4I5+I3I4I5+I6+7)·IE A0 = (I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7)·IE
使能输出端OE的逻辑方程为：
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OE =I0·I1·I2·I3·I4·I5·67·IE
当使能输入IE=1时，禁止编码、输出(反码)： A2,A1,A0为全1。(如表5.1.2第一行所示。)
当使能输入IE=0时，允许编码，在I0～I7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。
OE为使能输出端，它只在允许编码(IE=0)， 而本片又没有编码输入时为0。如表5.1.2中第二行所示)。
扩展片优先编码输出端GS的逻辑方程为：
GS = (I0+I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7)·IE
GS为片优先编码输出端，它在允许编码(IE=0)，且有编码输入信号时为0(如表5.1.2中第三至第十行)；若允许编码而无编码输入信号时为1(如表5.1.2第二行)；在不允许编码(IE=1)时，它也为1(如表5.1.2第一行)。
GS = 0表示“电路工作，而且有编码输入”
74148优先编码器真值表
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（3）数码显示译码器
a、七段发光二极管(LED)数码管
LED数码管是目前最常用的数字显示器，图6－5(a)、(b)为共阴管和共阳管的电路，(c)为两种不同出线形式的引出脚功能图。
一个LED数码管可用来显示一位0～9十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为2～2.5V，每个发光二极管的点亮电流在5～10mA。LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。
b、BCD码七段译码驱动器
此类译码器型号有74LS47（共阳），74LS48（共阴），CC4511（共阴）等，本实
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验系采用CC4511 BCD码锁存／七段译码／驱动器。驱动共阴极LED数码管。
下图为CC4511引脚排列
U77126345ABCDLTBILE/STB4511 图 CC4511引脚排列
其中 A、B、C、D — BCD码输入端
a、b、c、d、e、f、g — 译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED数码管。
LT — 测试输入端，LT＝“0”时，译码输出全为“1”
BI — 消隐输入端，BI＝“0”时，译码输出全为“0”
QAQBQCQDQEQFQG1312111091514 LE — 锁定端，LE＝“1”时译码器处于锁定（保持）状态，译码输出保持在LE＝0时的数值，LE＝0为正常译码。
表6－2为CC4511功能表。CC4511内接有上拉电阻，故只需在输出端与
数码管笔段之间串入限流电阻即可工作。译码器还有拒伪码功能，当输入码超过1001时，输出全为“0”，数码管熄灭。
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表6－2 输 入 LE BI LT D C 输 出 B A a b c d e f g 显示字形 消隐 消隐 消隐 消隐 消隐 消隐 消隐 锁存 × × × 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 × × × × 1 1 1 1 1 1 1 1 × × × × 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 锁 存 1 × × × × （4）555
555的管教如下图
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RVCC48U7QDC375CV2GNDTRTH61555 它是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5kΩ的电阻而得名。此电路后来竟风靡世界。目前，流行的产品主要有4个：BJT两个：555，556（含有两个555）；CMOS两个：7555，7556（含有两个7555）。
555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。
两个比较器 C1和 C2各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上，比较器的输出接到RS触发器上。此外还有输出级和放电管。输出级的驱动电流可达200mA。
比较器C1和C2的参考电压分别为UA和UB，根据C1和C2的另一个输入端——触发输入和阈值输入，可判断出RS触发器的输出状态。当复位端为低电平时，RS触发器被强制复位。若无需复位操作，复位端应接高电平。
555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。
555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 2.9.1 和图 2.9.2 所示。它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
555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触
发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。
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NE555是时基集成电路，它在应用和工作方式上一般可归纳为3类。每类工作方式又有很多个不同的电路。在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路，如：多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和无稳的组合等。 NE555时基电路封形式有两种，一是DIP双列直插8脚封装，另一种是SOP-8小型（SMD）封装形式。其他HA17555、LM555、CA555分属不同的公司生产的产品。内部结构和工作原理都相同。NE555属于CMOS工艺制造，图1是NE555的外形图，图2是它的内部功能原理框图，图3是它的内部等效电路。NE555的内部中心电路是三极管Q15和Q17加正反馈组成的RS触发器。输入控制端有直接复位Reset端，通过比较器A1，复位控制端的TH、比较器A2置位控制的T。输出端为F，另外还有集电极开路的放电管DIS。它们控制的优先权是R、T、TH。
（5）74LS190
74LS190是一个十进制可预置同步加／减计数器。 它的管脚图如图7.7
其中：CP是计数输入端；S是使能端，S=l时为保持态，S=0时为计数状态；M是 加／减工作方式控制端．M=0时为加计数，M＝l时为减计数，S端或M端必须在CP=1时才允许改变状态，否则会影响计数器正常计数。D3D2D1Do是预置数的数据输入端； LD是直接置数端，LD= 1时为计数状态，LD= 0时为置数状态，在此状态能把D3D2D1D0的数直接置入Q3Q2Q1Qo；Qcc／QCB，是进位／借位输出端，输出为正脉冲，宽度与计数脉冲的周期相同；QCR是进位时钟脉冲输出端，输出为负脉冲i它与计数脉冲的负脉冲同步等宽．
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U7151109144511D0D1D2D3CLKED/UPLTC74LS190Q0Q1Q2Q3RCO32671312 图7.7 74LS190管脚图
六、调试过程及问题
在开始时由于没有注意到电路图画的是74ls373，而拿到的器件是573，所以电路焊接时，接错，得不到正确的结果，而且将发光二极管烧坏了。经过大家多次仔细的检查，终于发现，并即使纠正，从而得到正确的结果，实现了抢答器的功能。
在报警电路中，R和C1决定报警时间的长短Tw=1.1RC1，可通过调节R和C1来调节蜂鸣器叫的时间。开始时C1选择的太大，叫6、7秒才停，后来改为10uF，蜂鸣器叫的时间长短合适。
抢答器电路见电路总图（为简便，只画出了两组分数电路，八组同样连接，只是把190的四脚接到对应的组号上去：573和148之间）。
当主持人按下复位按钮时，各组才能抢答。当第一组抢答时（S0按下后松开），74HC573的12脚变为低电平，从而使74LS148的EO端为高电平，从而控制4511译码，LED显示0，同时由于573的12脚为低电平，会使第一组的分数加减端的74LS190的使能端为低电平从而使得190开始工作，此时加减分数按钮只对第一组有效！由于573的12脚为低电平，使得74LS148的GS端为低电平，从而使555构成的单稳态电路工作，使发光二极管发光，同时蜂鸣器发出叫声（即声光报警）。
当S0按下后，由于573的锁存功能，使74LS的148端始终是低电平，从而显示数字0，即使S0松开还是显示0.且此时其它开关的信号被屏蔽，即使按下也无效，从而只显示最先抢答的那一组对应的组号.
当主持人按下预置分数按钮时，各组对应的74LS190的PL(预置数)端接地变为低电平，从而使各组分数均预置为50分。
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七、参考书目
1、电子技术基础（模拟部分）康华光 主编 高等教育出版社 2、电子技术基础（数字部分）康华光 主编 高等教育出版社 3、电子线路设计.实验.测试（第三版） 谢自美 主编 华中科技大学出版社
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八.电路总图
VCC4 LED-RED 加一分 U6:B R10U6:A 预置50分 R12 R LS3R13 D1R14 C1 Q2 R15 C2 U1U16U11R5 R2R3R4 R6R7R8 R9 S7 S5 S3 S1S0 S1S2S3R1 S6 S4 S2 复位按钮 LED-RED144511CLKED/UPL345LTBILE/STBTC12D3151109D0D1D2D3Q0Q1Q2Q3RCO3267135 减一分 U9151109144511D0D1D2D3CLKED/UPLTC74LS190Q0Q1Q2Q3RCO3267137126345U7ABCDLTBILE/STB4511QAQBQCQDQEQFQG13121110915143121U12:A7432U10151109144511D0D1D2D3CLKED/UPLTC74LS190Q0Q1Q2Q3RCO326713U87126345ABCDLTBILE/STB4511QAQBQCQDQEQFQG131211109151412612U6:C7404U2151109144511D0D1D2D3CLKED/UPLTC74LS190Q0Q1Q2Q3RCO32671371263455U4ABCDLTBILE/STB4511QAQBQCQDQEQFQG1312111091514R111k6112U12:B7432D2U3U57126ABCDQAQBQCQDQEQFQG131211109151447404451174LS1901k1274041k3GNDvccvcc15kRVCC48Q37180DCSPEAKER5CVLED-RED2GNDTRTH65101100uf2N2222A10kvcc47u10k10k10k10k10k10k10k10k234567D0D1D2D3D4D5D6D7Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q71918171615141312101112131234501234567A0A1A29767126345GS14ABCDLTBILE/STBQAQBQCQDQEQFQG1312111091514111LEOEEIEO15451174LS14874HC573vcc+6v220 16
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