實驗要求

(1) 四人搶答電路

(2) 具有九秒倒計時電路

(3) 設計數字顯示電路

(4) 設計揚聲器電路

搶答按鍵：四個搶答選手可通過按動自己的按鈕將信號送入74LS148進行編碼。

編碼器：選用74LS148編碼器，將搶答按鈕輸入的信號進行編碼，再將編碼結果輸入74LS175D觸發器。

觸發器：選用74LS175觸發器，將編碼器編碼信息進行鎖存，再送入74LS48譯碼器。

脈沖發生電路：脈沖發生電路產生標準1HZ脈沖，供計數器進行計數。

計數器：計數器74ls160對1HZ脈沖進行計數，計時即對秒脈沖進行計數。

譯碼器：選用74LS48譯碼器，將觸發器所村的按鍵信號、計數器計數結果進行譯碼，譯成相應的BCD碼以驅動數碼管進行顯示相應選手號碼以及計時時間。

數碼管：選用共陰極數碼管。其相應端口與譯碼器相連，根據輸入的BCD碼顯示搶答成功選手的編號和倒計時時間。

揚聲器報警電路：當四個搶答者有一個搶答者搶答成功后啟動揚聲器電路，由一個兩個或門跟蜂鳴器構成，當有按鍵按下時觸發器鎖存住信號由原來的0000變為1-4的某一個數使得或門輸出為1，從而蜂鳴器響。

搶答按鍵一端上拉電阻一端接觸發器輸出后經過四輸入與門的輸出后取反，則當有一個按鍵按下時與門輸出為低電平，使得按鍵兩端都為高電平，所以當有一個按鍵按時其他按鍵按下不會產生電平變化，從而實現搶答功能。

電路如下所示：

3.2 編碼單元電路設計

編碼單元電路由74ls148優先編碼器構成。其功能表如下所示：

              由其功能表可發現當4、3、2、1輸入為0時輸出分別為1、2、3、4，分別為搶答者編號。則將其6個按鍵輸出接入編碼器6、5、4、3、2、1輸入口，輸出接入觸發器輸入。電路圖如下所示：

3.3數據鎖寸單元電路設計

將編碼器的3個輸出端與D觸發器3個輸入端相連，再將8號按鍵輸入取反接入觸發器最高位， 8線-3線優先編碼器（74LS148）將輸入的低電平有效信號進行優先選擇，并且將選擇出的信號觸發器模塊進行鎖存。74LS175觸發器保持時需要上升沿脈沖，所以用與門對按下按鍵進行判斷從而產生上升沿脈沖。

74ls175功能表：

仿真電路如下：

3.4 脈沖發生單元電路設計

脈沖發生電路采用555構成的多諧振蕩電路。

用 555 定時器構成的多諧振蕩器電路如圖所示：圖中電容 C、電阻 R1 和 R2 作 為振蕩器的定時元件，決定著輸出矩形波正、負脈沖的寬度。定時器的觸發輸入端（2腳）和閥 值輸入端（6 腳）與電容相連；集電極開路輸出端（7腳）接 R1、R2 相連處，用以控制電容 C 的充、放電；外界控制輸入端（5腳）通過 0.01uF 電容接地。

多諧振蕩器的工作波形如圖 6-11(b) 所示： 電路接通電源的瞬間，由于電容 C 來不及充電， Vc=0v ，所以 555 定時器狀態為 1，輸出 Vo 為高電平。同時，集電極輸出端（7 腳）對地斷開，電源 Vcc 對電容 C 充電，電路進入暫穩態 I，此后，電路周而復始地產生周期性的輸出脈沖。多諧振蕩器兩個暫穩態的維持時間取決于 RC 充、放電回路的參數。暫穩態Ⅰ的維持時間，即輸出 Vo 的正向脈沖寬度 T1≈0.7(R1+R 2)C； 暫穩態Ⅱ的維持時間，即輸出 Vo 的負向脈沖寬度 T2≈0.7R 2C。

因此， 振蕩周期 T=T 1+T 2=0.7(R 1+2R 2 )C，振蕩頻率 f=1/T 。正向脈沖寬度 T1 與振蕩周期 T 之比稱矩形波的 占空比Ｄ ，由上述條件可得 D=（R1+R2）/（R1+2R 2），若使 R2>>R 1，則 D≈1/2， 即輸出信號的正負向脈沖寬度相等的矩形波（方波）。

仿真電路如下：

3.5 倒計時單元電路設計

倒計時即減法計數器對秒脈沖進行計數。本次仿真設計采用74ls192可逆計數器作為減法計數器。

74LS192是同步十進制可逆計數器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數 等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：

（a）引腳排 列 (b) 邏輯符號 圖中： PL置數端，CPu計數端， CPd數端，TCu同步進位輸出端，TCd步借位輸出端， P0、P1、P2、P3 為計數器輸入端，MR除端， Q0、Q1、Q2、Q3為數據輸出端。

其功能表如下：

本次設計利用置數端和P0、P1、P2、P3 為計數器輸入端進行9置數操作，從而實現9-0倒計時。

              仿真電路圖如下所示：

3.6 譯碼顯示單元電路設計

將觸發器的輸出信號和計數器輸出信號分別送入兩個74ls48共陰極譯碼器轉換成呼叫號所對應的BCD碼，再將該BCD碼輸入到七段字形譯碼器并由七段陰極數碼管顯示搶答成功者號碼以及倒計時時間。

譯碼顯示模塊設計流程圖

電路圖如下：

3.7報警單元電路設計

由一個四輸入或門，一個蜂鳴器構成。四輸入或門對觸發器輸出進行判斷，若不為零則進行報警。

電氣原理圖：

4 結論

通過對軟件 Multisim 的學習和使用， 進一步加深了對數字電路的認識。 在仿真過程中遇到許 多困難，但通過自己的努力和同學的幫助都一一克服了。布局的時候因元件比較多，整體布局比 較困難，因子電路不如原電路直觀，最后在不斷努力下，終于不用子電路布好整個電路。 調試時有的器件在理論上可行，但在實際運行中就無法看到效果，所以得換不少器件，有時 無法找出錯誤便更換器件重新接線以使電路正常運行。同時，在最后仿真時，預置的頻率一開始 用的是 1Hz，結果仿真結果反應很慢， 后把頻率加大， 這才在短時間內就能看到全部結果。 總之， 通過這次對數字時鐘的設計與仿真，為以后的電路設計打下良好的基礎，一些經驗和教訓，將成 為寶貴的學習財富.

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