智力競賽搶答裝置實驗報告

一、實驗目的

1、學習數位電路中D觸發器、分頻電路、多諧振盪器、CP時鐘脈衝源等單元電路的綜合運用；

2、熟悉智力競賽搶答器的工作原理；

3、瞭解簡答數字系統設計、除錯及故障排除方法。

二、實驗原理

下圖為四人用的智力競賽搶答裝置線路，用以判斷搶答優先權。

智力競賽搶答器裝置原理圖

圖中F1為四D觸發器74LS175，它具有公共置0端和公共CP端，引腳排列間附錄；F2為雙4輸入與非門74LS20；F3是由74ＬＳ００組成的多諧振盪器；Ｆ４是由７４ＬＳ７４組成的四分頻電路；Ｆ３、Ｆ４組成搶答器中的ＣＰ時鐘脈衝源。搶答開始時，由主持人清除訊號，按下復位開關Ｓ，７４ＬＳ１７５的輸出Ｑ１～Ｑ４全為０，所有發光二極體ＬＥＤ燈均熄滅，當主持人宣佈“搶答開始”後，首先做出判斷的參賽者立即按下開關，對應的發光二極體點亮，同時，通過與非門Ｆ２送出訊號鎖住其餘３個搶答者的電路，不再收受其

他訊號，直到主持人再次清除訊號為止。

三、實驗裝置與器件

（1）+5V直流電源

（2）邏輯電平開關

（3）邏輯電平顯示器

（4）雙蹤示波器

（5）數字頻率計

（6）直流數字電壓表

（7）74LS175，74LS20，74LS74，74LS00

四、實驗內容

（1）測試各觸發器及各邏輯閘的邏輯功能。測試方法參照數位電子技術基礎實驗的有關內容，判斷器件的好壞。

（2）按圖10-1接線，搶答器五個開關接實驗裝置上的邏輯開關，發光二極體接 電平顯示器。

（3）斷開搶答器電路中CP脈衝源電路，單獨對多諧振盪器F3及分頻器F4進行除錯，調整多諧振盪器10kΩ電位器，使其輸出脈衝頻率約4kHz，觀察F3和F4輸出波形及測試其頻率。

（4）測試搶答器電路功能。接通+5V電源，CP端接實驗裝置上連續脈衝源，取重複頻率約1kHz。

1）搶答開始前，開關K1，K2，K3，K4均置“0”，準備搶答，將開關S置“0”，發光二極體全熄滅，再將S置“1”。搶答開始，K1，K2，K3，K4某一開關置“1”，觀察發光二極體的亮、滅情況，然後再將其他三個開關中任一個置“1”，觀察發光二極體的亮、滅有否改變。

2）重複1）的內容，改變K1，K2，K3，K4 任一個開關狀態，觀察搶答器的工作情況。

3）整體測試。試開實驗裝置上的連續脈衝源，接入F3和F4，再進行實驗。

五、設計報告

（1） 若在圖10-1 電路中加一個計時功能，要求計時電路顯示時間精確到秒，最多限制為2min，一旦超過限時，則取消搶答權，電路如何改進？

（2） 分析智力競賽搶答裝置各部分功能及工作原理。

（3） 總結數字系統的設計、除錯方法。

（4） 分析設計中出現的故障及解決辦法。