电子电路课程设计——8位数字抢答器设计论文
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江蘇廣播電視大學
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（電子電路課程設計——8位數字搶答器設計論文）
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班級：?
姓名：?
指導老師：?
日期：2010年10月
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目錄
一、摘要
二、前言
三、設計目的與要求
1 .設計目的
2. 設計要求
四、電路原理、設計思路、設計方案
（一）? 工作原理及設計方案
1.? 原理框圖
2.? 設計思路
3.? 設計流程圖
4.? 設計方案
（二）單元電路設計與實現
1． 編碼單元
2． 鎖存單元
3.? 加法器單元
4． 設定搶答時間單元
5.? 譯碼單元
（三） 實驗結果
五、整體組合框圖
六、元件清單
七、總結
八、參考文獻
九、致謝
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正文
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一、???? 摘要、關鍵詞
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面臨著信息時代，我們電子信息系的設計當然和當今社會發展需求有關。在電路調試中出現的問題及解決的方法，能夠實現搶答器功能的方式有多種，可以采用前期的模擬電路、數字電路或模擬與數字電路相結合的方式。近年來隨著科技的飛速發展．單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統控制檢測日新月異更新。數字搶答器由主體電路與擴展電路組成。優先編碼電路，鎖存器、譯碼器將參賽隊的信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關啟動報警電路以及兩部分組成主體電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖長生的信號在顯示器上輸出實現計時功能，構成擴展電路，經過布線、焊接、調試等工作后數字搶答器成形。
關鍵字：搶答器、定時電路、報警電路、時序控制
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二、???? 前言
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在電子科學技術高速發展的今天，高科技產品越來越多的應用在我們的日常生活中，每時每秒我們都能感受到產品的更新換代產品乃至技術革新的日新月異都讓人對以相信。像日常我們工作所用到的電腦、手機等等，這些高科技產品給我們帶來了極大的方便，但這要歸功于科學技術的高速發展。
數顯搶答器是我所要的畢業設計課題。數顯搶答器整個電路包括開關編譯電路、譯碼顯示電路、所存控制電路、復位控制電路和報警提示電路幾個部分。數顯搶答器涉及到《模擬電子技術》、《數字電子技術》和《電路分析》中的相關知識。本文介紹的八位數顯搶答器電路設計新穎具有電路結構簡單、成本較低、操作方便靈敏可靠等優點，經使用效果良好，具有較高的推廣價值，適用于工廠、學校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽，為競賽的公平公正提供有利的保證。
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三、???? 設計目的與要求
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1 .設計目的
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通過課程設計，對數字邏輯的基本內容有進一步的了解，特別是時序邏輯電路的設計。能把上學期學到的數字邏輯理論知識進行實踐，操作。在提高動手能力的同時對常用的集成芯片有一定的了解，在電路設計方面有感性的認識。而且在進行電路設計的時候遇到問題，通過獨立的思考有利于提高解決問題的能力。在經過課程設計后，更明白數字邏輯電路設計的一般方法，以及在遇到困難怎么排除問題。
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2. 設計要求
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? 我選擇的課程任務是設計一個8位數字搶答器。 設計要求包括：
? 1. 搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0 ~ S7表示。
? 2. 設置一個系統清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。
? 3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除為止。
? 4. 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如,30秒）。當主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時。
? 5. 參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統清除為止。
? 6. 如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統通過一個指示燈報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。
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四、???? 電路原理、設計思路、設計方案
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（一）??????? 工作原理及設計方案
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搶答器是為競賽參賽者答題時進行搶答而設計的一種優先判決器電路，競賽者可以分為若干組，搶答時各組對主持人提出的問題要在最短的時間內做出判斷，并按下搶答按鍵回答問題。當第一個人按下按鍵后，則在顯示器上顯示該組的號碼，同時電路將其他各組按鍵封鎖，使其不起作用。回答完問題后，由主持人將所有按鍵恢復，重新開始下一輪搶答。搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間可以由主持人設定（如,30秒）。當主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時。 參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統清除為止。如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統通過一個指示燈報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。
因此要完成搶答器的邏輯功能，該電路至少應包括輸入開關、數字顯示、判別組控制以及組號鎖存等部分。
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1.???????? 原理框圖
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? 圖一 原理框圖
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2.? 設計思路
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??1. 搶答器供8名選手比賽，分別用8個按鈕S0 ~ S7表示。這個功能只需要通過管腳分配把按鈕分配到實驗版上的撥動開SW0到SW7關，讓每個選手撥動開關后產生相應的信號就可以了。不同的選手撥動按鈕發出信號通過74LS148編碼器進行編碼，編碼后輸出信號進行下一步的譯碼和鎖存。
? 2. 設置一個系統清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。在這里首先通過管腳分配把開關S分配到相應一個撥動開關，這個就是開關SW16。該開關聯系到一個相應的線路，這個線路通過與非門連接其他信號，從而達到清零的功能。
? 3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除為止。74LS373具有鎖存功能，可以在一個選手按下按鈕后進行鎖存，其他的選手不能在搶答。鎖存相應的編號時，由于編碼器編的是從0到7，如果0號選手搶答，與清零的時候可能造成混淆，所以要加上加法器，對編碼器的0到7都加上1。加法器是用74LS83這樣在后面的74LS47譯碼器上就可以顯示1到8的號碼。
? 4. 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如,30秒）。當主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時。74LS192具有減法功能，通過使用74LS192可以對設定的時間進行自減。只需要給定74LS192秒脈沖就可以。同時74LS192結合74LS47可以對所設定的搶答時間和選手搶答的時間顯示出來。
? 5. 參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統清除為止。選手進行搶答，通過編碼器，鎖存器，加法器，譯碼器，顯示出來。當某個選手搶答有效，通過74LS148編碼器的GSN端口連接到控制清零端的與非門就可以進行禁止其他選手的搶答，同時把該選手的號碼顯示在數碼管上，同時通過74LS148編碼器的GSN端口可以停止74LS192的脈沖，從而讓脈沖停止，達到顯示搶答時間的效果。
? 6. 如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統通過一個指示燈報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。當時間到的時候，減法器74LS192的十位的LDN端口發出一個高電平，在這個端口上連接上一個顯示燈，作為報警用。同時減法器74LS192的十位的BON端口會發出一個低電平，可以連接到脈沖上，讓脈沖停止，數碼管上顯示的是00.
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3.? 設計流程圖
圖二 流程圖
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4.???????? 設計方案
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??? 整體的電路可以分為兩部分，一個是搶答電路，第二部分是定時，報警電路。
??? （1） .搶答的部分：搶答器供8名選手比賽，分別用8個按鈕S0 ~ S7表示。通過管腳分配把按鈕分配到實驗版上的撥動開SW0到SW7關，讓每個選手撥動開關后產生相應的信號。不同的選手撥動按鈕發出信號通過74LS148編碼器進行編碼，編碼后輸出信號進行下一步的譯碼和鎖存。設置一個系統清除和搶答控制開關S，開關由主持人控制。通過管腳分配把開關S分配到相應一個撥動開關SW16。該開關聯系到一個相應的線路，這個線路通過與非門連接其他信號，從而達到清零的功能。搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除為止。74LS373具有鎖存功能，可以在一個選手按下按鈕后進行鎖存，其他的選手不能在在有選手搶答后再進行搶答。鎖存相應的編號時，由于編碼器編的是從0到7，如果0號選手搶答，與清零的時候可能造成混淆，所以要加上加法器，對編碼器的0到7都加上1。加法器是使用用74LS83，加1后在就可以在數碼顯示管上顯示1到8的號碼。
（2）. 定時搶答功能，和報警部分：一次搶答的時間由主持人設定（如,30秒）。當主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時。74LS192具有減法功能，通過使用74LS192可以對設定的時間進行自減。74LS192進行工作的時候需要給定秒脈沖。同時74LS192結合74LS47可以對所設定的搶答時間和選手搶答的時間顯示出來。參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統清除為止。選手進行搶答，通過編碼器，鎖存器，加法器，譯碼器，顯示出來。當某個選手搶答有效，通過74LS148編碼器的GSN端口連接到控制清零端的與非門就可以進行禁止其他選手的搶答，同時把該選手的號碼顯示在數碼管上，同時通過74LS148編碼器的GSN端口可以停止74LS192的脈沖，從而讓脈沖停止，達到顯示搶答時間的效果。若定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統通過一個指示燈報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。當時間到的時候，減法器74LS192的十位的LDN端口發出一個高電平，在這個端口上連接上一個顯示燈，作為報警用。同時減法器74LS192的十位的BON端口會發出一個低電平，可以連接到脈沖上，讓脈沖停止輸到加法器上，那么數碼管顯示的是00。
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（二）單元電路設計與實現
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整個電路分為編碼單元，鎖存單元，加法器單元，設定搶答時間單元，和譯碼單元五個部分。
1．????????? 編碼單元
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在選手按動按鈕后，發出相應的信號。使用74LS148對信號進行編碼，優先判決器是由74LS148集成優先編碼器等組成。該編碼器有8個信號輸入端，3個二進制碼輸出端，輸入使能端EI，輸出使能端EO和優先編碼工作狀態標志GS。其功能表如表5.24.1所示。從功能表中可以看出當EI＝“0”時，編碼器工作，而當EI＝“1”時，則不論8個輸入端為何種狀態，輸出端均為“1”，且GS端和EO端為“1”，編碼器處于非工作狀態,這種情況被稱為輸入低電平有效。
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圖3? 優先編碼器74LS148功能表
| 輸??? 入 | 輸?? 出 |
| EI? I0? I1? I2? I3? I4? I5? I6? I7 | A2? A1? A0?? GS? EO |
| 1?? × ×? × ×? × ×? × × | 1?? 1?? 1?? 1?? 1 |
| 0?? 1? 1?? 1? 1?? 1? 1?? 1? 1 | 1?? 1?? 1?? 1?? 0 |
| 0?? × ×? × ×? × ×? ×? 0 | 0?? 0?? 0?? 0?? 1 |
| 0?? × ×? × ×? × ×?? 0? 1 | 0?? 0?? 1?? 0?? 1 |
| 0?? × ×? × ×? ×? 0?? 1? 1 | 0?? 1?? 0?? 0?? 1 |
| 0?? × ×? × ×? 0?? 1?? 1? 1 | 0?? 1?? 1?? 0?? 1 |
| 0?? × ×? × 0?? 1?? 1?? 1? 1 | 1?? 0?? 0?? 0?? 1 |
| 0? ×? ×? 0? 1?? 1?? 1?? 1? 1 | 1?? 0?? 1?? 0?? 1 |
| 0? ×? 0?? 1? 1?? 1?? 1?? 1? 1 | 1?? 1?? 0?? 0?? 1 |
| 0? 0?? 1?? 1? 1?? 1?? 1?? 1? 1 | 1?? 1?? 1?? 0?? 1 |
（表中×代表任意狀態）
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??? 由74LS148集成優先編碼器組成的優先判決器如圖所示，當搶答開關S1—S7中的一個按下時，編碼器輸出相應按鍵對應的二進制代碼，低電平有效。編碼器輸出AO～A2、工作狀態標志GS作為鎖存器電路的輸入信號，而輸入使能端EI端應和鎖存器電路的Q0端相聯接，目的是為了在EI端為“1”時鎖定編碼器的輸入電路，使其它輸入開關不起作用。具體實現電路為：
圖四 編碼單元
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2． 鎖存單元??
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74LS373功能表：
E G D Q???
L H H H???
L H L L???
L L X Q?
上表是74LS373的真值表，表中：
??????? L——低電平；
??????? H——高電平；
??????? X——不定態；
??????? Q0——建立穩態前Q的電平；
??????? G——輸入端，與8031ALE連高電平：暢通無阻低電平：關門鎖存。
??????? OE——使能端，接地。
?????? 當G=“1”時，74LS373輸出端1Q—8Q與輸入端1D—8D相同；
?????? 當G為下降沿時，將輸入數據鎖存。
?? 那么按照實驗的要求，編碼器的輸入就只有三個，因此只用到Q1到Q3，而Q4接上74LS148的GSN，再和74LS373的輸出D4通過與非門連接起來，輸到74LS373的G端口。從而達到鎖存的目的。具體電路圖為：
圖五 鎖存單元
3. 加法器單元
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由于選手輸入的是0到7，所以要每個都加上1，讓數碼管顯示的是1到8，因此要使用加法器。加法器的真值表為：
A1[A3] B1[B3] A2[A4] B2[B4] | S1[S3] S2[S4] C2[C4] | S1[S3] S2[S4]
C2[C4]
L L L L | L L L | H L L
H L L L | H L L | L H L
L H L L | H L L | L H L
H H L L | L H L | H H L
L L H L | L H L | H H L
H L H L | H H L | L L H
L H H L | H H L | L L H
H H H L | L L H | H L H
L L L H | L H L | H H L
H L L H | H H L | L L H
L H L H | H H L | L L H
H H L H | L L H | H L H
L L H H | L L H | H L H
H L H H | H L H | L H H
L H H H | H L H | L H H
H H H H | L H H | H H H
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因此要使加法器加上1，那么，令74LS83的A1，A2，A3對應74LS373的Q1,Q2,Q3作為輸入的數據，而B1,B2,B3,B4,A4則接地。具體的電路圖為：
圖六 加法單元
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4． 設定搶答時間單元
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74LS192是雙時鐘方式的十進制可逆計數器。(bcd,二進制)，
???????? CPU為加計數時鐘輸入端，CPD為減計數時鐘輸入端。
???????? LD為預置輸入控制端，異步預置。
???????? CR為復位輸入端，高電平有效，異步清除。
?????????? CO為進位輸出：1001狀態后負脈沖輸出，
?????????? BO為借位輸出：0000狀態后負脈沖輸出。
??????????? 因此設定脈沖輸入后，需要使用兩個74LS192，一個作為個位，一個作為十位。個位的BO連接到十位的脈沖輸入，
????????? 十位的BO就連接到脈沖，表示時間到的時候脈沖不對74LS194作用。具體的電路如下：
圖七 設數單元
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5.? 譯碼單元
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譯碼為編碼的逆過程。它將編碼時賦予代碼的含義“翻譯”過來。實現譯碼的邏輯電路成為譯碼器。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對應關系。74LS47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，它在這里與數碼管配合使用。具體的連接電路為：
圖八 譯碼單元
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（三） 實驗結果
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?? 按照設計時的思路，把電路圖連接好。經過改錯，編譯，分配管腳，然后就可以看到實驗結果。我的管腳分配為：SW0到SW7為選手的編號，分別為1到8。SW8到SW11為設定搶答時間的個位，SW12到SW15是設定搶答時間的十位。SW16為設定搶答時間的置位端。SW17為開始鍵。實驗結果為：
?? 主持人先按下置位端，就可以設定搶答時間，按照個位和十位的撥動開關設定，在對應的數碼管上可以看到相應的搶答時間。然后主持人就可以按下開關讓選手搶答，這時候搶答時間開始自減，在這個時間內，如果有選手搶答，數碼管上會顯示相應的選手號，在這個時候，如果有其他的選手也按下了搶答按鈕，顯示器不會顯示。如果在搶答時間內沒有人搶答，顯示搶答時間的數碼管就會顯示00，而且有報警燈閃。當主持人要進行下一輪的搶答，可以撥動開關SW16作為清零，重新開始搶答。
??? 綜上所述，實驗結果符合實驗任務的要求。
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五、???? 完整設計電路（方框圖）
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8位數字搶答器圖
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六、???? 元件清單
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譯碼器??
觸發器??
優先編碼器?
觸點開關?? ????
電阻??
電容??
三極管???
發光二極管?
導線
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七、???? 總結
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本課程設計基本完成了要求，能夠實現全部的功能。能八路搶答，能定時搶答，也能報警，清零。
??? 在進行做的時候，遇到不少的問題。一開始不知道該使用什么芯片去做實現，只能去圖書館借有關書籍熟悉芯片的功能，同時，看看哪些芯片能達到編碼，譯碼，鎖存等，以及重新溫習上個學期的書本。經過資料的搜集，基本確定了用哪類芯片達到哪類功能。然后就研究電路圖，仔細對照真值表連接電路圖，并畫好電路圖草稿。畫好電路圖后，仔細檢查，編譯也不過，存在幾個錯誤，慢慢檢查后，是連線的錯誤，有幾個地方是不該接在一起的，從而造成了一個輸入端有兩個輸入量。在排除錯誤后，經過了編譯，但是數碼管完全沒有反應，檢查后發現是因為在通過與非門進行清零的時候，接線錯誤導致令74LS74一直不工作，改過錯誤后，數碼管能正確顯示，選手也能搶答，但是搶答時間到了，74LS192還是在計數，不能在00那里停止，于是改進電路圖，使74LS192的十位的BON連到一個脈沖上。上面是一些問題和解決方法，其實遇到的問題遠不止這些，不過現在回想起來都是一些很低級的錯誤，有時候是因為粗心大意造成的錯誤，有時候是因為沒有認真看芯片的真值表而造成的。
??? 經過了這次課程設計，我收獲良多。在一開始的時候，很擔心自己不能完成實驗，因為以前的數字邏輯不是學得很好，造成信心不是很足。后來也證明了我是可以獨立完成的。在設計電路的時候，考慮的不是很全面，以及畫電路圖的時候沒有很細心謹慎地工作，造成了一些低級錯誤。所以經過課程設計，我提高了自己的動手能力，也增強了自己的信心。同時讓我知道在工作的時候要保持細致嚴密的工作態度，這樣會事半功倍。
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八、???? 參看文獻
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[1] 陳永浦. 數字電路基礎及快速識圖[M]. 人民郵電出版社, 2006: 275-277.
[2] 侯建軍. 數字電路實驗一體化教程[M]. 北京 清華大學出版社, 2005: 77
[3] 范文兵. 數字電子技術基礎[M]. 北京 清華大學出版社, 2008:
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九．致謝
本專業設計是在老師的親切關懷和悉心指導下完成的。他嚴肅的科學態度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。在此謹向老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。
最后，在即將畢業，要謝謝之前的所有老師在這五年的學習生涯中給予的無窮幫助和悉心教導，我將用以后對工作的熱忱和積極所取得的成功來回報所有老師對我的期望！
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的电子电路课程设计——8位数字抢答器设计论文的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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