四路抢答器设计实验报告

1、四路抢答器设计实验报告一、设计任务： 1、巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。2、养成根据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册、图表和文献资料的自学能力。3、通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件、电路组装、调试和检测等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。4、学会简单电路的实验调试和性能指标的测试方法，提高学生动手能力和进行数字电子电路实验的基本技能。二、技术指标抢答器是一种具有优先输出的电子电路。它的基本功能是，在四组参赛的情况下，首先抢答者发出抢答信号，此时其他参赛组的抢答电路即失去控制作用。在优先抢答者解除抢答信号后，电路才自动恢复到各组又可均等抢答的状态中。1、设计一个可供4人进行的抢答器。2、系统设置复位按钮，按动后，重新开始抢答。3、抢答器开始时数码管显示序号0，选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。抢答后显示优先抢答者序号，同时发出音响。，并且不出现其他抢答者的序号，这样其它选手无法再抢答，达到抢答目的。 4、抢答器具有定时抢答功能，本抢答器的时间设定为10秒，当主持人启动“开

2、始”开关后，定时器开始减计。 5、设定的抢答时间内，选手可以抢答，这时定时器开始工作，显示器上显示选手的号码和抢答时间。并保持到主持人按复位键。6、当设定的时间一到，而无人抢答时，本题报废，选手们无法再抢答，同时扬声器报警发出声音，定时器上始终显示0。三、元件清单：器件型号数量 器件型号数量双JK触发器74LS1122四/二输入与门74LS321集成单稳态触发器74LS1211四/二输入与非门74LS001译码器74LS481 电阻10K4十进制计数器74LS1602 电阻47K2定时器5551 电阻100K1双四输入与非门74LS201 电阻330欧11四/二输入与非门74LS081 电容221反向器74LS041 电容101发光二极管LED4 电容0.011四、电路框图如下：1）智能抢答器总体方框图如下图所示为。其工作原理为：接通电源后，主持人将K0拨到清除状态，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；主持人用开关K0清零，宣布开始并按下K0状态开关抢答器工作。定时器计时，扬声器给出声响提示。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

3、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。具体操作如下：在主持人宣布开始并按下K0，K1、K2、K3、K4四个组参与抢答。当有抢答者首先按下抢答开关时，相应显示灯亮并伴有声响,同时，抢答器不再接收其它组的抢答干扰。显示抢答者组号。 在限定时间9秒后无人抢答时，该题作废，用声响提示，并显示顺计时的时间。六总电路图如下（附录图一）：七、单元电路的设计1、抢答器电路该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程：当主持人表示开始作答时，按下复位键即清零。作答前Q到Q输出均为1，经过74LS20后输出0，当有参赛队抢答时，按下常断开关即有低电平到达CP端，该组Q端输出高电平，二极管亮，并通过显示电路显示组号，及报警电路发出声响。此时，该组Q端输出低电平，经过74LS20输出1，起到锁存作用。到下一道题时，主持人再用控制开关清零。按此原理进行。2、七段数码管显示电路此电路是通过用门电路连接，达到译码的效果，将所抢答组号显示在七段数码管

4、上。通过下列真值表实现：输 入 输 出AAAA a b c d e f g 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 00 0 0 1 0 1 1 0 0 0 00 0 1 0 1 1 0 1 1 0 10 1 0 0 0 1 1 0 0 1 11 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1a=d= Q 2+ Q 3 b=1 c= Q 2+Q 4 e= Q 2 f= Q 4 g= Q13、废题计时电路本电路通过十进制计数器74LS160和BCD七段译码器74LS48（其输出是驱动七段字形的七个信号），实现计时废题功能，当主持人宣布开始答题时，计数器顺时计数，若无人抢答，计数器计到九时，通过报警电路发出声响。该题作废。（1）字符显示器：分段式显示是将字符由分布在同一平面上的若干段发光笔划组成。电子计算器，数字万用表等显示器都是显示分段式数字。而LED数码显示器是最常见的。通常有红、绿、黄等颜色。LED的死区电压较高，工作电压大约1.53V，驱动电流为几十毫安。图5-2是七段LED数码管的引线图和显示数字情况。74LS47译码驱动器输出是低电平有效，所以配接的数码管须采用共阳极接法；而74LS4

5、8译码驱动器输出是高电平有效，所以，配接的数码管须采用共阴极接法。图3-3（a）是共阴式LED数码管的原理图，使用时，公阴极接地，7个阳极a,b,c,d,e,f,g由相应的BCD七段译码器来驱动，如图3-3（b）所示。 （a）引线图 （b）七段字形组合情况图3-3共阴式LED数码管的原理图和驱动电路图3-3(c )七段LED数码管 （2）74LS48是输出高电平有效的中规模集成BCD七段显示译码驱动器，它的真值表见表下图所示十进制数或功能输 入输 出A3A2A1A0abcdefg011000011111110110001101100002100101110110131001111111001410100101100115101011101101161011010011111710111111100008110001111111191100111110011灭灯00000000灭零10000000000000试灯01111111174LS48的输入端是四位二进制信号(8421BCD码)，a、b、c、d、e、f、g是七段译码器的输出驱动信号，高电平有效。可直接驱动共阴极七段数码管，是使能端

6、，起辅助控制作用。（3）使能端的作用如下： a 是试灯输入端，当=0，=1时，不管其它输入是什么状态，ag七段全亮；b灭灯输入，当=0，不论其它输入状态如何，ag均为0，显示管熄灭；c动态灭零输入，当=1，=0时， 如果=0000时，ag均为各段熄灭； d动态灭零输出，它与灭灯输入共用一个引出端。当=0或=0且=1，=0000时，输出才为0。片间 与配合，可用于熄灭多位数字前后所不需要显示的零。设计中有三处要用到显示器的，倒计显示按照顺序接线就可以了，让1、3路相与后接入7448A0端，2、3路相与后接入A1端，而4直接接入A2端。让A3端悬空。这样就可以实现逻辑功能的转换。电路图如下4、秒脉冲发生电路通过定时器555接成多谐振荡器，工作原理：其基本工作原理如下： 多谐振荡器有两个暂态。假设当电源接通后，电路处于某一暂稳态，电容C上电压UC略低于 时，UO输出高电平，V1截止，电源UCC通过R1、R2 给电容C充电。随着充电的进行UC逐渐增高，但只要，输出电压UO就一直保持高电平不变，这就是第一个暂稳态。 当电容C上的电压UC略微超过时(即U6和U2均大于等于时)，RS触发器置 0，使

7、输出电压UO从原来的高电平翻转到低电平，即UO =0，V1导通饱和，此时电容C通过R2和V1放电。随着电容C放电，UC下降，但只要，UO就一直保持低电平不变，这就是第二个暂稳态。当UC下降到略微低于时，RS触发器置 1，电路输出又变为UO =1，V1截止，电容C再次充电，又重复上述过程，电路输出便得到周期性的矩形脉冲。振荡周期计算为： =1（秒）内部管脚图如下：图5-4-1 555定时器内部框图 图5-4-1 555定时器引脚排列真值表5-4-2如下： 输入输出RDVI1VI2VOTD状态0低导通12VCC/3VCC/3低导通1VCC/3不变不变12VCC/32VCC/3VCC/3高截止外部管脚图：5、10秒内作答限时计数电路为保证比赛进度，避免选手抢答后再思考答案。所以设计此附加限制电路。工作原理：当有选手抢答后，在这里与废计数器不同的是该输入是由抢答器电路的74LS20直接出来后为1，使计数器开始工作，而不用经过主持人那一功能转换，当计到九时，通过反馈自动停止并通过报警电路发出声响。其余的器件的相关说明在废题计数一块中已经列举过。在这里不再做说明。6、报警电路该电路通过典型的单稳态触发器芯片74LS121实现报警功能。主要性能为电路在输入信号A1、A2、B的所有静态组合下均处于稳态Q=0，Q=1。如下图所示电路中，采用了外部电阻接法，下降沿到来时触发工作。74LS121的真值表如下：八、问题及解决 1、由总电路可以看到，本次课程设计的接线十分之多，因为在接线时要十分细心，如果不小心就会接错。在实验设计实体连接的过程中，每一步都小心翼翼地做。一条线接错或者一条线在过程中不小心被动到，都有可能让整个电路没有反应，所以每一步都必须要小心，没有人希望重新连接一次，器件和线路实在是多，最好能够先把电路划分清晰，就是尽量明显的把个各块独立的电路组成部分分开得明显些，这样就算接错了也可以大概检查各块输出就知道哪里出问题，减少检查的范围和数量，更省时省力。 2实验时要注意74系列要接入电源，因为在实验中，我曾经忘记了接电源。使得抢答器

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