四路抢答器课程设计报告.doc

四
路
抢
答
器
设
计
实
验
报
告
信息科学技术学院
自动化*班
****
实用文档.
四路抢答器设计实验报告
一、设计任务：
1、稳固和加深对电子电路根本知识的理解，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展数字电子电路实验的根本技能。
二、技术指标
抢答器是一种具有优先输出的电子电路。它的根本功能是，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人进展的抢答器。
2、系统设置复位按钮，按动后，重新开场抢答。
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3、抢答器开场时数码管无显示，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去除为止。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，到达抢答目的。
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“开场〞开关后，定时器开场减计。
5、设定的抢答时间内，选手可以抢答，这时定时器开场工作，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，此题报废，选手们无法再抢答，同时扬声器报警发出声音，定时器上显示0。

三、元件清单：
器件
型号
数量
•
• 器件
型号
数量
二极管
10BQ015
2
七段译码器
74LS48
2
电阻

5
2进制计数器
74LS161
1
电阻
20k
1
• 四D触发器
74LS175
1
电阻
1M
1
同步双时钟加/减计数器
74LS192
1
电阻
48k
2
•
555
2

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反向器
74LS04
1
•
• 四输入或门
4072
1
二输入与门
74LS08
2
• 电容
10n
1
三输入与门
74LS11
2
• 电容

1
四输入与门
74LS21
1
• 电容
1uF
1
开关

5
共阳七段数码管
7SEG-COM-CATHODE
2

四、电路框图如下：

抢答
按钮

七段
数码
管显示
译码
电路

抢答
控制
电路

七段
数码
管显示

主持人
控制开关

废题计时电路

蜂鸣器
报警

报警电路

1〕智能抢答器 总体方框图如上图所示。其工作原理为：接通电源后，主持人将K0拨到"去除"状态，抢答器处于制止状态，编号显示器灭灯，定时器不显示；主持人用开关K0清零，宣布"开场"并按下K0状态开关抢答器工作。定时器计时。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，定时器停顿、制止二次抢答、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"去除"和"开场"状态开关。
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具体操作如下：
在主持人宣布开场并按下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，显示相应的序号并伴有声响,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。
五．总电路图如下〔附录〕：
六、单元电路的设计
1、抢答局部电路
该电路完成的功能：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；
工作过程：当主持人表示开场作答时，按下复位键即清零。当有选手抢答时，通过显示电路显示组号，及报警电路发出声响。其中，74LS175起到锁存作用,74LS48起到译码作用。

2.七段数码管显示电路
此电路是通过74LS48译码，将所抢答组号显示在七段数码管上。通过以下原理实现：
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字符显示器：分段式显示是将字符由分布在同一平面上的假设干段发光笔划组成。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1.5~3V，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。74LS48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

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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，它的真值表见表以下图所示
十进制
数或
功能
输 入

输 出

A3
A2
A1
A0
a
b
c
d
e
f
g
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
×
0
0
0
1
1
0
1
1
0
0
0
0
2
1
×
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
3
1
×
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
4
1
×
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
1
1
5
1
×
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
1
6
1
×
0
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
1
7
1
×
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
8
1
×
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
9
1
×
1
0
0
1
1
1
1
1
0
0
1
1
灭灯
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
0
0
灭零
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
试灯
0
×
×
×
×
×
1
1
1
1
1
1
1
1
74LS48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，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，a~g
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七段全亮；
b灭灯输入，当=0，不管其它输入状态如何，a~g均为0，显示管熄灭；
c动态灭零输入，当=1，=0时，
如果=0000时，a~g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。

3、废题计时电路
本电路通过555做多谐振荡器，74LS192计数器计数和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，当主持人宣布开场答题时，计数器顺时计数，假设无人抢答，计数器计到零时，通过报警电路发出声响。该题作废。
〔1〕通过定时器555接成多谐振荡器，工作原理：其根本
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。随着充电的进展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。
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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
RD
VI1
VI2
VO
TD状态
0
´
´
低
导通
1
>2VCC/3
>VCC/3
低
导通

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1
<2VCC/3
>VCC/3
不变
不变
1
<2VCC/3
<VCC/3
高
截止
1
>2VCC/3
<VCC/3
高
截止
外部管脚图：

〔2〕字符显示原理同上。
电路图如下

4、报警电路
该电路通过555构成的单稳态触发器实现报警功能。如以下图所示电路中，
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七、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响，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局局部开得明显些，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、 555脉冲源时应该用LED灯作显示，测试脉冲信号输出输入情况，电阻在接入前要测试保证其可以正常工作。最好就是把输出接在LED灯上，一直接线，。一直观察它的灯亮情况，直到它会正常闪烁为止。说明脉冲源正常工作。
3.仿真测试必须与实际相符，可以保证测试出来的是正确的结果，测试正确之后便可以无后顾之忧地做电路图，让设计更加顺利。不宜在此工作花费太多时间容易影响接下来的设计。
八、心得体会：
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通过这次的课程设计，让我看到了自己知识掌握的的程度，发现根底薄弱，但通过对此次课程设计加深了对相关知识的理解，对相关器件的实际使用有了更深一步的认识。
电路设计之前，大量的前期工作是非常必要而且是值得花大量时间去做的，了解芯片的引脚和功能，然后是电路图的设计，在电脑上模仿以及修改，仿真，这是一个相当费时间的工作。但当正确的测试结果出来时，确实非常让人有成就感。
2、在连接实物电路时，要注意分步完成电路，而不是将所有一起接起来。结果当把线接好时，不知道哪里出错，不工作了。由于线接得比较多，人也乱了，很难检查错误。调试后发现，实际电路中存在各种问题。自己就分局部各自调试。然后综合起来，这次课程设计能够胜利的完成，很大局部应该是需要耐心和细心，还有大家的集思广益。
课程设计的完成，当然还得于教师的悉心指导，好几次黄昏教师都跟我们一样没有去吃晚饭，很是感动，教师几乎都是从上。所以此次课程设计收获甚多。
九、参考文献
数字电子技术根底 ----高等教育出版社〔康华光 主编 〕
电子技术实验教程----房丽萍 俞志英 编
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