自主设计实验报告

班 级

学 号： 名： 姓

姓名班级学号 实验日期 节次 1-4 教师签字 成绩

自主设计实验——抢答器设计电路

1.实验目的

（1）通过实验巩固和加强对书本知识的掌握；

（2）提高自己的创新意识；

（3）培养动手能力和独立设计并解决问题的能力；

（4）完成一个四人抢答器的设计，并实现要求的功能。

2.实验设计要求

设计一个四名选手竞赛的抢答电路。每人有一个抢答按键，并对应各自的一只指示灯。主持人有一个用于控制指示灯和报警声的复位键和一个抢答开始允许控制键。另外还设有一个犯规指示灯。抢答开始时，当某个选手按下抢答键后其对应的指示灯点亮，其余的选手再按无效。如果选手在主持人的抢答允许控制键按下之前按抢答键，其对应指示灯亮，同时犯规指示灯点亮。

3.总体设计方案或技术路线

本实验电路主体是74ls175，四名选手通过各自的开关答题，答题信号作为输入，输入到74ls175。它的四个Q输出分别接四个指示灯。选手按下答题键，来一触发信号触发，对应输出为“1”，其对应指示灯亮。

利用74ls175实现锁存功能，将四名选手的四个Q输出经过一四输入与非门，再与高电平与非，输出信号与方波脉冲信号与非，将输出作为74ls175的触发信号接到74ls175触发端。当其中一名选手按下后，其对应指示灯点亮，以后触发信号一直保持高电平不再有上升沿，因此其他选手再按无效。

犯规提醒的提示功能由74ls76来实现。输入信号其中之一为方波脉冲的与非门的输出信号接到74ls76的输入信号触发端，利用一开关控制J、K的状态，从而来控制其输出。再将它的输出与74ls175的四个Q输出的“或”用“与”门关联起来，这个与门的输出再接到犯规指示灯,这样一来，主持人按下开关可以答题，犯规指示灯不会亮，而如果主持人还未

按下准许答题的开关，这时选手答题，其对应指示灯亮，同时犯规指示灯也亮。主持人有一开关接地可对74ls175和74ls76清零端输入低电平信号，控制74ls175和74ls76的清零。选手抢答后主持人要采取清零措施来使得选手指示灯和犯规指示灯熄灭，为正常答题作准备。

4.实验电路图

5. 仪器设备名称、型号

74ls175 1片

74ls76

74ls00

74ls20

74ls32

74ls08 1片 3片 1片 3片 1片

函数发生器

指示灯

开关

1台 5个 6个 一台 1000欧姆电阻 一个 电子实验箱 导线 若干

6.理论分析或仿真分析结果

（1）答题功能：四名选手各自答题线路的一端是高电平，通过答题按键控制它的导通，另一端是74ls175的输入端。开始时按键断开，是“0”信号。当按下答题开关时突然接通，“0”信号变成“1”信号，此时有触发上升沿信号，其“1”信号就能输出到指示灯，点亮。

（2）锁存功能：将四名选手的四个Q输出经过一四输入与非门，再与高电平与非，输出信号与方波与非，将输出作为74ls175的触发信号接到74ls175触发端。选手没答题时四个Q输出都为“1”，经过与非门，最终是“1”与方波脉冲信号与非，输出的也是脉冲信号，但是输入端是“0”，所以不会点亮。当其中一名选手按下后，其对应指示灯点亮，其Q输出“0”经过与非门后最终是“0”信号与方波脉冲信号与非，输出为高电平，以后触发信号一直保持高电平不再有上升沿，因此其他选手再按无效。

（3）犯规提醒功能：由74ls76来实现。与非门的输出信号接到74ls76触发端，利用一开关控制J、K的状态从而来控制其输出，此开关为主持人控制，开关按下J、K分别为0、1，这时输出总为“0”，开关断开J、K分别为1、0，此时输出总为“1”,再将它的输出与74ls175的四个Q输出的“或”用“与”门关联起来，这个与门的输出接到犯规指示灯,这样一来，主持人按下开关可以答题，犯规指示灯不会亮，而如果主持人还未按下准许答题的开关，这时选手答题，其对应指示灯亮，同时犯规指示灯也亮。

（4）复位清零功能：主持人有一开关接地可对74ls175和74ls76清零端输入低电平信号，控制74ls175和74ls76的清零。该开关闭合实现清零，断开时答题电路才能正常工作。选手抢答后主持人要采取清零措施来使得选手指示灯和犯规指示灯熄灭，为正常答题作准备。

7.详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）

（1）准备实验所需的元器件；

（2）连线前首先分析并注意连线时可能出现的问题；

（3）根据电路图分模块连线；

（4）检查线路，确认无误后开始测试；

（5）若出现问题，再次检查线路、分析出现问题的原因，直到解决问题，得出预期结 果；

（6）整理实验台；

（7）完成实验报告。

8.实验结论

（1）利用74ls175可实现信号的触发输入和信号的锁存功能；

（2）该电路能实现设计要求的功能：主持人按下准许答题键选手答题，对应指示灯亮；主持人未按下准许答题键，选手抢答其对应指示灯亮，同时犯规指示灯亮主持人通过复位清零键使得指示灯熄灭。

9.实验中出现的问题及解决对策

（1）出现的问题：实验中按设计好的电路连接，但实验室没有需要的元件；电路连接好后，测试时发现功能不能完全实现，经检查分析，是由于信号的锁存功能未实现。

（2）解决对策：没有需要的元器件，可以通过其他元件或其他元件的组合来实现，实验室没有74ls76就可以用一个非门和74ls112的组合实现，非门可以用信号与“1”信号的与非来实现；锁存功能未实现是由于一开始方波信号由函数信号发生器输出，其与“0”与非理论上应该输出“1”，但是发现输出也是脉冲信号，经分析是函数信号发生器的输出信号有干扰，后采用实验箱的方波脉冲信号作为输出问题就解决了，锁存功能实现，抢答器各功能实现。

10.本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议

（1）收获和体会：本次实验不同于以往的实验，这次是真正的自己设计，对于自己真是个挑战。一开始没有思路摸不着头脑，但慢慢的当真正投入进去后就觉得很有意思了，就会更有创造力，也就发现没那么难了。开始有思路设计时会很有信心，但随着设计的进行会发现越来越多的细节问题，都亟待解决，这时一定不要气馁，只要进行下去，会突然在某时有新想法闪现，解决问题，这种感觉才最好，也真验证了“坚持就是胜利”的真理。同时真的觉得书本和实践是不同的，面对困难只要真正投入进去，认真努力积极的去解决它，就能成功。

此次的实验更大的收获是提升了自己的信心，这是个很大的收获。在对本实验犯规指示

的功能进行设计时遇到了困难，一直没有想出实现该功能的方案，开始时只能实现允许答题的控制，而不允许答题的报警功能不能实现。通过查阅资料，以及和同学讨论，最终想出来现在的实现方案，认识到遇到困难去找方法解决，查资料、请教别人都是很好的选择。

本次实验需要用到软件仿真，所以通过这次实验也掌握并熟练了Multisim11.0的使用。

（2）对实验室的建议：我们的实验室真的很好，设备很好很全，性能也良好。不过可能有些元器件还是会没有。实验室真的是个学习新知识、巩固课本知识、锻炼动手能力的好地方，实验室应该常去的，但有时实验室的开放时间实验室会没有地方，这个有点不方便，希望能改进下。

11.参考文献

【1】操长茂 胡小波.电工电子技术基础实验.武汉：华中科技大学出版社， 2009.11.

【2】杨世彦.电子技术.北京：机械工业出版社，2008.05.

 

第二篇：哈工大电工自主设计实验

    姓名      班级       学号     

 实验日期 5月30日节次7~8节教师签字      成绩       

实验名称：智能抢答器

1. 实验目的

1）培养综合开发能力、创新思维，锻炼坚忍不拔的意志。

2） 学习单片机，练习编程。

3） 培养认真、仔细的好习惯。

2.总体设计方案或技术路线

抢答器简介：主持人操控S12与S13两个按键。选手共六位，分别操控S6--S11中的一个按键。 当主持人按下抢答开始按键S13后，倒计时开始，计时5s。此后最先按下按键的选手号码将显示与数码管上，后来按下的将无显示。 若五秒计时结束后，再按下按键也不会显示。

    若主持人没有按开始键，就有选手抢答，则视为犯规。此时犯规的选手号码将被显示于数码管上（最多显示五位犯规选手）。同时，蜂鸣器发出长笛声报警。而当主持人按下清零键S12后，一切状态均恢复，可以开始新一轮的抢答。

按键功能简介

            S13 抢答开始    S12 清零

            S6--S11   分别为1到6号选手按键

           

3.实验电路图

图1总电路图

4. 仪器设备名称、型号

   6个半导体数码管（74LS47）

   1块单片机学习板

   1个80C52单片机

5.理论分析或仿真分析结果

抢答原理：当主持人按下复位开关时，D触发器的清零端为低电平，使D触发器被强制清零，实现复位。当开始抢答时，D触发器Q非端前一状态为高电平，四个Q非端与在一起为高电平，跟脉冲产生器产生的脉冲信号与处理后送给CLK端，使CLK产生上升沿，使抢答有效，小灯亮有声响，这时四个非Q端与在一起为低电平，跟脉冲信号与处理后使CLK低电平，保持前一状态，从而封锁了其他选手抢答。

  

                  图2   抢答电路图

定时原理：由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74192的预置数控制端实现预置数，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管SEVEN_SEG_COM_K上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，以后选手抢答无效。

图3  定时电路图

报警原理：将Q非与信号与复位信号进行与非处理后，与脉冲输入端再进行与处理，送到发光二极管，若在主持人按键前选手先按键，则犯规，发光二极管得到脉冲信号闪烁，同时蜂鸣。

                        图4  报警电路图

6.详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）

本实验主要是实验前的准备，比如购买单片机学习板，学习单片机编程，包括看学习视频，阅读单片机书籍。到实验室后我打开电脑，连接好单片机，等老师空闲时向老师展示了一下。老师对我的表现很满意，我也非常高兴遇到了欣赏自己的老师。

实验结果：当按下抢答开始按键S13后，倒计时开始，计时5s。此后最先按下按键的选手号码将显示与数码管上，后来按下不再显示。五秒计时结束后，再按下按键也没有显示。若出现在主持人按键前抢先按键的，数码管上会显示他的号码，同时发出警报，并且可以按次序同时显示多位抢先人。

7.实验结论

    抢答器在我们的生活中担当着重要角色，本实验很好的涵盖了抢答过程中出现的各种情况。最后的成功使我感到所有的辛勤努力都值了。感谢学校给我们自我展示的舞台。

8.实验中出现的问题及解决对策

    本实验的难点在于编程，对于一个刚接触单片机的人，刚开始会毫无头绪，各种抓狂。但是我想做出这个程序，不愿意遇难就退缩。于是，我宁可每天少睡一小时，也要把这个程序编出来。对于抢答过程中会出现的情况，要感谢同学的补充和帮助。遇到逻辑上不懂的地方，也曾多次向我的电工老师求教。对于随机函数的使用，学长给我详细讲解过。

9.本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议

自主创新实验使我对课堂上的理论知识有了进一步的了解，并增强了对电工电子技术这门课程的兴趣。了解了更多电子元件的工作原理，如：74LS175、74LS48、74ls192等。但同时也暴露出我在知识上掌握不足等缺点。其次在此次设计过程中由于我频繁的使用Keil uVision3，因此使我熟悉了软件的使用，同时在电脑的电子设计和绘图操作上有了进一步提高。加上在设计过程中遇到了一些问题，使得我得查找相关资料，从而增长知识的同时增强解决问题和动手的能力，锻炼我做事细心、用心、耐心的能耐。这一实验设计，使我向更高的精神和知识层次迈向一大步。所以在以后的学习生活中，我会努力学习，培养自己独立思考的能力，积极参加多种设计活动，培养自己的综合能力，从而使得自己成为一个有综合能力的人才进而更加适应社会。

感觉我们实验室挺好的，如果学习资料中有做实验的整体过程（不止是仪器的使用）那就更完美了。

10．参考文献

[1]杨世彦.电工学电子技术.北京：机械工业出版社，2008

[2]康华光.电子技术基础数字部分.北京：高等教育出版社，2006

[3]王彦朋.大学生电子设计与应用.北京：中国电力出版社，2007

[4]张钦双.实用电子电路200例.北京：机械工业出版社，2003

[5]陈有卿.实用555时基电路300例.北京：中国电力出版社，2004

[6]常华.仿真软件教程.北京：清华大学出版社，2006