八人抢答器实训报告

一、实验目的------------------------------------------------

二、设计要求及内容---------------------------------------

三、设计及原理---------------------------------------------

4.1 总体方案设计---------------------------------------

4.1.1 设计思路----------------------------------------

4.1.2 原理框图----------------------------------------

4.2 单元模块及说明------------------------------------

4.2.1 倒计时模块-------------------------------------

4.2.2 抢答模块----------------------------------------

四、仿真调试过程中的部分显示----------------------

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五、实验结果显示-----------------------------------------

六、设计体验及收获--------------------------------------

七、附录-----------------------------------------------------

一、相关介绍初始条件

要求对数字电路里 555 电路的运用有所了解，同时 熟悉计数电路和译码电路的运用，还要能够运用 protel 软件进行电 路的仿真,能够运用 multisim 软禁多自己设计的电路进行仿真， 检验 自己所设计的电路是否正确。

 要求完成的主要任务

1.运用数字电路设计一个能够满足特定要求的八路抢答器

2. 运用 protel 绘制电路原理图

3.按照所画的原理图，在实验室对根据所设计的原理图结合相关材 料对设计进行连接和调试。

 抢答器作为一种工具， 已经广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。 本文介绍了一种用 74 系列常用集成电路及常用芯片设计的数码显示 八路抢答器的电路组成、设计思路及功能。该抢答器除具有基本的抢 答功能外，还具有定时、计时和报警功能。主持人通过时间预设开关 预设供抢答的时间，系统将完成自动倒计时。若在规定的时间内有人 抢答，则计时将自动停止；若在规定的时间内无人抢答，则系统中的 发光二极管，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能。 关键词: 关键词 八路,抢答器,设计,定时，计时，报警

二、实验目的

通过本次电工电子课程设计希望学生能很好的利用自己所 学的理论知识，将理论运用于实践，从实践中了解到自己所学知 识的用处，培养学生的实践能力，对实际问题的理解和对设计的 跟好认识。同时学会对 protel 和 multisim 的运用。

 三、设计要求及内容

在许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢 答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光或音响等多种手段 指示出第一抢答者。

 （1）设计制作一个可容纳 8 组参赛的数字式抢答器，每组 设置一个抢答按钮供抢答者使用。

（2）电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人 系统发出抢答指令后，若参赛者按抢答开关，则该组指示灯亮并 用组别显示电路显示出抢答者的组别， 同时指示灯(发光二极管) 亮。 此时， 电路应具备自锁存功能， 使别组的抢答开关不起作用。

（3）若超时仍无人抢答，则报警指示灯熄灭。

四、设计及原理

4.1 总体方案设计

4.1.1 设计原理

 ①本题的根本目的在于准确判断出第一抢答者的信号并将其 锁存。实现这一功能可选择使用锁存器实现。在得到第一信号之后应 立即将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信号无效。但是，第一抢 答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。

②当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路 显示出抢答者的序号，也可以用发光二极管直接指示出序号。

③在主持人没有按下开始抢答按钮前，参赛者的抢答开关无效； 当主持人按下开始抢答按钮后，开始进行 30 秒倒计时，此时，若有 选手抢答，显示该组别并使抢答指示灯亮表示“已有人抢答” ；当计 时时间到，仍无选手抢答，则计时指示灯灭表示“时间已到” ，主持 人清零后开始新一轮抢答。

 

4.2 单元模块及说明

 4.2.1 倒计时模块

该部分主要由 555 定时器秒脉冲产生电路、十进制同步可逆计 数器 74LS192 减法计数电路、74LS48 译码电路和 2 个 7 段数码管 及相关电路组成。完成的功能是当主持人按下开始抢答按钮后，进行 30s 倒计时，到 0s 时倒计时指示灯亮。当有人抢答时，计时停止。 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。74LS192 的预置数控制端实现 预置数 30s，计数器的时钟脉冲由脉冲电路提供。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，控制报警电路报 警，同时宣布此后选手抢答无效。

 555 构成的是多谐振荡器，为电路提供脉冲信号，保证倒计时电 路即有 74LS192 可逆计数器构成的倒数功能正常显示。

两片可逆计数器 74LS192 实现 30s 倒计时功能， 同时通过发光二 极管提示时间即将截止时选手应该抓紧时间了。

该部分是由开关和优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS279 以及七 段译码器 74LS48 构成的抢答电路，当主持人按下抢答开关时，前面 介绍的倒计时电路开始计计时时，选手在 30s 时间内可以抢答，若即 使时间内没有抢答，则主持人将清零从新开始新的抢答，若有选手抢 答，则锁存器将锁着该选手序号，并保证其他选手不能再抢答。 使用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 来完成。 该电路主 要完成两个功能：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（显示电路采用七段数字数码显示 管） 二是禁止其他选手按键， ； 其按键操作无效。

 工作过程： 开关 S 置 于"清除"端时，RS 触发器的 R、S 端均为 0，4 个触发器输出置 0， 使 74LS148 的优先编码工作标志端＝ 0，使之处于工作状态。当开 关 S 置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按 键按下时 （如按下 S5） 74LS148 的输出经 RS 锁存后， ， CTR=1,RBO =1, 七段显示电路 74LS48 处于工作状态， 4Q3Q2Q=101,经译码显示为 。 “5” 此外，CTR ＝1，使 74LS148 优先编码工作标志端＝１，处于禁止状 态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148 的 此时 由于仍为 CTR＝1，使优先编码工作标志端＝1， 5 所以 74LS148 仍 处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优 先性。只要有一组选手先按下抢答器，就会将编码器锁死，不再对其 他组进行编码。通过 74LS48 译码器使抢答组别数字显示 0-7。如有 再次抢答需由主持人将 S 开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢 答。 RS 触发器（74LS279） ： 1. 保持状态。当输入端接入 S = R =1 的电平时，如果基本 SR 触发器现态 Q =1、Q =0，则触发器次态 Q =1、Q =0；若基本 SR 触发器的 现态 Q =0、 Q =1，则触发器次态 Q =0、 Q =1。即 S = R =1 时，触发器保 持原状态不变。 2. 置 0 状态。当 S =1，R =0 时， 如果基本 SR 触发器现态为 Q =1、 Q =0，因 R =0，会使 Q =1，而 Q =1 与 S =1 共同作用使 Q 端翻转为 0； 如果基本 SR 触发器现态为 Q =0、Q =1，同理会使 Q =0，Q =1。只要输 入信号 S =1，R =0，无论基本 SR 触发器的输出现态如何，均会使输出 次态置为 0 态。 3. 置 1 状态。当 S =0、 R =1 时，如果触发器现态为 Q =0、 Q =1，因 S =0，会使 G1 的输出端次态翻转为 1，而 Q =1 和 R =1 共同使 G2 的输 出端 Q =0； 同理当 Q =1、Q =0， 也会使触发器的次态输出为 Q =1、Q =0； 只要 S =0、 R =1，无论触发器现态如何，均会将触发器置 1。 4. 不定状态。当 S = R =0 时，无论触发器的原状态如何，均会使 Q =1， Q =1。当脉冲去掉后， S 和 R 同时恢复高电平后，触发器的新 状态要看 G1 和 G2 两个门翻转速度快慢，所以称 S = R =0 是不定状态， 在实际电路中要避免此状态出现。 I Y 4LS148 的输入端和输出端低电平有效。 0 ~ I 7 是输入信号， 2 ~ Y0 为三位二进制编码输出信号， I S ＝1 时，编码器禁止编码，当 I S ＝0 时，允许编码。 YS 是技能输出端，只有在 I S ＝0，而 I 0 ~ I 7 均无编码 输入信号时为 0。 YEX 为优先编码输出端，在 I S ＝0 而 I 0 ~ I 7 的其中之 一有信号时，YEX ＝0。I 0 ~ I 7 各输入端的优先顺序为：I 7 级别最高，I 0 级别最低。如果 I 7 ＝0（有信号） ，则其它输入端即使有输入信号，均 不起作用，此时输出只按 I 7 编码， Y2 Y1 Y0 ＝000。优先编码被广泛用 于计算机控制系统中，当有多个外设申请中断时，优先编码器总是给 优先级别高的设备先编码。

74LS148 的输入端和输出端低电平有效。 I 0 ~ I 7 是输入信号， Y2 ~ Y0 为三位二进制编码输出信号，I S ＝1 时， 编码器禁止编码， I S 当 ＝0 时，允许编码。YS 是技能输出端，只有在 I S ＝0，而 I 0 ~ I 7 均无编 码输入信号时为 0。 YEX 为优先编码输出端，在 I S ＝0 而 I 0 ~ I 7 的其中 之一有信号时，YEX ＝0。I 0 ~ I 7 各输入端的优先顺序为：I 7 级别最高， I 0 级别最低。如果 I 7 ＝0（有信号） ，则其它输入端即使有输入信号， 均不起作用，此时输出只按 I 7 编码， Y2 Y1 Y0 ＝000。优先编码被广泛 用于计算机控制系统中，当有多个外设申请中断时，优先编码器总是 给优先级别高的设备先编码。 二进制译码器是将输入的二进制代码的各种状态按特定含义翻 译成对应输出信号的电路。也称为变量译码器。若输入端有 n 位，代 码组合就有 2n 个，当然可译出 2n 个输出信号。 显示译码器由译码输出和显示器配合使用，最常用的是 BCD 七 段译码器。其输出是驱动七段字形的七个信号，常见产品型号有 74LS48、74LS47 等。 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 1.5~3V，驱动电流为几十毫安。图 1-3 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 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。数码管常用型号有 BS201、BS202 等。图 1-4（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~g 由 相应的 BCD 七段译码器来驱动。

五、产品实物图

六、设计体验及收获

这次课程设计的电路是比较复杂的。 虽然以前在模电中接触过 一些电子电路，但在初期还是感到无从下手。在整个电路的设计过程 中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，在 方案的选择中，我们仔细分析其原理以及可行的原因，最后还是在仿 真多次对电路的改进，终于使整个电路可稳定工作。设计过程中，我 深刻的体会到在设计过程中， 需要反复实践， 其过程很可能相当烦琐， 有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做， 那时心中未免有点灰 心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。设计思路 是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一 半。因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为 我们设计的成功打下坚实的基础。 设计单元电路阶段， 这个阶段可以说是考察数电书本知识的阶段。 所有的设计方法还有步骤在数电书上都有， 而且还有例题。 这个阶段遇 到的主要问题就是以前的知识忘记不少， 所以做设计的时候要常随手翻 阅课本，等于是做了几道数电作业题。这个阶段的难度也不是很大，一 般翻课本就可以找到答案并解决问题。 实验阶段可以说是这次设计中最重要的部分，因为以前的只是理 论而不是真正的实体。 所以说它是最重要的。 实验阶段我们遇到的问题 有：对软件不熟悉；对实验过程中信号的测量知识学习很少；因为各个 模块是分开做而后又组装到一起的， 所以兼容性不是很好 （也就是不能 融合为一个整体，部分工作能行但是接到一起就会出现问题），而且在 接连电路板时，还应该仔细考虑，合理安排芯片的位置，这样在接线路 时才能方便，接好的电路才美观，符合要求。 制作过程是一个考验人耐心的过程， 不能有丝毫的急躁， 电路的焊 接要一步一步来，焊点多，走线复杂。这又要我们要灵活处理，一边操 作一边构思，在不影响试验的前提下加快进度。 另外就是要熟练地掌握课本上的知识， 这样才能对试验中出现的问 题进行分析解决。这是应用课本知识的大好时机。 总之，通过这次练习我有了很多收获。在摸索该如何设计电路使 之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了 动手能力。在改进电路的过程中，同学们共同探讨，最后的电路已经 比初期设计有了很大提高。在让我体会到了设计电路的艰辛的同时， 更让我体会到成功的喜悦和快乐。虽然仿真是我们的设想是成功的， 但是在接连电路板时未能成功的显示出所需要的结果，不过，我认为 此次课程实习还是成功的，让我收获了很多。

八、附录

8.2 相关芯片管脚图           74LS00 管脚图

74LS20 引脚图

 共阴数码管引脚图

 74LS148 引脚图 74LS48 引脚图

8.3 元件清单

5V 共阴数码管 3 个

译码器 74LS48 3 个

优先编码器 74LS148 1 个

可逆计数器 74LS192 2 个

2 输入与非门 74LS00 3 个 4 输入与非门 74LS20 1 个

10kΩ电阻 10 个

50kΩ电阻 1 个

15kΩ电阻 1 个

电阻 500Ω 2 个

发光二极管 2 个 触点开关 10 个

单刀双掷开关 9 个

 0.01μF 瓷片电容 2 个

 导线 若干 、

 

第二篇：8路抢答器实验报告

山 东 凯 文 科 技 职 业 学 院

数 字 电 路 课 程 设 计

          实训项目：八  路  抢  答  器

专业班级：微电子技术，电子一班

姓名及学号：郭佳南（1021100101）

        赵未强（1021100104）

  孙亚运（20108264012）

指导老师：郑煊，黄淑珍

时间：2011.10.14——2011.10.26

一、课程设计目的

任务：成功制作一个八路抢答器

　　1、培养学生根据课题需要选学参考书籍,查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。

　 2、通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。

　 3、了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图等。

　 4、培养严肃、认真的工作作风和科学态度。通过课程设计实践，帮助学生逐步建立正确的生产观点、经济观点和全局观点。

   5、熟悉8 路抢答器工作原理及各芯片原理，设计并仿真8路抢答器

6、完成8路抢答器的设计实验报告

二、课程设计的功能简介

1.基本功能：

（1） 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0 ~ S7表示。
（2） 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
（3） 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声器发出声响提示，并在DPY_7-SEG七段数码管上显示选手号码。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。

2.扩展功能：

（1） 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时。

（2） 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。在这段（3） 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。

三、 课程设计的步骤、电路原理及图形

课程设计的步骤：

1、上网查资料确定所用的元器件型号及数量。

2、分析工作原理，确定元器件型号，计算元器件参数。

3、画出整机电路图，列出所用元器件明细表（型号、数值、参数、数量）。

4、在查找所需元器件的详细资料，确定元器件和实验方案。

5.确定方案后将元器件按要求和实际要求安插在万能电路板上。

6.对元器件进行焊接，并检测和调节。

7、完成8路抢答器的设计和实验报告。

1．数字抢答器总体方框图
      如图1所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到"清零"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；主持人将开关置;开始"状态，宣布"开始"抢答器工作。定时器倒计时，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。

总体框图 图1

2．单元电路设计
     (1) 抢答器电路
     设计电路如图2所示。电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 来完成。该电路主要完成两个功能：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（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关S置于"清除"端时，RS触发器的 R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端（图中5号端）＝0，使之处于工作状态。当开关S置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO(图中4端) =1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR＝１，使74LS148 优先编码工作标志端（图中5号端）＝１，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为CTR＝１，使优先编码工作标志端（图中5号端）＝１，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。74LS148为8线－3线优先编码器，表1为其功能表。

表一

(2) 定时电路

原理及设计：该部分主要由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。具体电路如图3所示。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，由节目主持人根据抢答题的难易程度，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DPY_7-SEG 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，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。下面结合图4具体讲一下标准秒脉冲产生电路的原理。结合图4，图中电容C的放电时间和充电时间分别为

  ，

于是从NE555的3端输出的脉冲的频率为

，结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得 ，即秒脉冲。

四、 课程设计过程中遇到的问题及对策

   1.元器件引脚之间有无短路，尤其在焊接时，要严格按照焊接规则焊接，否则容易短路。

   2、集成电路的型号及安插方向对不对，引脚连接处有无接触不良等。在安装的时候我们查阅相关资料，在网上找出各个引脚的标号及参数。

五、课程设计的心得体会

     在设计之前，参考了许多相关的资料，有了基本的思路。
 但着手设计时，又出现了许多未预料到的问题，例如元件的选择：在选择编码器时，是采用普通编码器还是优先编码器。普通编码器中，任何时刻只允许输入一个编码信号，否则输出将发生混乱。所以选择了优先编码器。但是74LS系列中众多不同管脚的类型，选择哪个作编码器。经过查找，选择了74HC147，因为想用数字的形式显示抢答者的编号，所以选择了数码显示管，但数码显示管不能直接，数码显示管需要由TTL或CMOS集成电路驱动，所以在TTL还是CMOS集成电路上又进行了比较和选择。最后选择了数显译码器，用它将输出的二进制代码译成相对应的高、低信号，用其作为数码显示管的驱动信号，数码显示管显示出相对应的选手编号。

    在一些设计原理上也遇到了许多新问题。经同学以及老师的指证，发现原因，并及时的改正。
 通过这次八路抢答器的设计，我发现了以往学习中的许多不足，也让我掌握了以往许多掌握的不太牢的知识，感觉学到了很多东西。三周的课程设计，留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐性和坚持下去的毅力。在整个电路的安装调试的过程中，花费时间最多的是各个元件电路的连接，电路的细节设计以及连完线路后的检查工作上，其中在连接电路是出现问题比较多不过出现了问题后在老师的指导和讲解下我门有了更深刻的认识，同时对元件的原理的功能了解的更多更深刻。在这次过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当的烦琐，有时花很长时间检查电路故障，分析原因，那时心中就有点灰心，有时还特别想放弃，此时更需要静下心来，更仔细的查找原因。
  总之，这次实验过程中我受益匪浅，在摸索我和我的搭档实现了课题所要求的结果。培养了我的设计思维，增加了动手操作的能力。更让我体会到实现电路功能喜悦。

六、课程设计所用仪器仪表清单及元器件清单

八、参考文献

《数字电子技术》等网上资料。