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四
路
抢
答
器
设
计
实
验
报
告
信息科学技术学院
自动化*班
****
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
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
0.01F
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"清除"状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器不显示；主持人用开关K0清零，宣布"开始"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，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、抢答部分电路
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：当主持人表示开始作答时，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：
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
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
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
七段全亮；
b灭灯输入，当=0，不论其它输入状态如何，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，当主持人宣布开始答题时，计数器顺时计数，若无人抢答，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
1
<2VCC/3
>VCC/3
不变
不变
1
<2VCC/3
2VCC/3
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