抢答器实验报告.doc

抢答器实验报告

一．   设计任务与要求
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S1 ~ S8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，并在LED，数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。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。
扩展功能
4. 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。
5. 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，并保持到主持人将系统清除为止。
6. 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。

二、设计原理与参考电路
1．数字抢答器总体方框图
     如图所示为总体方框图。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；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。

由于时间精力有限，只做了主体电路。
二．元电路设计
抢答器的一般构成框图如图所示。它主要由开关阵列电路、触发锁存电路、编码器、7段显示器几部分组成。下面逐一给予介绍。
（1）开关阵列电路
该电路由多路开关所组成，每一竞赛者与一组开关相对应。开关应为常开型，当按下开关时，开关闭合；当松开开关时，开关自动弹出断开。
（2）触发锁存电路
当某一开关首先按下时，触发锁存电路被触发，在输出端产生相应的开关电平信息，同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱，最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。若有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，结果可能是它们中的任一个产生有效输出。
（3）编码器
编码器的作用是将某一开关信息转化为相应的8421BCD码，以提供数字显示电路所需要的编码输入。
（4）7段显示译码器
译码驱动电路将编码器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。
（5）数码显示器
数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管。
电路如图：（由于成本的原因，74HC148改为74HC147，74LS247改为74HC4511）
三：电路分析
74HC373为8D锁存器，一开始，当所有开关均未按下时，锁存器输出全为高电平，经8输入与非门和非门后的反馈信号仍为高电平，该信号作为锁存器使能端控制信号，使锁存器处于等待接收触发输入状态；当任一开关按下时，输出信号中必有一路为低电平，则反馈信号变为低电平，锁存器刚刚接收到的开关被锁存，这时其它开关信息的输入将被封锁。由此可见，触发锁存电路具有时序电路的特征，是实现抢答器功能的关键。
74HC147H为10－4线优先（高位优先）编码器，当任意输入为低电平时，输出为相应的输入编号的8421码（BCD码）的反码编码器实现了对开关信号的编码并以BCD码的形式输出。为了将编码显示出来，需用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流。一般这种译码通常称为7段译码显示驱动器。
CD4511是常用的7段译码显示驱动器。
副：373真值表

PCB截图：
四、仪器：
1．开关9个。
2. 集成电路74LS147，74LS30，74LS04，74ls4511，74hc373各一片。
3. 电阻 100Ω，1KΩ，10kΩ 1只，1K排阻两个。
4 三极管 9013一个。
其它：发光二极管8，共阴极显示器1。
五：实验设计总结
电路设计过程中遇到种种难题，用到电路模拟软件MULTISM，电路原理总是很清晰的，但老是模拟出错。我先后改了5次电路，终于在换用74HC373的时候电路模拟成功！这个过程让我对MULTISM这个软件有了比较高的使用熟练度。
然后用PROTEL做电路版，原理图很快就出来了，但是做PCB的时候遇到的难题，布的PCB就没有一次跳线是少于30跟的！奋战好几个日夜，最后在其他同学的帮助下，完成了PCB的绘制！
在焊接电路版的时候我学到了一系列的东西，
1.在安装的时候要小心不要把二极管的正反接错了。要不然在数码管就不能显示正常的数字。有时候连数码管都不亮。
2.在安装开关的时候要注意4脚开关的脚的导通状态。三极管，同样也要正确的判断它们3只脚的b，c，e，如果出错了，则74LS32功能将遭到破坏。
3在布线的时候也要注意，铁丝不能插的太深，也不能搭高架桥似的，因为这些细节的出错往往很难找到错的原因。

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