简易抢答器制作(完成版)

电子技术综合训练

设计报告

题目：简易抢答器制作

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摘要

本文讲述的简易抢答器的主要是由抢答电路、计时电路、报警电路、主持人控制电路组成。当主持人按下主控制开关，抢答开始，计时也开始，如果有人抢答，计时停止，主持人打开主控制开关，抢搭清零，当开关再次闭合时，新一轮抢答开始；如果三十秒后无人抢答，则报警电路动作，开始报警，一秒后自动解除，主持人打开开关，当开关再次闭合时，新一轮抢答开始。

关键词：抢答器，计时电路

目录

摘要 (2)

1、设计任务和要求 (4)

1.1设计任务 (4)

1.2设计要求 (4)

2、系统设计 (5)

2.1系统要求 (5)

2.2方案设计 (5)

2.3系统工作原理 (5)

3、单元电路设计 (6)

3.1抢答电路 (6)

3.11电路结构 (6)

3.12仿真图 (6)

3.13元器件及参数 (6)

3.2计数电路 (10)

3.21电路结构 (10)

3.22仿真图 (11)

3.23元器件及其参数 (11)

3.3报警电路 (15)

3.31电路结构 (15)

3.32仿真电路 (15)

3.33元器件及其参数 (16)

3.4直流稳压电源的设计 (16)

4、系统仿真 (18)

5、电路安装、调试、与测试 (20)

5.1电路安装 (20)

5.2电路调试 (20)

5.3测试结果及分析 (20)

结论 (21)

参考文献 (22)

总结、体会和建议 (23)

附录 (23)

元器件清单 (23)

1、设计任务和要求

1.1设计任务

设计并制作一个简易数字抢答器

1.2设计要求

（1）抢答组数分为八组，序号分别为S0,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7，优先抢答者按动本组按钮，组号立即在LED显示器上显示，同时封锁其他组的按键信号。（2）系统设置外部清除键，按动清除，LED显示器自动清零灭灯。

（3）数字抢答器定时为30s，启动开始键后，要求30秒定时器开始工作，发光二极管点亮。

（4）抢答者在30秒内进行抢答，抢答有效，如果30秒定时到时，无抢答者，则本次抢答无效，系统短暂报警。

（5）电源：220v/50Hz的工频交流电供电；（注：直流电源部分只完成设计部分即可，不需制作，用实验室提供的稳压电源调试，但要求设计的直流电源满足电路要求）

（6）按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim或CAD/PspiceAD9.2进行仿真，用万用版焊接原件，制作电路，完成调试、测试、撰写设计报告。

2、系统设计

2.1系统要求

（1）数分为八组，序号分别为S0,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7，优先抢答者按动本组按钮，组号立即在LED 显示器上显示，同时封锁其他组的按键信号。 （2）置外部清除键，按动清除，LED 显示器自动清零灭灯。

（4）答器定时为30s ，启动开始键后，要求30秒定时器开始工作，发光二极管点亮。

（5）30秒内进行抢答，抢答有效，如果30秒定时到时，无抢答者，则本次抢答无效，系统短暂报警。

（6）220v/50Hz 的工频交流电供电；（注：直流电源部分只完成设计部分即可，不需制作，用实验室提供的稳压电源调试，但要求设计的直流电源满足电路要求） （7）上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim 或CAD/PspiceAD9.2进行仿真，用万用版焊接原件，制作电路，完成调试、测试、撰写设计报告。

2.2方案设计

方案流程图如上图所示

2.3系统工作原理

该方案中系统主要由定时电路、8线—3线优先编码器、RS 锁存器、译码显

示和报警电路等几部分组成。其中定时电路、锁存器及8线—3线优先编码器三部分的时序配合十分重要。当主持人打开主控制开关，计数器清零，锁存器解锁，显示器清零；当按钮按下，计数器计数，发光二极管点亮，同时锁存器的输出使8线—3线优先编码器使能，编码器等待数据输入，在30秒内，首先安东序号开关的组号立即被锁存到LED 显示器上，与此同时，8线—3线优先编码器禁止工作，锁存其他组的按键信号。若定是时间30秒已到而无抢答者，锁定编码器，抢答按键信号无效，同时电路报警，说明本次抢答无效。

译码电路 显示电路 主持人控制按钮 锁存器 报警电路 定时电路

抢答按钮 8线—3线优先编码器

3、单元电路设计

3.1抢答电路

3.11电路结构

当主持人按下主控制开关，锁存器清零状态，由于ST=0时，编码器使能，且发光二极管亮，计数器开始计时，抢答开始。在这期间，只要按动任意抢答键，编码器输出经RS锁存器锁存，由显示器显示组号：与此同时，由于有有效输入信号输入，Yex由1反转为0，4Q端输出为1，即ST=1,编码器禁止输入，停止编码，封锁其他组的输入信号，LED显示最先按动按键的那个组对应的组号，实现优先抢答的功能。

3.12仿真图

3.13元器件及参数

本电路由抢答按钮、8线—3线优先编码器，RS锁存器，驱动译码器，LED 等组成。

（1）8线—3线优先编码器

管脚图

引出端符号： 0－7 编码输入端(低电平有效) EI 选通输入端(低电平有效) A0、A1、A2 编码输出端(低电平有效) GS 宽展端(低电平有效) EO 选通输出端

功能表

说明：H－高电平

L－低电平

X－任意

极限值

电源电压------------------------------------------------7V

输入电压

54/74LS148--------------------------------------7V

发射极间电压

54/74148 的两编码输入----------------------------5.5V

工作环境温度

74LS148------------------------------------0～70℃

贮存温度-------------------------------------- －65～150℃ (2)RS 锁存器

四个锁存器中有 2 个具有2 个置位端（/S A ,/S B ）。当/S 为低电平，/R 为高电平时，输出端Q 为高电平。当/S 为高电平，/R 为低电平时，Q 为低电平。当/S 和/R 均为高电平时，Q 被锁存在已建立的电平。当/S 和/R 均为低电平时，Q 为不稳定的高电平状态。对/S A 和/S B ，/S 的低电平表示/S A 和/S B 只要有一个为低电平，/S 的高电平表示/S A 和/S B 均为高电平。 引出端符号： 1Q~4Q 输出端

/1S~/4S 置位端（低电平有效） /1R~/4R 复位端（低电平有效） 外部管腿图：

（3）驱动译码器 简要说明

74ls48 为有内部上拉电阻的BCD －七段译码器/驱动器，共有54/7448、54/74LS48 两种线路结构型式。 输出端（Ya －Yg ）为高电平有效，可驱动灯缓冲器或共阴极VLED 。当要求输出 0－15 时，消隐输入（B ＿＿ I ＿

）应为高电平或开路对于输出为0 时还要求脉冲消隐输入（R ＿＿ B ＿＿ I ＿

）为高电平或者开路。当B ＿＿ I ＿

为低电平时，不管其它输入端状态如何，Ya －Yg 均为低电平。当RBI 和地址端（A0－A3）均为低电平，并且灯测试输入端（L ＿＿ T ＿＿

）为高电平

时， Ya －Yg 为低电平，脉冲消隐输出（R ＿＿ B ＿＿ O ＿＿）也变为低电平。当B ＿＿

I ＿ 为高电平或开路时，L ＿＿ T ＿＿

为低电平可使Ya －Yg 均为高电平。48 与248 的引出端排列、功能和电特性均相同，差别仅在显示6 和9,248 所显示的6 和9 比48 多出上杠和下杠。

管脚图：

引出端符号

A 0－A 3 译码地址输入端

B ＿＿ I ＿ /R ＿＿ B ＿＿ O ＿

消隐输入（低电平有效）/脉冲消隐输出（低电平有效） L ＿＿ T ＿＿

灯测试输入端（低电平有效） R ＿＿ B ＿＿ I ＿

脉冲消隐输入端（低电平有效） Ya －Yg 段输出 功能表：

（4）LED

7段LED 数码管引脚

常见的数码管由七个条状和一个点状发光二极管管芯制成，叫七段数码管如下图所示，根据其结构的不同，可分为共阳极数码管和共阴极数码管两种。根据管脚资料，您可以判断使用的是何总接口类型.

LED 数码管中各段发光二极管的伏安特性和普通二极管类似，只是正向压降较大，正向电阻也较大。在一定范围内，其正向电流与发光亮度成正比。由于常规的数码管起辉电流只有1～2 mA，最大极限电流也只有10～30 mA，所以它的输入端在5 V 电源或高于TTL 高电平(3.5 V)的电路信号相接时，一定要串加限流电阻，以免损坏器件。

3.2计数电路

3.21电路结构

30s计时由两片74ls160、NE555,74LS00及其附属电路组成，当主持人开关处于打开状态时，计数器清零，当开关合上时，计数开始，为30s顺计时，经LED 显示。

3.22仿真图

3.23元器件及其参数

（1）74ls160

160 为可预置的十进制同步计数器，共有54/74160 和54/74LS160 两种线路结构型式

160 的清除端是异步的。当清除端/MR 为低电平时，不管时钟端CP 状

态如何，即可完成清除功能。

160 的预置是同步的。当置入控制器/PE 为低电平时，在CP 上

升沿作用下，输出端Q0－Q3 与数据输入端P0－P3 一致。对于

54/74160，当CP 由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端CEP、CET 为

高电平，则/PE 应避免由低至高电平的跳变，而54/74LS160 无此种

限制。

160 的计数是同步的，靠CP 同时加在四个触发器上而实现的。

当CEP、CET 均为高电平时，在CP 上升沿作用下Q0－Q3 同时变化，

从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于54/74160，只有当CP

为高电平时，CEP、CET 才允许由高至低电平的跳变，而54/74LS160 的

CEP、CET 跳变与CP 无关。

160 有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0 的高电平部分。在不外加门电路的情况下，可级联成N 位同步计数器。对于54/74LS160，在CP 出现前，即使CEP、CET、/MR 发生变化，电路的功能也不受影响。

管脚图：

引出端符号：

TC 进位输出端

CEP 计数控制端

Q0－Q3 输出端

CET 计数控制端

CP 时钟输入端（上升沿有效）

/MR 异步清除输入端（低电平有效）

/PE 同步并行置入控制端（低电平有效）

功能表：

说明：H－高电平

L－低电平

X－任意

(2)NE555

NE555 引脚功能及应用

NE555为8脚时基集成电路，各脚主要功能（集成块图在下面）

1地GND 2触发

3输出 4复位

5控制电压 6门限(阈值)

7放电 8电源电压Vcc

应用十分广泛，可装如下几种电路：

1、单稳类-----作用：定延时，消抖动，分（倍）频，脉冲输出，速率检测等。

2、双稳类-----作用：比较器，锁存器，反相器，方波输出及整形等。

3、无稳类-----作用：方波输出，电源变换，音响报警，玩具，电控测量，定时等。

单稳类电路:单稳工作方式，它可分为3种。

第1 种（图1）是人工启动单稳，又因为定时电阻定时电容位置不同而分为2个不同的单元，并分别以1.1.1 和1.1.2为代号。他们的输入端的形式，也就是电路的结构特点是：“RT-6.2-CT”和“CT-6.2-RT”。

第二种（见图2）是间接反馈型，振荡电阻是连在电源VCC上的。其中第1

个单元电路（3.2.1）是应用最广的。第2个单元电路（3.2.2）是方波振荡电路。第3、4 个单元电路都是占空比可调的脉冲振荡电路，功能相同而电路结构略有不同，因此分别以3.2.3a 和3.2.3b的代号

(3)74LS00

简要说明

74LS00为四组2 输入端与非门（正逻辑），共有54/7400、54/74H00、54/74S00、54/74LS00 四种线路结构形式

引出端符号

1A－4A，1B－4B 输入端

1Y－4Y 输出端

逻辑图

功能表

3.3报警电路

3.31电路结构

报警电路实在30秒没无人抢答，当计数满30秒时，经“与非门”、“非门”把高电平接到蜂鸣器上，蜂鸣器工作报警，当高脉冲结束后蜂鸣器解除报警，主持人打开开关，本次抢答无效。

3.32仿真电路

3.33元器件及其参数

蜂鸣器

（一）蜂鸣器的介绍1．蜂鸣器的作用蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。2．蜂鸣器的分类蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。3．蜂鸣器的电路图形符号蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。

（二）蜂鸣器的结构原理1．压电式蜂鸣器压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.5~15V 直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.5~2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。2．电磁式蜂鸣器电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。

3.4直流稳压电源的设计

电路工作原理

从图上看,变压器输入端经过一个保险连接电源插头,如果变压器或后面的

电路发生短路，保险内的金属细丝就会因大电流引发的高温溶化后断开。

变压器后面由4个二极管组成一个桥式整流电路，整流后就得到一个电压波动很大的直流电源，所以在这里接一个330uF/25V的电解电容。

变压器输出端的9V电压经桥式整流并电容滤波，在电容C1两端大约会有11V 多一点的电压，假如从电容两端直接接一个负载，当负载变化或交流电源有少许波动都会使C1两端的电压发生较大幅度的变化，因此要得到一个比较稳定的电压，在这里接一个三端稳压器的元件。

三端稳压器是一种集成电路元件，内部由一些三极管和电阻等构成，在分析电路时可简单的认为这是一个能自动调节电阻的元件，当负载电流大时三端稳压器内的电阻自动变小，而当负载电流变小时三端稳压器内的电阻又会自动变大，这样就能保持稳压器的输出电压保持基本不变。

因为我们要输出5V的电压，所以选用7805，7805前面的字母可能会因生产厂家不同而不同。LM7805最大可以输出1A的电流，内部有限流式短路保护，短时间内，例如几秒钟的时间，输出端对地（2脚）短路并不会使7805烧坏，当然如果时间很长就不好说了，这跟散热条件有很大的关系。

三端稳压器后面接一个105的电容，这个电容有滤波和阻尼作用。最后在C2两端接一个输出电源的插针，可用于与其它用电器连接,比如MP3等。虽然7805最大电流是一安培，但实际使用一般不要超过500mA,否则会发热很大，容易烧坏。一般负载电有200mA以上时需要散热片。

4、系统仿真

有人抢答时，计数停止

无人抢答时，电路报警

5、电路安装、调试、与测试

5.1电路安装

安装电路之前，首先要去买器件，要经济实惠，并且应合理设计排板，要方便走线，外观整齐。在焊接时，首先要注意安全，其次要注意接线注意不可将线路短接，也不可断路。将芯片插入底座时，要注意不可将芯片引脚折断，更要注意芯片极性，及管脚图。

5.2电路调试

当电源接入万用板时，我们首先发现所有的LED都不亮，我们猜测是接线有问题，可能有短接，有漏接。经检查，发现真的有漏接。当漏接的问题解决后，电路LED有显示，证明电路是接通的，可是有一个按钮不能抢答，经检测，得到的结论是按钮是坏的。解决了按钮的问题后，就剩下了计数电路跟报警电路，计数电路不计数我们查了74ls160没问题，74ls00没问题，问题就出在了ne555上，用示波器检测后发现我们输出的脉冲失真了，随后调节了电容跟电阻的值，并得到了结论。报警电路一次成功，在调试中没发现问题。

5.3测试结果及分析

1、当电源接通时，所有的LED都显示零，电路处于清零状态。

2、当主持人按下主控开关时，计时电路开始工作，30s顺计时开始。

3、在30s内，如果有人抢答，显示抢答组组号，计时停止。

4、如果在30s内无人抢答，报警电路工作。