2022年2022年简易抢答器实验报告 .pdf

一、数字式抢答器功能概述在举办各种智力竞赛活动中，常常需要确定谁是第一个抢答的人。数字式抢答器利用电子器件可以准确的解决这一问题。数字式抢答器允许抢答者在规定的时间范围内进行抢答， 可以用数字显示抢先者的序号， 并配有相应的灯光指示和声报警功能；对犯规抢答者（指在抢答开始命令下达前抢答者），除用声、光报警外，还应显示出犯规者的序号； 若规定抢答时间已过， 要告示任何输入的抢答信号均无效，除非重新下达抢答命令。二、实验目的（1）培养学生灵活运用数字器件实现应用电路的能力。（2）掌握多路竞赛抢答器电路的设计和调试方法。三、设计任务与要求设计一个数字式抢答器，具体要求如下：1要求至少控制四人抢答，允许抢答时间为10 秒，输入抢答信号是在“抢答开始”命令后的规定时间内，显示先抢答者的序号，绿灯亮。2在“抢答开始”命令前抢答者，显示违规抢答者的序号，红灯亮。3在“抢答开始” 命令发出后， 超过规定的时间无人抢答， 显示无用字符 （可自行确定），红灯亮，此时选手不能再进行抢答，显示无用字符。4选做：不仅能显示抢答者的序号并且能显示抢答次序。四、实验仪器及器件NE555 定时器 1 片74LS161 4位二进制同步计数器 1 片74LS04 六输入非门 2 片74LS48 7段显示译码器2 片74LS148 8线3 线优先编码器 1 片74LS75 四一锁存器 1 片74LS08 四2 输入与门 1 片74LS20 二4 输入与非门 1 片电源，面包板，万用表，数码管等。五、实验设计方案1.设计的总体方案本设计电路主要由脉冲产生电路、倒计时电路、 锁存电路、 编码及译码显示电路组成。由脉冲产生电路的输出提供计数器的CP 脉冲，主持人控制开关以及抢答电路的抢答反馈信号控制计数器的计数使能端。当主持人按下开关时， 计数器开始倒计时，此时若有选手抢答，抢答者的序号经过8 线3 线优先编码器后进行锁存，阻止其他选手抢答， 然后将锁存信号经过7 段显示译码器将抢答者序号显示在数码管上， 并且绿灯亮，与此同时，抢答电路对计数电路有一个反馈信号，使计数器停止计数；若主持人按下开关到计时为零的过程中始终没有选手抢答，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 则倒计时到零时，红灯亮，选手不可以再抢答；若主持人还未按下开关，就有选手抢答，则显示抢答者序号，红灯亮，视为违规抢答。其原理框图如下：2各模块电路的设计（1）倒计数模块由节目主持人设定一次抢答的时间10s，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1 秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用74LS161进行设计，输出接非门使其倒计时，具体电路如下图所示。（2）抢答电路模块该模块完成两个功能：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； 二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程： 当有选手按下开关进行抢答时，148的 GS 端输出低电平，让它经过4 个非门后控制75 的使能端，使其处于工作状态，封锁其他按键的输入，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将开关重新置清除然后再进行下一轮抢答。参考电路如下图所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 3总体电路图：将以上两个模块经过适当的修改可以得到总体的电路图。与上面两个图相比，主要修改有以下几点：（1）用主持人开关的非， RCO 的非，以及 GS 经过一个与门控制161 的 ENP使能端，以实现主持人按下开关后开始倒计时；有人抢答计数器停止计数； 计数到零无人抢答，倒计时停止计数三项功能。（2）用 161 的 RCO 端控制 148 的 E1 输入端，以实现计时为零时，选手不能再抢答，抢答电路数码管始终显示无用字符0。（3）将 148的 EO 端和主持人开关的非经过一个与门控制一个二极管（绿灯）,以实现正常抢答时绿灯亮的要求。（4）将 148 的 EO 端和主持人开关经过一个与门控制一个二极管（红灯），以实现主持人还没开始计时，就有选手抢答，红灯要亮的要求。（5）将 161 的 RCO 端控制一个二极管（红灯），以实现倒计时为 0 时红灯亮的要求。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 六、电路组装、调试过程中发生的问题及解决方法本次试验过程中主要遇到以下几个问题： 1.刚开始做实验时，因为对器件等不是很熟，连线布局等都显得比较生疏，所以当连好 555 脉冲产生电路后， 让它与 161 相连时，不小心将 555 的一个非输出管脚与 161 接到了一块，导致本来已经好了的脉冲产生模块不再产生脉冲，后面的倒计数就更无从下手了。 后来经过多次检查才发现是布线时不小心把不该连在一块的管脚连一块了， 在后来的实验过程中， 这个小曲折一直警示着我连线时一定要认真谨慎。 2.本次试验问题最大收获也是最大的部分在抢答模块的锁存部分，我是利用148 的 GS端口控制 75芯片的 E0-1，E2-3 端口的，当有选手抢答时， GS 输出低电平，此时应将抢答者序号锁存，即E0-1，E2-3 输入正好也为低电平，刚开始时我直接将 GS 端口与 E0-1，E2-3 相连，结果抢答模块的数码管始终显示为0，我检查了好多次电路，确认无误，又觉得原理也没啥问题，只好请老师帮忙，发名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 现是在锁存这一块出现了竞争，以至于148 的编码信号还未传给75，其使能端已经使它处于锁存状态，结果只能锁存0.于是我给 GS 端口加了一个延时信号，让其经过两个非门后再控制75 锁存，结果 4 号和 2 号抢答时可以正确显示其序号，而 3 号抢答时显示的是2 号，1 号抢答时显示为0，然后我对 3 号和 1 号的二进制码进行了分析，并将其与3 和 0的二进制进行对比，发现Q0 始终输出为1，而 148 对 3 和 1 编码以反码输出应该为0，锁存后也应该为 0，说明 75 锁存的最低位始终锁存为1，老师说这种情况一般是延时不够，于是我又给GS 价加了两个非门去控制锁存器， 终于抢答可以正常实现了。 这个问题让我对电路的竞争有了切实的体会， 平时看书做题总处于理想状态， 而真正动手时才发现理论和实际根本不一样，实际中我们需要考虑很多问题，比如布线，价格等，但扎实的理论还是指导实际操作必不可少的因素，所以我以后一定会更加注重理论与实际的联系，不光会学课本知识，而且能够把它用到恰当好处。 3.因为最开始对电路的整体把握不是很清晰，以至于在面包板上的布局不是很合理，比如最后将倒计时模块与抢答模块相连时，计时器的 161芯片在面包板的最左边，而控制它的使能端的信号却是由最右边的20 芯片提供，这就使得它们的连线异常繁琐， 而且极易出错， 但因为此时两个板块各自的功能都已实现，不好拆了重连， 只能在连完以后慢慢调整线路，使得整体看起来不是那么乱，而且便于排查故障。 这警示我以后一定要先对整体把握清楚，再开始动手做， 这样才会有事半功倍的效果。七、实验心得这次试验总体来说比较成功， 从开始的无从下手到后来学着把问题模块化，然后逐个模块的连线，试验，排查故障，直至成功，中间有很多的无奈，也有很多的欣喜，有好几次明明感觉是对的， 可结果就是不如人愿， 一个上午都用来排故障，好几次都冲动的想要把电路全拆了重做，最终还是忍了下来， 慢慢的排故障，有发现是导线松动时的无语， 也有发现是原理上一种少有的错误时心理的那种满足与进步感，帮同学排查出故障时那种骄傲与自豪, 很多的感触有时候无法形容，也许只是心理霎那间的波动，却足以让人兴奋好几天。 但我不得不承认作为一个女生， 看看我最后面包板的布线， 虽然也算整齐， 却还是比不少男同学逊色了很多，这让我这样一个对自己要求比较高的同学来说，确实不是一件好事， 看来自己在动手这方面还是有待提高的，还需要进一步学习。 不过总体来说， 这次课程设计还是比较愉快的， 既锻炼了自己的动手实践能力， 又让自己对理论知识有了进一步的认识，最重要的是它让你看到了自己在学习过程中的缺点与不足，方便日后的改进与提高。最后感谢老师在这段时间的辛苦教导， 尤其在我电路出故障找不到症结所在时的援手，我很感动也很感激，谢谢您！名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 简易抢答器实验报告机电工程系1404 班设计成员：邵庚 高宇叶志凡王辉名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -