简易抢答器的设计52页PPT

简易抢答器设计与制作
专业名称：电气自动化
班级：电气131
姓名:刘群
辅导老师：舒为清
简易抢答器的制作
（一）、项目名称：抢答器的制作
(二）、产品电路原理图:
(三)、产品功能介绍:
当无人抢答时，J1—J4均未被按下，D1—D4均为低电平，在时钟脉冲作用下，74LS175的输出端均为低电平，LED发光二极管不亮.当有人抢答时，如S1被按下时，D1输入端变为高电平，在时钟脉冲的作用下,Q1立即变为高电平，对应的发光二极管发光.
（四)、原件清单：
电阻510 LED灯芯片电容按钮
8 4 3 1 4
（五）、制作过程：
1：察看芯片引脚图并画好电路图。

2：按照画好的电路图把元件安放在电路板上并固定在电路板上.
3：用烙铁按照画好的电路图把原件连接在一起。

4，测试电路看看是否能实现四人抢答功能。

（六）产品实物图: 正面图
反面图
(七)、总结：
在这次电路焊接中让我学到了很多，多次的焊接让我的焊接技术有了很大的进步也让我知道了74LS175的芯片的作用，一开始我没有拿到元件就去焊接而是看一下别人是怎么摆放的根据他人的摆放的好的地方学过来用在自己的电路板上并加入自己的想话使自己的电路板更加好看，更加美观。

在这次焊接中也出现了一些问题，在焊接后面的芯片时有时和前面的线路有冲突，要改一下前面的电路，所以以后再焊接摆路线时要纵观全局。

抢答器的设计与制作抢答器是竞赛问答中一种常用的必备装置,从原理上讲,它是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑电路和时序电路。

从有利于学习的角度考虑，这里主要介绍以中小规模集成电路和ＰＬＤ器件设计抢答器的方法。

1 抢答器的基本组成及工作原理1.1 抢答器的组成抢答器的一般构成框图如图1.1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。

图1.1 抢答器的组成框图（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。

本设计提供的为LED 数码管。

1.2 抢答器的工作原理(1)开关阵列电路图1.2所示为８路开关阵列电路，从图上可以看出其结构非常简单。

电路中，Ｒ1～Ｒ8为上拉和限流电阻。

当任一开关按下时，相应的输出为低电平，否则为高电平。

图1.2 开关阵列电路(2)触发锁存电路图1.3所示为８路触发锁存电路。

图中，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。

设计题目：（简易数字式竞赛抢答器设计）简易数字式竞赛抢答器设计一、设计任务及要求：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。

通过抢答器的数显、灯光和音响等手段指示出第一抢答者。

同时，还可以设置定时、记分、犯规及奖惩记录等多种功能。

（一）具体要求：设计制作一个可容纳3个组参赛的抢答器。

1、每组设置一个抢答开关，分别为S0,S1,S2（高电平，即逻辑“1”有效）。

2、设置主持人控制键：J0是用于控制整个系统清零的按钮（高电平，即逻辑“1”有效），J l是用于发布抢答开始命令的开关（高电平，即逻辑“1”有效）。

3、设计抢答定时（20秒）电路，且计时起点与抢答命令J1同步，抢答者必须在定时20秒内进行抢答，超时而无人抢答则题目作废。

4、设计第一抢答信号鉴别和锁存功能。

在主待人发布抢答命令之后，第一抢答者按下抢答开关后，电路应记忆下第一抢答者的组别，并封锁其他各组的按钮，即其他任何组按键都不会使电路响应。

（二）输入输出说明：1、输入信号：四个控制开关S0、S1、S2、J1 和1个按钮J0。

2、外部输入脉冲信号时钟源CP（2Hz），经适当分频后供控制器和定时器使用。

3、定时时间输出接到外部的2个8421BCD数码管M1、M2上，显示定时时间（19～00）。

4、输出以发光二极管LED方式指示第一抢答者，各组的发光二极管分别是L0，L1，L2。

其具体框图如下：根据如上说明，本设计的主要任务和设计要求是：1、按照现代数字系统的Top-Down模块化设计方法，提出数字式竞赛抢答器设计系统的整体设计方案，并进行正确的功能划分，分别提出并实现控制器、定时器、第一信号鉴别等模块化子系统的设计方案。

2、在ModelSim的EDA设计环境中，完成系统的顶层设计、各子系统的模块化设计。

分别完成各个基于V erilog HDL语言实现的子模块（包括控制电路、定时电路、第一信号鉴别电路）的逻辑功能仿真。

（1）抢答器同时提供4名选手参赛，分别用4个按钮表示。

抢答时长为10秒。

（2）输入抢答信号在“抢答开始”命令后的规定时间，显示抢答者的序号，相应的绿灯亮。

在命令开始前抢答，显示违规者的序号，红灯亮。

（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，并在数码管上显示选手。

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零为止。

（4）参赛选手在设定时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作。

显示器上显示选手编号和抢答时间，并保持到主持人清零为止。

（5）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效。

红灯亮，并禁止抢答。

定时器上显示0。

三．总体方案及工作过程定时抢答器的总体框图如图1所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。

主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。

扩展电路完成定时抢答的功能。

如图所示的定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间，当节目主持人宣布“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，抢答器处于工作状态，定时器倒计时。

当定时时间到，却没有选手抢答时，封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。

当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：1）优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；2）控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；3）控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。

当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。

四、各部分电路具体设计原理1）脉冲产生电路该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路，利用555以及一些电容和电阻实现，使每秒产生一个CP上升沿。

项目二：简单抢答器的设计与制作学习目标：掌握逻辑函数的正确表示方法。

熟悉逻辑门电路的逻辑功能，了解集成逻辑门的常用产品，掌握集成逻辑门的正确使用。

工作任务（1）小组制定工作计划。

（2）识别抢答器原理图，明确元器件连接和电路连线。

（3）画出布线图。

（4）完成电路所需元器件的检测。

（5）根据布线图制作抢答器电路。

（6）完成抢答器电路功能检测和故障排除。

（7）通过小组讨论完成电路的详细分析及编写项目实训报告。

简单抢答器电路图如图所示简单抢答器电路图项目技能实训简单抢答器的制作一、实训目的（1）了解集成逻辑门芯片的结构特点。

（2）体验由集成逻辑门实现复杂逻辑关系的一般方法。

（3）掌握集成逻辑门的正确使用。

二、实训设备与器件实训设备：电子实训装置实训器件：面包板一块，双输输入与非门74LS20 2片，六非门74LS04 1片，发光二极管4只，1kΩ电阻8个，按钮开关4个，导线若干。

三、实训电路与说明1、逻辑要求用集成门电路构成简易型四人抢答器。

A、B、C、D为抢答操作按钮开关。

任何一组先将某一开关按下且保持闭合状态，则与其对应的发光二极管被点亮，表示此组抢答成功；而紧随其后的其他开关再被按下，与其对应的发光二极管则不亮。

2、电路组成实训电路参见图2.1，电路中采用了两种不同的集成门电路，其中，74LS20为双四输入与非门，可以实现4个输入信号与非的逻辑关系。

74LS04为六非门，也称为反相器，可以实现非逻辑关系。

3、电路的工作过程初始状态（无开关按下）时，a、b、c、d端均为低电平，各与非门的输出端为高电平，反相器的输出则都为低电平，因此全部发光二极管都不亮。

当某一开关被按下后，则与其连接的与非门的输入端变为高电平，这样该与其它3个与非门的输入端相连，它输出的低电平维持其它3个与非门输出高电平，因此其它发光二极管都不亮。

四、实训电路的安装调试1、安装按正确方法插好IC芯片，参照图2-1连接线路。

电路可以连接在自制的PCB 板上，也可以焊接在万能板上，或用面包板连线。