八路搶答器實驗報告

1、八路智力競賽搶答器設(shè)計一實驗?zāi)康?掌握搶答器的工作原理及其設(shè)計方法。 學(xué)會用Multisim8軟件操作實驗內(nèi)容。 掌握設(shè)計性試驗的實驗方法二實驗要求八路智力競賽搶答器功能要求：基本功能：1設(shè)計一個智力競賽搶答器，可同時供8名選手或8個代表隊參加比賽，他們的編號分別是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應(yīng)，分別是0、1、2、3、4、5、6、7。2給節(jié)目主持人設(shè)置一個控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（編號顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。3搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號。此外，要封鎖

2、輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。擴展功能：1搶答器具有定時搶答的功能。當(dāng)節(jié)目支持人按下“開始”按鈕后，要求定時器立即倒計時，并在顯示器上顯示。2參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答時刻的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。3如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答，則本次搶答無效，系統(tǒng)封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器上顯示00.三實驗原理 根據(jù)對功能要求的簡要分析，將定時搶答器電路分為主題電路和擴展電路兩部分。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當(dāng)選手按動搶答器按鈕時，能顯示選手的編號，

3、同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴展電路完成定時搶答及報警功能。比賽開始時，接通電源，節(jié)目主持人將開關(guān)置于“清零”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時顯示器上顯示設(shè)定時間。當(dāng)節(jié)目主持人宣布“搶答開始”，同時將控制開關(guān)撥到“開始”位置，搶答器處于工作狀態(tài)，定時器開始倒計時。若定時時間到，卻沒有選手搶答時，系統(tǒng)報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。若選手在定時時間內(nèi)按動搶答按鈕時，搶答器要完成以下四項工作：1.優(yōu)先編碼器電路立即分辨出搶答者的編號，并由鎖存器進行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號； 2.揚聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意； 3.控制電路要對輸入編碼電路進行

4、封鎖，避免其他選手再次進行搶答； 4.控制電路要使定時器停止工作，時間顯示器上顯示剩余的搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當(dāng)選手將問題回答完畢時，主持人操作控制開關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答。上述方案所示搶答器的工作過程：主持人按動開始搶答的開關(guān)后，最先搶答的選手的電平信號先經(jīng)過優(yōu)先編碼器，再依次經(jīng)過數(shù)據(jù)鎖存器，此時已經(jīng)限制了其他選手的搶答，信號再經(jīng)過譯碼器和七段數(shù)碼顯示器，將最先搶答的該選手的編號顯示出來，并同時產(chǎn)生報警信號，到此完成的是搶答功能；如果沒有人搶答， 30秒減計數(shù)器減到00時也會發(fā)出報警信號，此時完成計時功能。它的優(yōu)點表現(xiàn)在以下幾個方面：這種方案原理比

5、較簡單。主持人對整體電路的控制只需幾個門電路就可完成，不必用特別的芯片來組成控制電路；更容易實現(xiàn)報警提示功能，在有選手搶答后或者計時開始和結(jié)束時。既減少了布線使整個電路更直觀簡單，又降低了產(chǎn)生錯誤的可能性。四實驗器材 u元器件：74LS48，72LS192，74LS279、74LS148、74LS00、74LS08、74LS32、NE555、CC4511各幾個，數(shù)碼管三個，發(fā)光二極管一個，開關(guān)、電阻、電容若干 u 仿 真：Multisim8仿真軟件五實驗步驟1搶答電路設(shè)計搶答電路的功能有兩個：一是能分辨出選手按按鈕的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鈕操作無效

6、。因此，選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279以及譯碼顯示電路完成上述功能。74LS148是一八線-三線優(yōu)先編碼器，該編碼器由8個信號輸入端，3個二進制輸出端，輸入輸出均為低電平有效。EI為輸入使能端，低電平有效，當(dāng)EI為低電平時，編碼器處于工作狀態(tài)；EO為輸出使能端，只有在EI=0，且所有輸入都為1時，輸出為0；GS表征編碼器的工作狀態(tài)，當(dāng)且僅當(dāng)EI為低電平，且輸入至少有一各為有效電平時，GS才有效。因此，可根據(jù)EI、EO、GS功能擴展端的特點，對電路進行相應(yīng)控制。編碼器在搶答電路中功能是判斷搶答者的編號。74LS279是由4個RS鎖存器組成，且均為與非門構(gòu)成的RS鎖存器。其

7、中，1S和3S有兩個輸入端，S1和S2均為相與的關(guān)系。本設(shè)計中，將S2均接高電平，僅利用S1控制輸出。其引腳圖如圖四所示，下表為SR鎖存器的功能真值表，值得注意的是S和R不能同時為高電平，否則輸出不確定。74LS48為七段顯示譯碼器。該集成譯碼器設(shè)有多個輔助控制端，以增強器件的功能。BI/RBO為滅燈輸入，當(dāng)BI=0時，所有字形熄滅。LT為試燈輸入，當(dāng)LT=0且RBO=1時，顯示字形為8，常用于檢測自身的好壞。RBI為動態(tài)滅燈輸入，當(dāng)LT=1，RBI=0且輸入均為0時，輸出均為低電平，數(shù)碼管“滅零”。 譯碼器74LS48輸出高電平有效，用以驅(qū)動共陰極數(shù)碼管。七段顯示譯碼器一般與七段數(shù)碼顯示器相

8、連，共同構(gòu)成四輸入端的數(shù)碼顯示電路。2.定時電路設(shè)計設(shè)計中選用十進制同步加/減計數(shù)器74LS192進行設(shè)計，74LS192是具有置數(shù)和清零功能，其引腳圖和邏輯圖如圖1所示，真值表如表5所示。圖1 74LS192引腳圖和邏輯圖P0、P1、P2、P3置數(shù)并行數(shù)據(jù)輸入；Q0、Q1、Q2、Q3計數(shù)數(shù)據(jù)輸出；CR清零端；LD置數(shù)端；CPu 加法計數(shù)CP輸入；CPd 減法計數(shù)CP輸入；CO進位輸出端；BO借位輸出端。 根據(jù)設(shè)計要求，需要兩片74LS192構(gòu)成100進制減計數(shù)器。由功能真值表可知，只需將個位74LS192的借位輸出端BO與十位74LS192的CPd即可實現(xiàn)100進制減計數(shù)。值得注意的是，要使

9、其實現(xiàn)減計數(shù)，CPu端口必須接高電平。計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。秒脈沖電路由555構(gòu)成的多諧振蕩器構(gòu)成，如圖2所示，諧振蕩器無需外加輸入信號就能在接通電源自行產(chǎn)生矩形波輸出。圖2多諧振蕩器因為周期為一秒，所以頻率是1赫茲。圖中電容的充放電時間分別是：t1=RBCln20.7RBC t2=(RA+RB)Cln20.7(RA+RB)C 所以555的3端輸出的頻率為： f=1/(t1+t2)1.43/(2RA+RB)C 我們采用的電阻和電容值分別是：RA=15K，R2=68K，C1=10uf,滿足上式，即得到的是秒脈沖。由以上集成芯片設(shè)計的定時電路如下圖所示。工作原理： 555構(gòu)成秒脈沖產(chǎn)生

10、電路為計時電路提供脈沖。搶答開始前主持人閉合開關(guān)，74LS192的置數(shù)端PL為低電平有效，處于置數(shù)狀態(tài)，數(shù)碼管顯示定時時間。搶答開始，主持人打開開關(guān)，計數(shù)器處于計數(shù)狀態(tài)，555產(chǎn)生的秒脈沖與十位74LS192借位輸出端（其初始狀態(tài)為高電平）相與。計數(shù)器遞減計數(shù)至00，十位74LS192借位輸出端為低電平，計數(shù)器停止工作，產(chǎn)生報警。計時期間有人搶答，減計數(shù)器停止計時，顯示器上顯示此刻時間。3時序控制電路設(shè)計時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，需要完成以下三項功能：a.主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態(tài)。b.當(dāng)競賽選手按動搶答鍵時，搶答電路和定時電路停止工作。c

11、.當(dāng)設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時搶答電路和定時電路停止工作。4.搶答器整體電路通過控制電路將搶答、定時電路進行連接后，構(gòu)成了搶答器電路的整體設(shè)計，總電路圖如圖17所示：主電路：六，實驗結(jié)論1主持人將開關(guān)撥到開始的位置，搶答電路和定時電路進入正常搶答狀態(tài)。2.在30秒內(nèi)當(dāng)選手按動搶答鍵，搶答電路和定時電路停止工作，同時數(shù)碼管顯示相應(yīng)選手的編號。3.如果在30秒內(nèi)無人搶答，搶答電路和定時電路停止工作，選手再按搶答鍵，將不會顯示編號，同時定時電路顯示00.七實驗小結(jié) 通過本次課程設(shè)計，不僅有效鞏固了本學(xué)期所學(xué)數(shù)電的相關(guān)知識，加強了對重要知識點的記憶和理解，還學(xué)會如何運用Multisim8仿真進行仿真，以及如何使用面包板進行實物制作，受益匪淺，現(xiàn)總結(jié)如下。本設(shè)計的難點在于時序控制電路的設(shè)計，如何在第一位搶答者搶答題目后讓編碼器停止工作；如何使計時電路在搶答后停止倒計時；如何讓定時電路和搶答電路同時清零。設(shè)計過程中，根據(jù)以往搶答器設(shè)計思路，及查閱相關(guān)資料，可運用74LS279的輸出1Q完成上述控制任務(wù)。從這一點，折射出自己在平時的學(xué)習(xí)中較死板，缺乏變通思考的能力。在電路仿真的過程中，由于Multisim8操作相對較簡單，因此在仿真過程中較