1、一、 设计任务与要求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 S0 S7 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。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，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间 0.5 秒左右。5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停
2、止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，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、预习要求1复习编码器、十进制加/减计数器的工作原理。2设计可预置时间的定时电路。3分析与设计时序控制电路。4. 画出定时抢答器的整机逻辑电路图三、设计原理与参考电路1数字抢答器总体方框图如图 11、1 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；主持人将开关置?quot;开始“状态，宣布“ 开始“抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示
3、。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。图 11、1 数字抢答器框图2单元电路设计(1) 抢答器电路参考电路如图 11、所示。该电路完成两个功能：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：开关 S 置于“ 清除“端时，RS 触发器的 端均为，个触发器输出置，使 74LS148 的 ，使之处于工作状态。当开关 S 置于“开始“时，抢答器处于等待工作状态，当有选手
4、将键按下时（如按下 S5），74LS148 的输出 经 RS 锁存后，1Q=1, =1,74LS48 处于工作状态， QQQ=101,经译码显示为“ 。此外，1，使 74LS148 ，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148 的 此时由于仍为，使 ，所以 74LS148 仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，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?quot;清除“然后再进行下一轮抢答。 74LS148 为线线优先编码器，表 11、1 为其功能表。图 11、 数字抢答器电路表、 74LS148 的功能真值表(2)定时电路图 11、3 可预置时
5、间的定时电路 由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，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秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器 74LS192 进行设计，具体电路如图 11、3 所示。（3）报警电路由 555 定时器和三极管构成的报警电路如图 11、4 所示。其中 555 构成多谐振荡器，振荡频率fo143（RI2R2）C，其输出信号经三极管推动扬声器。PR 为控制信号，当 PR 为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。图 11、4 报警电路（4）时序控制电路时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：主持人将控制开关拨到“开始“
6、 位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。 当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。当设定的抢答时间剑 奕饲来鹗保 锷 鞣 鼻来鸬缏泛投钡缏吠构鳌?br 图 11、5 时序控制电路根据上面的功能要求以及图 11、2，设计的时序控制电路如图 11、5 所示。图中，门 G1 的作用是控制时钟信号 CP 的放行与禁止，门 G2 的作用是控制 74LS148 的输人使能端 。图 11、4 的工作原理是：主持人控制开关从“清除“ 位置拨到“开始“位置时，来自于图 11、2 中的 74LS279 的输出 1Q=0，经 G3 反相，A1，则时钟信号 CP 能够加到
7、 74LS192 的 CPD 时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，则“定时到信号 “为 1，门 G2 的输出 =0，使 74LS148 处于正常工作状态，从而实现功能的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q1，经 G3 反相， A0，封锁 CP 信号，定时器处于保持工作状态；同时，门 G2 的输出 =1，74LS148 处于禁止工作状态，从而实现功能 的要求。当定时时间到时，则“定时到信号 “为 0， =1，74LS148 处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时， 门 G1 处于关门状态，封锁 CP 信号，使定时电路保持 00 状态不变，从而实现功能的要求。集成单稳
8、触发器74LS121 用于控制报警电路及发声的时间，其工作原理请读者自行分析。四、实验仪器设备1. 数字实验箱。2. 集成电路 74LS148 1 片，74LS279 1 片，74LS48 3 片，74LS192 2 片，NE555 2 片，74LS00 1 片，74LS121 1 片。3. 电阻 510 2 只，1K 9 只，4.7k l 只，5.1k l 只，100k l 只，10k 1 只， 15k 1 只， 68k l 只。4. 电容 0.1uF 1 只， 10uf 2 只，100uf 1 只。5. 三极管 3DG12 1 只。6. 其它：发光二极管 2 只，共阴极显示器 3 只。五、
9、实验内容及方法1组装调试抢答器电路。2设计可预置时间的定时电路，并进行组装和调试。当输人 1Hz 的时钟脉冲信号时，要求电路能进行减计时，当减计时到零时，能输出低电平有效的定时时间到信号。 3组装调试报警电路。4完成定时抢答器的联调，注意各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。六、实验报告1画出定时抢答器的整机逻辑电路图，并说明其工作原理和工作过程。 2说明实验中产生的故障现象及其解决办法。3回答思考题。4.心得体会与建议。七、思考题1在数字抢答器中，如何将序号为 0 的组号，在七段显示器上改为显示 8？2在图 11、2 中，74LS148 的输人使能信号 为
10、何要用 1Q 进行控制？如果改为主持人控制开关信号 S 和 相与去控制 ，会出现什么问题？3定时抢答器的扩展功能还有哪些？举例说明，并设计电路。8.多路智力竞赛抢答器 这台智力竞赛抢答器简单易做，整机的电路成本仅需几元钱，但其功能与售价数百元的抢答器相比毫不逊色。该智力竞赛抢答器巧妙运用多曲音乐集成电路制作而成，整机电路如图 8 所示。图中的各路按键开关 SA1SA8 相应触发一种音乐曲子，每首曲各不相同，同时每路各有 1 只发光二极管 VD1VD8 作指示。当 SA1SA8 中任一只开关首先被按下且不松开，该路的指示灯亮，并奏乐曲，其它各路开关即使再按下也无济于事。该抢答器最大的特点是体积小
11、，重量轻，采用 3V 电池供电，可随身携带到野外开展活动，还可用作父母训练孩子反应力的小玩具。可控硅电路抢答器2002 年,第 25 期,类别:电子制作电路见图。合上电源开关，电阻 与 分压后，点电位大约为，点电位为。主持人宣布开始抢答后，设某一按钮（假设）按下，则对应的单向可控硅导通，亮。导通后，只二极管使点电位钳位在左右，所有可控硅阴极电位都为。当其他组再按下按钮时，由于接在可控硅触发极上的二极管存在的压降，故触发极与阴极间的电压仅左右，这不能使对应的可控硅导通，对应的指示灯不会亮。第一轮抢答结束后，主持人断开使可控硅关断，然后再合上便可进行下一轮的抢答。图中为电源指示，本电路抢答组数可任
12、意扩展。如需在灯亮的同时发出声响，可利用点与电源负极之间的电压作为音乐或讯响器发出声响的触发电压。图是印制电路图。 江苏 何建文 实验点评：笔者作搭接实验时，可控硅采用 ，、均采用小灯泡，按图接好线路。当按下时，灯亮，但此时按下时，也亮，按时也一样，不能实现抢答功能。分析原因，在导通时，测得点电位为，点电位约（由于二极管正向压降的离散性，两只二极管正向压降不足），间有约的电压，故电压可能会造成或的导通。于是调整，当调为 时，导通后，、均不导通，能够实现文中所述抢答功能。另外，在电源指示支路中，建议按下列公式求取：（），式中为电源电压，为发光二极管压降，通常为，为发光二极管工作电流，通常为，因此，图中选用 左右为宜。 四川工业学院电气协会
