PAGEPAGE4電子技術綜合訓練設計報告題目：簡易搶答器制作姓名：學號：班級：同組成員：指導教師：日期：摘要本文講述的簡易搶答器的主要是由搶答電路、計時電路、報警電路、主持人控制電路組成。當主持人按下主控制開關，搶答開始，計時也開始，如果有人搶答，計時停止，主持人打開主控制開關，搶搭清零，當開關再次閉合時，新一輪搶答開始；如果三十秒后無人搶答，則報警電路動作，開始報警，一秒后自動解除，主持人打開開關，當開關再次閉合時，新一輪搶答開始。關鍵詞：搶答器，計時電路2、系統設計2.1系統要求（1）數分為八組，序號分別為S0,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7，優先搶答者按動本組按鈕，組號立即在LED顯示器上顯示，同時封鎖其他組的按鍵信號。（2）置外部清除鍵，按動清除，LED顯示器自動清零滅燈。（4）答器定時為30s，啟動開始鍵后，要求30秒定時器開始工作，發光二極管點亮。（5）30秒內進行搶答，搶答有效，如果30秒定時到時，無搶答者，則本次搶答無效，系統短暫報警。（6）220v/50Hz的工頻交流電供電；（注：直流電源部分只完成設計部分即可，不需制作，用實驗室提供的穩壓電源調試，但要求設計的直流電源滿足電路要求）上技術要求設計電路，繪制電路圖，對設計的電路用Multisim或CAD/PspiceAD9.2進行仿真，用萬用版焊接原件，制作電路，完成調試、測試、撰寫設計報告。2.2方案設計顯示電路譯碼電路顯示電路譯碼電路鎖存器主持人控制按鈕搶答按鈕8線—3線優先編碼器定時電路報警電路鎖存器主持人控制按鈕搶答按鈕8線—3線優先編碼器定時電路報警電路方案流程圖如上圖所示2.3系統工作原理該方案中系統主要由定時電路、8線—3線優先編碼器、RS鎖存器、譯碼顯示和報警電路等幾部分組成。其中定時電路、鎖存器及8線—3線優先編碼器三部分的時序配合十分重要。當主持人打開主控制開關，計數器清零，鎖存器解鎖，顯示器清零；當按鈕按下，計數器計數，發光二極管點亮，同時鎖存器的輸出使8線—3線優先編碼器使能，編碼器等待數據輸入，在30秒內，首先安東序號開關的組號立即被鎖存到LED顯示器上，與此同時，8線—3線優先編碼器禁止工作，鎖存其他組的按鍵信號。若定是時間30秒已到而無搶答者，鎖定編碼器，搶答按鍵信號無效，同時電路報警，說明本次搶答無效。3、單元電路設計3.1搶答電路3.11電路結構當主持人按下主控制開關，鎖存器清零狀態，由于ST=0時，編碼器使能，且發光二極管亮，計數器開始計時，搶答開始。在這期間，只要按動任意搶答鍵，編碼器輸出經RS鎖存器鎖存，由顯示器顯示組號：與此同時，由于有有效輸入信號輸入，Yex由1反轉為0，4Q端輸出為1，即ST=1,編碼器禁止輸入，停止編碼，封鎖其他組的輸入信號，LED顯示最先按動按鍵的那個組對應的組號，實現優先搶答的功能。3.12仿真圖3.13元器件及參數本電路由搶答按鈕、8線—3線優先編碼器，RS鎖存器，驅動譯碼器，LED等組成。（1）8線—3線優先編碼器管腳圖引出端符號：0－7編碼輸入端(低電平有效)EI選通輸入端(低電平有效)A0、A1、A2編碼輸出端(低電平有效)GS寬展端(低電平有效)EO選通輸出端功能表說明：H－高電平L－低電平X－任意極限值電源電壓7V輸入電壓54/74LS1487V發射極間電壓54/74148的兩編碼輸入5.5V工作環境溫度74LS1480～70℃貯存溫度－65～150℃RS鎖存器四個鎖存器中有2個具有2個置位端（/SA,/SB）。當/S為低電平，/R為高電平時，輸出端Q為高電平。當/S為高電平，/R為低電平時，Q為低電平。當/S和/R均為高電平時，Q被鎖存在已建立的電平。當/S和/R均為低電平時，Q為不穩定的高電平狀態。對/SA和/SB，/S的低電平表示/SA和/SB只要有一個為低電平，/S的高電平表示/SA和/SB均為高電平。引出端符號：1Q~4Q輸出端/1S~/4S置位端（低電平有效）/1R~/4R復位端（低電平有效）外部管腿圖：驅動譯碼器簡要說明74ls48為有內部上拉電阻的BCD－七段譯碼器/驅動器，共有54/7448、54/74LS48兩種線路結構型式。輸出端（Ya－Yg）為高電平有效，可驅動燈緩沖器或共陰極VLED。當要求輸出0－15時，消隱輸入（EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),B)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿),I)）應為高電平或開路對于輸出為0時還要求脈沖消隱輸入（EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),R)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),B)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿),I)）為高電平或者開路。當EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),B)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿),I)為低電平時，不管其它輸入端狀態如何，Ya－Yg均為低電平。當RBI和地址端（A0－A3）均為低電平，并且燈測試輸入端（EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),L)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),T)）為高電平時，Ya－Yg為低電平，脈沖消隱輸出（EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),R)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),B)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),O)）也變為低電平。當EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),B)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿),I)為高電平或開路時，EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),L)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),T)為低電平可使Ya－Yg均為高電平。48與248的引出端排列、功能和電特性均相同，差別僅在顯示6和9,248所顯示的6和9比48多出上杠和下杠。管腳圖：引出端符號A0－A3譯碼地址輸入端EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),B)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿),I)/EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),R)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),B)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿),O)消隱輸入（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效）EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),L)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),T)燈測試輸入端（低電平有效）EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),R)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),B)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿),I)脈沖消隱輸入端（低電平有效）Ya－Yg段輸出功能表：LED7段LED數碼管引腳常見的數碼管由七個條狀和一個點狀發光二極管管芯制成，叫七段數碼管如下圖所示，根據其結構的不同，可分為共陽極數碼管和共陰極數碼管兩種。根據管腳資料，您可以判斷使用的是何總接口類型.<LED數碼管引腳圖>LED數碼管中各段發光二極管的伏安特性和普通二極管類似，只是正向壓降較大，正向電阻也較大。在一定范圍內，其正向電流與發光亮度成正比。由于常規的數碼管起輝電流只有1～2mA，最大極限電流也只有10～30mA，所以它的輸入端在5V電源或高于TTL高電平(3.5V)的電路信號相接時，一定要串加限流電阻，以免損壞器件。3.2計數電路3.21電路結構30s計時由兩片74ls160、NE555,74LS00及其附屬電路組成，當主持人開關處于打開狀態時，計數器清零，當開關合上時，計數開始，為30s順計時，經LED顯示。3.22仿真圖3.23元器件及其參數（1）74ls160160為可預置的十進制同步計數器，共有54/74160和54/74LS160兩種線路結構型式160的清除端是異步的。當清除端/MR為低電平時，不管時鐘端CP狀態如何，即可完成清除功能。160的預置是同步的。當置入控制器/PE為低電平時，在CP上升沿作用下，輸出端Q0－Q3與數據輸入端P0－P3一致。對于54/74160，當CP由低至高跳變或跳變前，如果計數控制端CEP、CET為高電平，則/PE應避免由低至高電平的跳變，而54/74LS160無此種限制。160的計數是同步的，靠CP同時加在四個觸發器上而實現的。當CEP、CET均為高電平時，在CP上升沿作用下Q0－Q3同時變化，從而消除了異步計數器中出現的計數尖峰。對于54/74160，只有當CP為高電平時，CEP、CET才允許由高至低電平的跳變，而54/74LS160的CEP、CET跳變與CP無關。160有超前進位功能。當計數溢出時，進位輸出端（TC）輸出一個高電平脈沖，其寬度為Q0的高電平部分。在不外加門電路的情況下，可級聯成N位同步計數器。對于54/74LS160，在CP出現前，即使CEP、CET、/MR發生變化，電路的功能也不受影響。管腳圖：引出端符號：TC進位輸出端CEP計數控制端Q0－Q3輸出端CET計數控制端CP時鐘輸入端（上升沿有效）/MR異步清除輸入端（低電平有效）/PE同步并行置入控制端（低電平有效）功能表：說明：H－高電平L－低電平X－任意(2)NE555NE555引腳功能及應用NE555為8腳時基集成電路，各腳主要功能（集成塊圖在下面）1地GND2觸發3輸出4復位5控制電壓6門限(閾值)7放電8電源電壓Vcc應用十分廣泛，可裝如下幾種電路：1、單穩類作用：定延時，消抖動，分（倍）頻，脈沖輸出，速率檢測等。2、雙穩類作用：比較器，鎖存器，反相器，方波輸出及整形等。3、無穩類作用：方波輸出，電源變換，音響報警，玩具，電控測量，定時等。單穩類電路:單穩工作方式，它可分為3種。第1種（圖1）是人工啟動單穩，又因為定時電阻定時電容位置不同而分為2個不同的單元，并分別以1.1.1和1.1.2為代號。他們的輸入端的形式，也就是電路的結構特點是：“RT-6.2-CT”和“CT-6.2-RT”。第二種（見圖2）是間接反饋型，振蕩電阻是連在電源VCC上的。其中第1個單元電路（3.2.1）是應用最廣的。第2個單元電路（3.2.2）是方波振蕩電路。第3、4個單元電路都是占空比可調的脈沖振蕩電路，功能相同而電路結構略有不同，因此分別以3.2.3a和3.2.3b的代號(3)74LS00簡要說明74LS00為四組2輸入端與非門（正邏輯），共有54/7400、54/74H00、54/74S00、54/74LS00四種線路結構形式引出端符號1A－4A，1B－4B輸入端1Y－4Y輸出端邏輯圖功能表3.3報警電路3.31電路結構報警電路實在30秒沒無人搶答，當計數滿30秒時，經“與非門”、“非門”把高電平接到蜂鳴器上，蜂鳴器工作報警，當高脈沖結束后蜂鳴器解除報警，主持人打開開關，本次搶答無效。3.32仿真電路3.33元器件及其參數蜂鳴器

（一）蜂鳴器的介紹

1．蜂鳴器的作用蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發聲器件。

2．蜂鳴器的分類蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。

3．蜂鳴器的電路圖形符號蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標準用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。

蜂鳴器的結構原理

1．壓電式蜂鳴器壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發光二極管。

多諧振蕩器由晶體管或集成電路構成。當接通電源后（1.5~15V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.5~2.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發聲。

壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。

2．電磁式蜂鳴器電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。

接通電源后，振蕩器產生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發聲。3.4直流穩壓電源的設計電路工作原理

從圖上看,變壓器輸入端經過一個保險連接電源插頭,如果變壓器或后面的電路發生短路，保險內的金屬細絲就會因大電流引發的高溫溶化后斷開。變壓器后面由4個二極管組成一個橋式整流電路，整流后就得到一個電壓波動很大的直流電源，所以在這里接一個330uF/25V的電解電容。變壓器輸出端的9V電壓經橋式整流并電容濾波，在電容C1兩端大約會有11V多一點的電壓，假如從電容兩端直接接一個負載，當負載變化或交流電源有少許波動都會使C1兩端的電壓發生較大幅度的變化，因此要得到一個比較穩定的電壓，在這里接一個三端穩壓器的元件。三端穩壓器是一種集成電路元件，內部由一些三極管和電阻等構成，在分析電路時可簡單的認為這是一個能自動調節電阻的元件，當負載電流大時三端穩壓器內的電阻自動變小，而當負載電流變小時三端穩壓器內的電阻又會自動變大，這樣就能保持穩壓器的輸出電壓保持基本不變。因為我們要輸出5V的電壓，所以選用7805，7805前面的字母可能會因生產廠家不同而不同。LM7805最大可以輸出1A的電流，內部有限流式短路保護，短時間內，例如幾秒鐘的時間，輸出端對地（2腳）短路并不會使7805燒壞，當然如果時間很長就不好說了，這跟散熱條件有很大的關系。三端穩壓器后面接一個105的電容，這個電容有濾波和阻尼作用。最后在C2兩端接一個輸出電源的插針，可用于與其它用電器連接,比如MP3等。雖然7805最大電流是一安培，但實際使用一般不要超過500mA,否則會發熱很大，容易燒壞。一般負載電有200mA以上時需要散熱片。4、系統仿真有人搶答時，計數停止無人搶答時，電路報警5、電路安裝、調試、與測試5.1電路安裝安裝電路之前，首先要去買器件，要經濟實惠，并且應合理設計排板，要方便走線，外觀整齊。在焊接時，首先要注意安全，其次要注意接線注意不可將線路短接，也不可斷路。將芯片插入底座時，要注意不可將芯片引腳折斷，更要注意芯片極性，及管腳圖。5.2電路調試當電源接入萬用板時，我們首先發現所有的LED都不亮，我們猜測是接線有問題，可能有短接，有漏接。經檢查，發現真的有漏接。當漏接的問題解決后，電路LED有顯示，證明電路是接通的，可是有一個按鈕不能搶答，經檢測，得到的結論是按鈕是壞的。解決了按鈕的問題后，就剩下了計數電路跟報警電路，計數電路不計數我們查了74ls160沒問題，74ls00沒問題，問題就出在了ne555上，用示波器檢測后發現我們輸出的脈沖失真了，隨后調節了電容跟電阻的值，并得到了結論。報警電路一次成功，在調試中沒發現問題。5.3測試結果及分析當電源接通時，所有的LED都顯示零，電路處于清零狀態。當主持人按下主控開關時，計時電路開始工作，30s順計時開始。在30s內，如果有人搶答，顯示搶答組組號，計時停止。4、如果在30s內無人搶答，報警電路工作。結論當主持人按下主控制開關，鎖存器清零狀態，由于ST=0時，編碼器使能，且發光二極管亮，計數器開始計時，搶答開始。在這期間，只要按動任意搶答鍵，編碼器輸出經RS鎖存器鎖存，由顯示器顯示組號：與此同時，由于有有效輸入信號輸入，Yex由1反轉為0，4Q端輸出為1，即ST=1,編碼器禁止