实训项目1 抢答器设计与制作

一、实训目的

1、熟悉低频电子线路相关知识，理解基本原理及应用方法； 2、掌握抢答器电路的设计方法和主要参数；

3、学会制作和调试分立元件与集成电路组成的低频电子电路； 4、能够正确使用常用仪器仪表及工具。

二、设计指标

1、设计抢答器电路，绘制电路图；

2、利用Multisim仿真软件对电路进行仿真分析；

3、制作并调试抢答器电路，实现抢答器电路的基本功能和扩展功能； 4、利用Protel软件绘制抢答器线路板图。

三、技术要求

1、在Multisim中进行抢答器电路仿真，并正确显示仿真结果； 2、利用protel软件绘制线路板； 3、生成PCB板图；

4、制作、调试抢答器电路，实现电路功能。

四、实训内容

（一）抢答器应用

抢答器是一种应用非常广泛的电子设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速客观地分辨出最先获得发言权的选手。 （二）抢答器电路总体设计

抢答器由主体电路与扩展电路组成。

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。主体电路包括优先编码电路、锁存器、译码电路，将参赛队的输入信号在显示器上输出，用控制电路和主持人开关启动报警电路。

扩展电路完成定时抢答的功能。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能。

1、基本功能

（1）设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。

（2）给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（显示数码管灭灯）和抢答的开始。

（3）抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时蜂鸣器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

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2、控制功能

（1）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如30s）。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时蜂鸣器发出声响。

（2）参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。

（3）如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。

抢答器电路原理框图

（三）硬件电路设计

抢答器电路整体分为两部分：主体电路和扩展电路。抢答主体电路如图所示。

抢答器主体电路

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工作原理

当主持人控制开关处于“清除”位置时，RS触发器的R端为低电平，输出端（4Q~1Q）全部为低电平。因此74LS48的BI0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端I7···I0输入信号，当有选手将按键按下时（如按下S5），74LSl48的输出Y2Y1Y0010，YEX0，经RS锁存器后，CTR=l，BI1，74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。此外，CTR=1，使74LSl48的ST端为高电平，74LSl48处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。当按下的键松开后，74LSl48的为YEX高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LSl48仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。

74LS148为8线-3线优先编码器，表1为74LS148的功能表。

表1 74LS148的功能表

图1 74LS148的管脚图

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表2 74LS279的功能表 图2 74LS279的管脚图

表3 74LS48的功能表

图3 74LS48的管脚图 图4 七段数码管管脚图

（四）仿真测试

Multisim是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows为基础的电路仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。

Multisim仿真内容：（1）器件建模及仿真（2）电路的构建及仿真；（3）系统的组成及仿真；（4）仪表仪器原理及制造仿真；（5）PCB的设计及制作。

抢答器主体电路仿真分析测试。

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（五）电路制板

1、绘制protel电路图

2、生成PCB板图

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（六）电路制作

1、所需元器件：

（1）集成电路74LS148 1片，74LS279 2片，74LS48 1片。 （2）电阻 510Ω 1只，10KΩ 9只。

（3）其它：发光二极管1只，七段数码管1个，按键开关8个，拨码开关1个。 （4）集成芯片管脚座16脚 4只。

（5）焊接万用板1片，导线若干，焊锡丝若干。 所需设备：直流稳压电源、万用表、恒温电烙铁。 2、制版

利用protel软件，绘制线路板，布线。 3、焊接

制板完成后，焊接上所有的元器件及部分连接线。 （1）操作前检查

1）把电烙铁插头插入规定的插座上，检查烙铁是否发热。

2）已经氧化凹凸不平的或带钩的烙铁头应更新：①可以保证良好的热传导效果；②保证被焊接物的品质。如果换上新的烙铁头，受热后应将保养漆擦掉，立即加上锡保养。烙铁的清洗要在焊锡作业前实施，如果5分钟以上不使用烙铁，需关闭电源。

3）检查吸锡海绵是否有水和清洁，若没水，加入适量的水（适量是指把海绵按到常态的一半厚时有水渗出，具体操作为：湿度要求海绵全部湿润后，握在手掌心，五指自然合拢即可），海绵要清洗干净，不干净的海绵中含有金属颗粒或含硫，都会损坏烙铁头。

4）人体与烙铁是否可靠接地，人体是否佩带静电环。 （2）操作注意事项

1）电烙铁不要选功率太大的。

2）仔细清理焊锡，不要短路、虚焊、漏焊，并用镊子轻微修正引脚之间距离，保持平均。

3）焊接时一定要对准原来的位置不要偏。

4）焊接完成后观察焊点状况是否良好，要用万用表检测焊接是否有效。 4、组装调试

将制作好的电路板与元器件焊接、组装、连接。

1）三块实验电路板分别做成数字抢答器电路、可预置时间的定时电路、报警电路及时序控制电路，根据Multisim仿真电路及工程上的可操作性布置芯片、元件、导线等。 焊接过程中，注意不要发生虚焊或者相邻焊点接触导致短路等事故，要注意安全，不要被电烙铁烫伤。制作的电路板用直流稳压电源接电测试时，电源调成5V。如果电路有问题，要用万用表逐点排查，原来有虚焊的点，找出原因并排除故障后，电路板正常工作。

2）设计可预置时间的定时电路，并进行组装和调试。当输入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。

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