簡易搶答器制作(完成版)

PAGEPAGE4電子技術(shù)綜合訓(xùn)練設(shè)計(jì)報(bào)告題目：簡易搶答器制作姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：同組成員：指導(dǎo)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(jì)時(shí)電路、報(bào)警電路、主持人控制電路組成。當(dāng)主持人按下主控制開關(guān)，搶答開始，計(jì)時(shí)也開始，如果有人搶答，計(jì)時(shí)停止，主持人打開主控制開關(guān)，搶搭清零，當(dāng)開關(guān)再次閉合時(shí)，新一輪搶答開始；如果三十秒后無人搶答，則報(bào)警電路動(dòng)作，開始報(bào)警，一秒后自動(dòng)解除，主持人打開開關(guān)，當(dāng)開關(guān)再次閉合時(shí)，新一輪搶答開始。關(guān)鍵詞：搶答器，計(jì)時(shí)電路2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)要求（1）數(shù)分為八組，序號(hào)分別為S0,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7，優(yōu)先搶答者按動(dòng)本組按鈕，組號(hào)立即在LED顯示器上顯示，同時(shí)封鎖其他組的按鍵信號(hào)。（2）置外部清除鍵，按動(dòng)清除，LED顯示器自動(dòng)清零滅燈。（4）答器定時(shí)為30s，啟動(dòng)開始鍵后，要求30秒定時(shí)器開始工作，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。（5）30秒內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，如果30秒定時(shí)到時(shí)，無搶答者，則本次搶答無效，系統(tǒng)短暫報(bào)警。（6）220v/50Hz的工頻交流電供電；（注：直流電源部分只完成設(shè)計(jì)部分即可，不需制作，用實(shí)驗(yàn)室提供的穩(wěn)壓電源調(diào)試，但要求設(shè)計(jì)的直流電源滿足電路要求）上技術(shù)要求設(shè)計(jì)電路，繪制電路圖，對(duì)設(shè)計(jì)的電路用Multisim或CAD/PspiceAD9.2進(jìn)行仿真，用萬用版焊接原件，制作電路，完成調(diào)試、測試、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。2.2方案設(shè)計(jì)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(yōu)先編碼器定時(shí)電路報(bào)警電路鎖存器主持人控制按鈕搶答按鈕8線—3線優(yōu)先編碼器定時(shí)電路報(bào)警電路方案流程圖如上圖所示2.3系統(tǒng)工作原理該方案中系統(tǒng)主要由定時(shí)電路、8線—3線優(yōu)先編碼器、RS鎖存器、譯碼顯示和報(bào)警電路等幾部分組成。其中定時(shí)電路、鎖存器及8線—3線優(yōu)先編碼器三部分的時(shí)序配合十分重要。當(dāng)主持人打開主控制開關(guān)，計(jì)數(shù)器清零，鎖存器解鎖，顯示器清零；當(dāng)按鈕按下，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，同時(shí)鎖存器的輸出使8線—3線優(yōu)先編碼器使能，編碼器等待數(shù)據(jù)輸入，在30秒內(nèi)，首先安東序號(hào)開關(guān)的組號(hào)立即被鎖存到LED顯示器上，與此同時(shí)，8線—3線優(yōu)先編碼器禁止工作，鎖存其他組的按鍵信號(hào)。若定是時(shí)間30秒已到而無搶答者，鎖定編碼器，搶答按鍵信號(hào)無效，同時(shí)電路報(bào)警，說明本次搶答無效。3、單元電路設(shè)計(jì)3.1搶答電路3.11電路結(jié)構(gòu)當(dāng)主持人按下主控制開關(guān)，鎖存器清零狀態(tài)，由于ST=0時(shí)，編碼器使能，且發(fā)光二極管亮，計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)，搶答開始。在這期間，只要按動(dòng)任意搶答鍵，編碼器輸出經(jīng)RS鎖存器鎖存，由顯示器顯示組號(hào)：與此同時(shí)，由于有有效輸入信號(hào)輸入，Yex由1反轉(zhuǎn)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(hào)，LED顯示最先按動(dòng)按鍵的那個(gè)組對(duì)應(yīng)的組號(hào)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先搶答的功能。3.12仿真圖3.13元器件及參數(shù)本電路由搶答按鈕、8線—3線優(yōu)先編碼器，RS鎖存器，驅(qū)動(dòng)譯碼器，LED等組成。（1）8線—3線優(yōu)先編碼器管腳圖引出端符號(hào)：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(fā)射極間電壓54/74148的兩編碼輸入5.5V工作環(huán)境溫度74LS1480～70℃貯存溫度－65～150℃RS鎖存器四個(gè)鎖存器中有2個(gè)具有2個(gè)置位端（/SA,/SB）。當(dāng)/S為低電平，/R為高電平時(shí)，輸出端Q為高電平。當(dāng)/S為高電平，/R為低電平時(shí)，Q為低電平。當(dāng)/S和/R均為高電平時(shí)，Q被鎖存在已建立的電平。當(dāng)/S和/R均為低電平時(shí)，Q為不穩(wěn)定的高電平狀態(tài)。對(duì)/SA和/SB，/S的低電平表示/SA和/SB只要有一個(gè)為低電平，/S的高電平表示/SA和/SB均為高電平。引出端符號(hào)：1Q~4Q輸出端/1S~/4S置位端（低電平有效）/1R~/4R復(fù)位端（低電平有效）外部管腿圖：驅(qū)動(dòng)譯碼器簡要說明74ls48為有內(nèi)部上拉電阻的BCD－七段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，共有54/7448、54/74LS48兩種線路結(jié)構(gòu)型式。輸出端（Ya－Yg）為高電平有效，可驅(qū)動(dòng)燈緩沖器或共陰極VLED。當(dāng)要求輸出0－15時(shí)，消隱輸入（EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),B)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿),I)）應(yīng)為高電平或開路對(duì)于輸出為0時(shí)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(dāng)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),B)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿),I)為低電平時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，Ya－Yg均為低電平。當(dāng)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(shí)，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?yōu)榈碗娖?。?dāng)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),B)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿),I)為高電平或開路時(shí)，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(hào)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(shù)碼管引腳常見的數(shù)碼管由七個(gè)條狀和一個(gè)點(diǎn)狀發(fā)光二極管管芯制成，叫七段數(shù)碼管如下圖所示，根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種。根據(jù)管腳資料，您可以判斷使用的是何總接口類型.<LED數(shù)碼管引腳圖>LED數(shù)碼管中各段發(fā)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(nèi)，其正向電流與發(fā)光亮度成正比。由于常規(guī)的數(shù)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(hào)相接時(shí)，一定要串加限流電阻，以免損壞器件。3.2計(jì)數(shù)電路3.21電路結(jié)構(gòu)30s計(jì)時(shí)由兩片74ls160、NE555,74LS00及其附屬電路組成，當(dāng)主持人開關(guān)處于打開狀態(tài)時(shí)，計(jì)數(shù)器清零，當(dāng)開關(guān)合上時(shí)，計(jì)數(shù)開始，為30s順計(jì)時(shí)，經(jīng)LED顯示。3.22仿真圖3.23元器件及其參數(shù)（1）74ls160160為可預(yù)置的十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，共有54/74160和54/74LS160兩種線路結(jié)構(gòu)型式160的清除端是異步的。當(dāng)清除端/MR為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘端CP狀態(tài)如何，即可完成清除功能。160的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器/PE為低電平時(shí)，在CP上升沿作用下，輸出端Q0－Q3與數(shù)據(jù)輸入端P0－P3一致。對(duì)于54/74160，當(dāng)CP由低至高跳變或跳變前，如果計(jì)數(shù)控制端CEP、CET為高電平，則/PE應(yīng)避免由低至高電平的跳變，而54/74LS160無此種限制。160的計(jì)數(shù)是同步的，靠CP同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)CEP、CET均為高電平時(shí)，在CP上升沿作用下Q0－Q3同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。對(duì)于54/74160，只有當(dāng)CP為高電平時(shí)，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(guān)。160有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端（TC）輸出一個(gè)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(jí)聯(lián)成N位同步計(jì)數(shù)器。對(duì)于54/74LS160，在CP出現(xiàn)前，即使CEP、CET、/MR發(fā)生變化，電路的功能也不受影響。管腳圖：引出端符號(hào)：TC進(jìn)位輸出端CEP計(jì)數(shù)控制端Q0－Q3輸出端CET計(jì)數(shù)控制端CP時(shí)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(yīng)用NE555為8腳時(shí)基集成電路，各腳主要功能（集成塊圖在下面）1地GND2觸發(fā)3輸出4復(fù)位5控制電壓6門限(閾值)7放電8電源電壓Vcc應(yīng)用十分廣泛，可裝如下幾種電路：1、單穩(wěn)類作用：定延時(shí)，消抖動(dòng)，分（倍）頻，脈沖輸出，速率檢測等。2、雙穩(wěn)類作用：比較器，鎖存器，反相器，方波輸出及整形等。3、無穩(wěn)類作用：方波輸出，電源變換，音響報(bào)警，玩具，電控測量，定時(shí)等。單穩(wěn)類電路:單穩(wěn)工作方式，它可分為3種。第1種（圖1）是人工啟動(dòng)單穩(wěn)，又因?yàn)槎〞r(shí)電阻定時(shí)電容位置不同而分為2個(gè)不同的單元，并分別以1.1.1和1.1.2為代號(hào)。他們的輸入端的形式，也就是電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(gè)單元電路（3.2.1）是應(yīng)用最廣的。第2個(gè)單元電路（3.2.2）是方波振蕩電路。第3、4個(gè)單元電路都是占空比可調(diào)的脈沖振蕩電路，功能相同而電路結(jié)構(gòu)略有不同，因此分別以3.2.3a和3.2.3b的代號(hào)(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(jié)構(gòu)形式引出端符號(hào)1A－4A，1B－4B輸入端1Y－4Y輸出端邏輯圖功能表3.3報(bào)警電路3.31電路結(jié)構(gòu)報(bào)警電路實(shí)在30秒沒無人搶答，當(dāng)計(jì)數(shù)滿30秒時(shí)，經(jīng)“與非門”、“非門”把高電平接到蜂鳴器上，蜂鳴器工作報(bào)警，當(dāng)高脈沖結(jié)束后蜂鳴器解除報(bào)警，主持人打開開關(guān)，本次搶答無效。3.32仿真電路3.33元器件及其參數(shù)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(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)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(hào)蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。

蜂鳴器的結(jié)構(gòu)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(fā)光二極管。

多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)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(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)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(jīng)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(dòng)膜片及外殼等組成。

接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。3.4直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)電路工作原理

從圖上看,變壓器輸入端經(jīng)過一個(gè)保險(xiǎn)連接電源插頭,如果變壓器或后面的電路發(fā)生短路，保險(xiǎn)內(nèi)的金屬細(xì)絲就會(huì)因大電流引發(fā)的高溫溶化后斷開。變壓器后面由4個(gè)二極管組成一個(gè)橋式整流電路，整流后就得到一個(gè)電壓波動(dòng)很大的直流電源，所以在這里接一個(gè)330uF/25V的電解電容。變壓器輸出端的9V電壓經(jīng)橋式整流并電容濾波，在電容C1兩端大約會(huì)有11V多一點(diǎn)的電壓，假如從電容兩端直接接一個(gè)負(fù)載，當(dāng)負(fù)載變化或交流電源有少許波動(dòng)都會(huì)使C1兩端的電壓發(fā)生較大幅度的變化，因此要得到一個(gè)比較穩(wěn)定的電壓，在這里接一個(gè)三端穩(wěn)壓器的元件。三端穩(wěn)壓器是一種集成電路元件，內(nèi)部由一些三極管和電阻等構(gòu)成，在分析電路時(shí)可簡單的認(rèn)為這是一個(gè)能自動(dòng)調(diào)節(jié)電阻的元件，當(dāng)負(fù)載電流大時(shí)三端穩(wěn)壓器內(nèi)的電阻自動(dòng)變小，而當(dāng)負(fù)載電流變小時(shí)三端穩(wěn)壓器內(nèi)的電阻又會(huì)自動(dòng)變大，這樣就能保持穩(wěn)壓器的輸出電壓保持基本不變。因?yàn)槲覀円敵?V的電壓，所以選用7805，7805前面的字母可能會(huì)因生產(chǎn)廠家不同而不同。LM7805最大可以輸出1A的電流，內(nèi)部有限流式短路保護(hù)，短時(shí)間內(nèi)，例如幾秒鐘的時(shí)間，輸出端對(duì)地（2腳）短路并不會(huì)使7805燒壞，當(dāng)然如果時(shí)間很長就不好說了，這跟散熱條件有很大的關(guān)系。三端穩(wěn)壓器后面接一個(gè)105的電容，這個(gè)電容有濾波和阻尼作用。最后在C2兩端接一個(gè)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(shí)際使用一般不要超過500mA,否則會(huì)發(fā)熱很大，容易燒壞。一般負(fù)載電有200mA以上時(shí)需要散熱片。4、系統(tǒng)仿真有人搶答時(shí)，計(jì)數(shù)停止無人搶答時(shí)，電路報(bào)警5、電路安裝、調(diào)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(jīng)濟(jì)實(shí)惠，并且應(yīng)合理設(shè)計(jì)排板，要方便走線，外觀整齊。在焊接時(shí)，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(shí)，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(diào)試當(dāng)電源接入萬用板時(shí)，我們首先發(fā)現(xiàn)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(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)真的有漏接。當(dāng)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(gè)按鈕不能搶答，經(jīng)檢測，得到的結(jié)論是按鈕是壞的。解決了按鈕的問題后，就剩下了計(jì)數(shù)電路跟報(bào)警電路，計(jì)數(shù)電路不計(jì)數(shù)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(fā)現(xiàn)我們輸出的脈沖失真了，隨后調(diào)節(jié)了電容跟電阻的值，并得到了結(jié)論。報(bào)警電路一次成功，在調(diào)試中沒發(fā)現(xiàn)問題。5.3測試結(jié)果及分析當(dāng)電源接通時(shí)，所有的LED都顯示零，電路處于清零狀態(tài)。當(dāng)主持人按下主控開關(guān)時(shí)，計(jì)時(shí)電路開始工作，30s順計(jì)時(shí)開始。在30s內(nèi)，如果有人搶答，顯示搶答組組號(hào)，計(jì)時(shí)停止。4、如果在30s內(nèi)無人搶答，報(bào)警電路工作。結(jié)論當(dāng)主持人按下主控制開關(guān)，鎖存器清零狀態(tài)，由于ST=0時(shí)，編碼器使能，且發(fā)光二極管亮，計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)，搶答開始。在這期間，只要按動(dòng)任意搶答鍵，編碼器輸出經(jīng)RS鎖存器鎖存，由顯示器顯示組號(hào)：與此同時(shí)，由于有有效輸入信號(hào)輸入，Yex由1反轉(zhuǎn)為0，4Q端輸出為1，即ST=1,編碼器禁止