实验四多路智力抢答器一、实验目的1.熟悉智力竞赛抢答器的工作原理2.掌握抢答电路、优先编码电路、锁存电路、定时电路、报警电路、时序控制电路、译码电路、显示电路及报警电路的设计方法二、实验任务基本功能1.设计一个多路智力竞赛抢答器，同时供8个选手参赛，编号分别为0到7，每个用一抢答按键。
2.给节目主持人一个控制开关，实现系统清零和抢答的开始。
3.具有数据锁存和显示功能。
抢答开始后，如果有选手按下抢答按键，其编号立即锁存并显示在LED上，同时扬声器报警。
此外，禁止其他选手再次抢答。
选手编号一直保存到主持人清除。
扩展功能1.具有定时抢答功能，可由主持人设定抢答时间。
当抢答开始后，定时器开始倒计时，并显示在LED上，同时扬声器发声提醒。
2.选手在规定时间内抢答有效，停止倒计时，并将倒计时时间显示在LED上，同时报警。
3.在规定时间内，无人抢答时，电路报警提醒主持人，次后的抢答按键无效。
三、方案设计1.原理框图：抢答按键优先编码器数据锁存器显示译码抢答显示主持人时序控制电路报警电路控制开关脉冲产生电路定时电路显示译码定时显示2.原理简述定时抢答器的总体框图如上图所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。
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。
扩展电路完成定时抢答的功能。
定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时器倒计时。
当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。
当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：①优先缎电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；②扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；③控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；④控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。
当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。
四、电路设计1.抢答部分电路功能：一是将抢答选手的编号识别出并锁存显示到数码管上，二是使其他选手按键无效；三是有人抢答时输出时序控制信号，使计数电路停止工作并报警。
原理图：与其他电路的接口：S：输入，与主持人总控相接，此处控制数码管的清零；/ST：输入，74148的使能控制端（由7400输入）；/YEX：输出，报警时序控制（与74121相连）；CTR：输出，报警时序控制（与7400相连）；具体原理：该部分主要由74148优先编码器、锁存器74279、译码器7448组成和按键、7段数码管组成。
如图所示，抢答输入端为74148的/I7到/I0脚，当有选手按键时，74148的相应的引脚为低电平，电路完成以下动作：（1）、74148将编码输入到锁存其中，并通过锁存器由7448译码后显示到数码管上；（2）、74148译码输出端/YEX＝0，通过控制时序电路使74148的使能端/ST为1，74148停在译码工作，使以后其他选手的按键无效；（3）、时序信号/YEX=0，CTR=1，通过控制时序电路使计时电路停止工作，报警电路报警。
2.定时电路电路功能：主要实现抢答倒计时，同时通过输出接口与时序控制电路相接，实现时序控制，当无人抢答且时间到时，报警。
原理图：与其他电路接口：CLCK：输入，计数脉冲，时序控制电路产生，由7411输出；S：输入，主持人总控，此处控制计数器74192的预置数；BO2：输出，倒计时时间到时输出低电平0，与时序电路74121相接，控制报警；具体原理：该部分主要由555脉冲产生电路、74192减法计数电路、7448译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。
两块74192实现减法计数，通过译码电路7448显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。
74192的预置数控制端实现预置数，当主持人按下控制按键S时，实现预置。
按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在LED 上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，BO2输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。
3.时钟产生和时序控制电路电路功能：为计数电路提供计数脉冲，同时完成主持人控制以及以上各部分的逻辑控制协调，使电路正常工作。
原理图：与其他电路接口：BO2： 输入，由计数电路产生；CTR ： 输入，由抢答电路产生；/ST ： 输出，控制抢答电路；CLCK ： 输出，提供给计数电路；具体原理：该部分主要由定时器555、单稳态触发器74121、与非门7400、三段输入与门7411和相关电路组成。
由555产生计数脉冲，通过7400和7411结合控制信号BO2、CTR 控制输入到计数电路的脉冲有无。
脉冲周期2ln )2(21C R R t +=，选择电容为10uF ，电阻)2(21R R +的值为144.44时t 为一秒，本设计中选取1R ＝20K ，2R ＝62K ，t ＝0.998S 。
输出到计数电路的脉冲为CP BO CTR CLCK *2*=，抢答开始时，BO2=/ST=1，故CLCK=CP ，计数器正常工作，CTR BO ST *2=，当计数时间到时（BO2=0）或者有人抢答时（CTR=1），/ST=1，74148使能端为高电平，禁止编码，即此后的抢答无效。
4. 报警控制电路电路功能：完成抢答开始、枪答选种的报警提示和控制时间结束的报警提示。
原理图：与其他电路接口：/YEX ： 输入，由抢答电路提供BO2： 输入，由计数电路提供S ： 输入，来自主持人按键PR ： 来自74121的/Q ，与555的RST 脚相接，控制555的振荡振荡与否。
具体原理：主要由555时钟电路（用于控制报警声音频率）、蜂鸣器即相关的延时电路和控制电路组成。
单稳态触发器74121通过信号/YEX 、BO2、S 控制报警与否和报警时间，555时钟电路产生脉冲时钟。
当74121输出单稳态触发器的输出延时：2ln EXT EXT w C R t =。
取EXT C ＝10uF, EXT R =620K,有2ln EXT EXT w C R t =＝4.3秒。
上电时，74121的状态为○1，PR=1，555振荡，蜂鸣器按时钟频率鸣叫，表示电路正常工作；当主持人按下键时，不能报警提醒选手，由于121不能实现次功能，这是本设计的缺陷；在规定的时间有人抢答时，/YEX 由1跳变到0，74121有状态2，即/Q 输出暂态低电平，蜂鸣器连续发声报警，持续时间为w t =4.3秒；如果在规定时间内无人抢答，BO2由1跳变到0，74121有状态2，/Q 输出暂态低电平，蜂鸣器连续发声报警持续时间为w t五、电路制作与调试根据需求选择电路的设计单元进行组合，完成系统的原理图设计与PCB 设计，对制作好的PCB 板，或准备好的面包板，按照装配图或原理图进行器件装配，装配好之后进行电路的调试。
调试规则为：1.通电准备 打开电源之前，先按照系统原理图检查制作好的电路板的通断情况，并取下PCB 上的集成块，然后接通电源，用万用表检查板上的各点的电源电压值，完好之后再关掉电源，插上集成块。
2.单元电路检测抢答电路 把主持人的控制开关设置为“清除”位置，用万用表检查RS 触发器的R 端为低电平，输出端（4Q~1Q ）全部为低电平。
于是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。
然后把主持人的控制开关拨到“开始”位置，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，给8路抢答端口即输入端7I …0I 给上低电平的输入信号，如当有选手将键按下时（如按下5S ），74LS148的输出2Y 1Y 0Y =010，EX Y =0，经RS 锁存器后，CTR=1，BI=1，74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，EX Y =0，经RS 锁存器后，出“5”。
此外，CTR=1，使74LS148仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号不会被接收。
定时电路用示波器检查555的输出波形是否为1Hz 的方波信号，如不是对555的外围电路进行调整达到要求为止。
给74LS192的数据输入端设定一次抢答的时间，如35秒（00110101）的八位数据。
观察显示器的显示时间是否进行减一的计数。
有问题按原理进行修改。
时序控制及报警电路① 主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。
② 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。
③ 当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。
3. 整机调试①开始时，主持人将控制开关接地，抢答电路部分锁存器74LS279的状态输出全为0，74LS48的灭灯输入与锁存器74LS279的Q1相接，故抢答电路无显示（清除）；与此同时，在计时电路部分，减法计数器74LS192的预置数端为0，将事先的预置数送入减法计数器中。
当主持人按键弹起时，计数器开始计数工作，抢答开始。
②在没有人按键且抢答时间没到时，优先编码器/YEX 输出为1，计数器BO2输出为1，CTR BO ST *2=＝0, CP BO CTR CLCK *2*=优先编码器和计数器都正常工作；③当在规定时间有人按下抢答按键时，/YEX 输出为“0”， CTR=1，/ST=1，优先编码器停止工作，此后选手的抢答无效，电路将按键者的编号显示在LED 上；同时，CTR=1，计数部分的计数脉冲CP BO CTR CLCK *2* =0，计数器停止工作，此时的倒计时时间记录并显示在LED 上；/YEX 由1跳变到0，74121有状态2，即/Q 输出暂态低电平，蜂鸣器连续发声报警，持续时间为w t =4.3秒。
○4如果在规定时间内无人抢答，BO2由1跳变到0，74121有状态2，/Q 输出暂态低电平，蜂鸣器连续发声报警持续时间为w t =4.3 秒；ST=1，抢答电路停止工作，此后的抢答按键无效六、 报告要求1. 项目的任务与要求设计题目任务与要2. 系统概述针对设计任务及指标提出两种设计方案方案比较：对选取的方案作可行性论证列出系统框图，介绍设计思路及工作原理3. 电路设计与分析介绍各单元电路的选型、工作原理、指标考虑及计算元件参数、提出型号。
电路优化、仿真结果及是否需要改进、改进的方法。
4. 电路、安装调试与测试介绍测量仪器的名称、型号及测量数据的图表和果分析介绍测试方法介绍安装调试中的技术问题、记录现象、波形及分析原因和解决、方法及效果。