電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告-九人智力搶答器課程設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

華北科技學(xué)院華北科技學(xué)院電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題目名稱： 九人智力搶答器 專 業(yè)： 電子信息工程類 班 級(jí)： 14級(jí)電信4班 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 電氣信息工程學(xué)院 2016年12月25日 摘要本報(bào)告設(shè)計(jì)的九人智力搶答器電路主要采由74系列常用集成電路組成，涉及到觸發(fā)器、編碼器、譯碼器、計(jì)數(shù)器、555定時(shí)器和RC電路組成的多諧振蕩電路。該搶答器具有基本的搶答功能，通過(guò)共陰極數(shù)碼管顯示選手的號(hào)碼。當(dāng)一輪搶答開(kāi)始后，首先搶答的人由觸發(fā)器保持狀態(tài)并阻止其他任何選手輸入狀態(tài)，此次設(shè)計(jì)的搶答器在選手輸入信號(hào)后先經(jīng)過(guò)優(yōu)先編碼器編碼，再經(jīng)過(guò)D觸發(fā)器，所有選手沒(méi)有優(yōu)先級(jí)之分，真正做到比賽的公平公正性。編碼后的信號(hào)經(jīng)過(guò)加法器后輸出合適的的二進(jìn)制碼，再經(jīng)過(guò)顯示譯碼器的作用，驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管顯示搶答選手的編號(hào)。主持人可以通過(guò)控制按鈕結(jié)束本輪的搶答并可以重新開(kāi)始下一輪搶答。本次設(shè)計(jì)的搶答器運(yùn)用74HC175上升沿D觸發(fā)器記錄第一個(gè)搶答人的狀態(tài)；運(yùn)用74LS20控制觸發(fā)器的工作，從而使第一個(gè)搶答者的狀態(tài)保持，而其他人無(wú)法再搶答；運(yùn)用優(yōu)先編碼器74LS148編碼；輸出合適的二進(jìn)制數(shù)；最后采用BCD-顯示譯碼器74LS48驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示選手編號(hào)。電路中需要的時(shí)鐘信號(hào)由555多諧振蕩電路實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞: 搶答器 觸發(fā)器 編碼器 計(jì)數(shù)器 顯示譯碼器 555時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器目錄前言3第1章 設(shè)計(jì)思路和總體框架圖41.1 系統(tǒng)總體框圖41.2 設(shè)計(jì)思路41.3 方案設(shè)計(jì)41.3.1 方案一41.3.1 方案二51.3.1 方案確定5第2章 單元電路設(shè)計(jì)62.1搶答電路設(shè)計(jì)62.1.1電路簡(jiǎn)介62.1.2工作原理72.1.3集成電路邏輯功能分析82.2數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)102.2.1電路設(shè)計(jì)分析102.2.2 顯示電路132.3時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)132.3.1 設(shè)計(jì)分析132.3.2 工作原理14第3章 總結(jié)17附錄18元器件清單18完整原理圖19參考文獻(xiàn)20前言目前無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，智力搶答類的娛樂(lè)節(jié)目以其知識(shí)的普及性和娛樂(lè)宣傳性，一直受到廣大電視觀眾的喜好和好評(píng)，是全家老少皆宜的電視類節(jié)目。說(shuō)到這類電視節(jié)目，就不得不提到節(jié)目中的搶答的環(huán)節(jié)，多位選手在主持人一聲令下開(kāi)始搶答，搶答時(shí)間有限，先按搶答器者獨(dú)占先機(jī)，這種情況總是扣人心弦，讓觀眾和選手都心動(dòng)不已。激動(dòng)之后，大家有沒(méi)有想過(guò)節(jié)目中搶答用的電路時(shí)如何實(shí)現(xiàn)的嗎？選手限時(shí)搶答，誰(shuí)先搶答就會(huì)在其前面的LED屏上限時(shí)，同時(shí)其他較晚的人再按鍵是沒(méi)有任何效果的。當(dāng)一輪搶答結(jié)束后，主持人操作手中的控制器就可將先前維持住的搶答狀態(tài)復(fù)位清零。這種搶答方式有效地提高了競(jìng)賽的公平和公正性，避免了一些不合理現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)今社會(huì)發(fā)展迅速，應(yīng)用于此類搶答節(jié)目的智能搶答器早就問(wèn)世。其功能的實(shí)現(xiàn)方式多種多樣，并逐漸趨向于易于擴(kuò)展、可靠性好、集成度高、制造費(fèi)用低、功能更加多樣話的一種高效能的產(chǎn)品。本次設(shè)計(jì)主要利用常見(jiàn)的74LS系列集成電路芯片和555芯片，并通過(guò)劃分功能模塊進(jìn)行各個(gè)部分的設(shè)計(jì)，最后完成了九人智力搶答器設(shè)計(jì)，同時(shí)制作出了簡(jiǎn)易的實(shí)物以供實(shí)踐演示。第1章 設(shè)計(jì)思路和總體框架圖1.1 系統(tǒng)總體框圖揚(yáng)聲器數(shù)碼顯示脈沖電路倒計(jì)時(shí)器譯碼器數(shù)碼顯示揚(yáng)聲器編碼器鎖存器譯碼器主持人選手圖1.1 總體框圖 1.2 設(shè)計(jì)思路 本次設(shè)計(jì)的搶答器運(yùn)用74HC175上升沿D觸發(fā)器記錄第一個(gè)搶答人的狀態(tài)；運(yùn)用十三輸入與非門(mén)74HC133控制觸發(fā)器的工作，從而使第一個(gè)搶答者的狀態(tài)保持，而其他人無(wú)法再搶答；運(yùn)用優(yōu)先編碼器74LS148編碼；輸出合適的二進(jìn)制數(shù)；最后采用BCD-顯示譯碼器74LS48驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示選手編號(hào)。電路中需要的時(shí)鐘信號(hào)由555多諧振蕩電路實(shí)現(xiàn)。如框圖所示，當(dāng)選手進(jìn)行搶答時(shí)，觸發(fā)器會(huì)將最先按搶答器的選手信號(hào)鎖存起來(lái)，不會(huì)受其他選手的影響。然后通過(guò)編碼器編碼，顯示譯碼器，正確的顯示出選手的編號(hào)。主持人可以通過(guò)控制觸發(fā)器“清零”從而使整個(gè)系統(tǒng)初始化。1.3 方案設(shè)計(jì)1.3.1 方案一電路大致可以由四個(gè)功能模塊組成：以鎖存器為中心的編碼顯示電路部分，脈沖產(chǎn)生電路部分，倒計(jì)時(shí)顯示電路部分，音響電路部分。在鎖存器為中心的編碼顯示電路部分中，由鎖存器74LS373，編碼器74LS148，顯示器和門(mén)電路組成。使用74LS373作為鎖存電路，當(dāng)有人搶答時(shí)， 利用鎖存器的輸出信號(hào)將時(shí)鐘脈沖置零，74LS373立即被鎖存，同時(shí)蜂鳴器鳴叫1s，這時(shí)搶答無(wú)效，使用74LS148作為編碼器，對(duì)輸入的型號(hào)進(jìn)行編碼，輸出4位的BCD碼，再將這四位的BCD碼輸入數(shù)碼管里顯示出搶答者的編號(hào)；在脈沖產(chǎn)生電路部分中，用555定時(shí)器予以實(shí)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻的阻值最后得到符合要求的脈沖，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)改變電阻電容微調(diào)頻率，取代了用分頻器對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行分頻，從而使電路簡(jiǎn)單了；在倒計(jì)時(shí)顯示電路部分中，由計(jì)數(shù)器74LS190，顯示器組成。利用74LS190計(jì)數(shù)器作為倒計(jì)時(shí)的芯片，當(dāng)主持人按下?lián)尨鸢粹o時(shí)，74LS190被置九，同時(shí)將顯示上次搶到題目的選手編號(hào)的數(shù)碼管清零，并開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，并通過(guò)74LS148編碼器將即時(shí)時(shí)間進(jìn)行編碼，并送到數(shù)碼管，顯示此時(shí)的時(shí)間。假如在9秒內(nèi)有人搶答，則計(jì)數(shù)器停止倒計(jì)時(shí)，將鎖存器鎖存，禁止選手搶答，蜂鳴器鳴叫一秒，停止倒計(jì)時(shí)。在音響電路部分中，由555定時(shí)器和電阻電容接合成多諧振蕩器，產(chǎn)生所需要的脈沖，然后接入蜂鳴器構(gòu)成。1.3.1 方案二電路大致可以由四個(gè)功能模塊組成：以鎖存器為中心的編碼顯示電路部分，脈沖產(chǎn)生電路部分，倒計(jì)時(shí)顯示電路部分，音響電路部分。在鎖存器為中心的編碼顯示電路部分中，由鎖存器74LS373，編碼器74LS148，顯示器和門(mén)電路組成。使用74LS373作為鎖存電路，當(dāng)有人搶答時(shí)， 利用鎖存器的輸出信號(hào)將時(shí)鐘脈沖置零，74LS373立即被鎖存，同時(shí)蜂鳴器鳴叫1s，這時(shí)搶答無(wú)效，使用74LS148作為編碼器，對(duì)輸入的型號(hào)進(jìn)行編碼，輸出4位的BCD碼，再將這四位的BCD碼輸入數(shù)碼管里顯示出搶答者的編號(hào)；在脈沖產(chǎn)生電路部分中，用石英晶體振蕩器予以實(shí)現(xiàn)，由于石英晶體的穩(wěn)定性和精確性比較高，所以用其產(chǎn)生的脈沖信號(hào)更加穩(wěn)定，同時(shí)在顯示更能接近預(yù)定的值，受外界環(huán)境的干擾較少；在倒計(jì)時(shí)顯示電路部分中，由計(jì)數(shù)器74LS190，顯示器組成。利用74LS190計(jì)數(shù)器作為倒計(jì)時(shí)的芯片，當(dāng)主持人按下?lián)尨鸢粹o時(shí)，74LS190被置九，同時(shí)將顯示上次搶到題目的選手編號(hào)的數(shù)碼管清零，并開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，并通過(guò)74LS148編碼器將即時(shí)時(shí)間進(jìn)行編碼，并送到數(shù)碼管，顯示此時(shí)的時(shí)間。假如在9秒內(nèi)有人搶答，則計(jì)數(shù)器停止倒計(jì)時(shí)，將鎖存器鎖存，禁止選手搶答，蜂鳴器鳴叫一秒，停止倒計(jì)時(shí)。在音響電路部分中，由555定時(shí)器和電阻電容接合成多諧振蕩器，產(chǎn)生所需要的脈沖，然后接入蜂鳴器構(gòu)成。1.3.1 方案確定選擇結(jié)果：方案一。原因一：系統(tǒng)各部分采用中小規(guī)模集成數(shù)字電路，用機(jī)械開(kāi)關(guān)按鈕作為控制開(kāi)關(guān)，完成搶答輸入信號(hào)的觸發(fā)。該方案的特點(diǎn)是中小規(guī)模集成電路應(yīng)用技術(shù)成熟，性能可靠，能方便地完成選手搶答的基本功能。原因二：雖然用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器的穩(wěn)定性和精確性沒(méi)有石英晶體振蕩器高，但由于前者設(shè)計(jì)方便，操作簡(jiǎn)單，成為了設(shè)計(jì)時(shí)的首選。第2章 單元電路設(shè)計(jì)2.1搶答電路設(shè)計(jì)2.1.1電路簡(jiǎn)介圖2.1.1所示為最小搶答電路，擁有搶答和清零的基本功能。S0按鈕為主持人控制開(kāi)關(guān)，一端接地，另一端連接觸發(fā)器74HC175的清零端，當(dāng)S0按下后CLR端接地為低電平，觸發(fā)器復(fù)位清零。J1J9為九位搶答選手對(duì)應(yīng)的搶答按鈕，選手們可以按下開(kāi)關(guān)進(jìn)行搶答。 圖2.1.1 最小搶答電路2.1.2工作原理?yè)尨鹌饔芍黧w電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開(kāi)始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，能顯示選手的編號(hào)，同時(shí)能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能。為實(shí)現(xiàn)搶答的要求，即當(dāng)?shù)谝粋€(gè)選手搶答后其他選手再按搶答器對(duì)其不影響。當(dāng)接通電源時(shí)，節(jié)目主持人將開(kāi)關(guān)置于“接地（清除）”位置時(shí)，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號(hào)顯示器顯示0，定時(shí)顯示器顯示設(shè)定的時(shí)間，當(dāng)節(jié)目主持人宣布搶答題目后，說(shuō)一聲“搶答開(kāi)始”，同時(shí)將控制開(kāi)關(guān)撥到“Vcc（開(kāi)始）”位置，搶答器處于工作狀態(tài)，蜂鳴器LS1發(fā)出短暫的響聲提示選手答題，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警燈x2亮，蜂鳴器LS1報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答本次設(shè)計(jì)的搶答電路巧妙地利用了觸發(fā)器的工作原理：沒(méi)有一定頻率的時(shí)鐘信號(hào)輸入D觸發(fā)器74HC175就不能正常工作。電路中將觸發(fā)器輸出的九個(gè)結(jié)果同時(shí)鐘信號(hào)一同接入與非門(mén)74LS20中，與非門(mén)出來(lái)當(dāng)做74HC175的時(shí)鐘脈沖。當(dāng)選手們沒(méi)進(jìn)行搶答時(shí)蜂鳴器不響，此時(shí)74LS20輸出端與時(shí)鐘信號(hào)同步，一旦有人搶答時(shí)，九個(gè)人有一個(gè)按下開(kāi)關(guān)，74LS20一輸入端變成低電平，使輸出端變?yōu)椤?”，時(shí)鐘信號(hào)輸入無(wú)效，相應(yīng)的觸發(fā)器不能繼續(xù)正常工作，斷絕了其他人搶答的機(jī)會(huì)，同時(shí)，74HC175把搶答選手的編號(hào)鎖住，顯示其編號(hào)至主持人系統(tǒng)清零為止。九人搶答電路中，當(dāng)搶答完畢后，支持人將開(kāi)關(guān)波置“接地”時(shí)，74HC175的CLR端接地（有效），會(huì)將輸出端置零，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)輸入時(shí)候的清零功能。如果需要繼續(xù)做下一輪的比賽，支持人可以直接將開(kāi)關(guān)接到“Vcc”端即可立即開(kāi)始下一輪的比賽。我們將啟動(dòng)功能和清零功能結(jié)合在一起，減少了按鍵操作次數(shù)，大大簡(jiǎn)化了電路還有按鍵操作次數(shù)，這是本設(shè)計(jì)的一大亮點(diǎn)。2.1.3集成電路邏輯功能分析2.1.3.1觸發(fā)器輸入輸出J0J1J2J3J4J5J6J7J8J9Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q90111111111110111111111110111111111110111111111110111111111110111111111110111111111110111111111110111111111110為達(dá)到項(xiàng)目要求的搶答功能，由搶答器相關(guān)功能列的的真值表如下表2.1.3所示。表2.1.3 搶答器真值表 分析邏輯功能可知，八個(gè)輸入狀態(tài)沒(méi)有優(yōu)先級(jí)之分，而且輸出高低電平要保存下來(lái)。這里就要用到觸發(fā)器。由上面的真值表分析可知選用D觸發(fā)器74HC175可以滿足要求。 74HC175的相應(yīng)邏輯電路圖和功能表如下圖2.1.3所示。圖2.1.3 74HC175電路結(jié)構(gòu)圖和功能表 2.1.3.2 十三與非門(mén)接下來(lái)是關(guān)于13輸入與非門(mén)74HC133如何控制時(shí)鐘信號(hào)的作用的分析。當(dāng)電路中沒(méi)有搶答信號(hào)時(shí)，十三輸入與非門(mén)74HC133的選手信號(hào)輸入端都為高電平。時(shí)鐘信號(hào)輸入端為1Hz 500HZ的方波，有效電壓為5V。多余的三個(gè)輸入端連接5V電源，作為閑置端。如下波形圖2.1.5所示，時(shí)鐘信號(hào)波形為Clk，當(dāng)沒(méi)有搶答信號(hào)時(shí)：Q=（Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8（Clk）=Clk在t 時(shí)刻加入搶答信號(hào)后輸出波形為Q*。例如當(dāng)一號(hào)選手第一個(gè)搶答時(shí)，Q1=0： Q*=（Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8（Clk）= 1。圖2.1.4 十三輸入與非門(mén)這樣就會(huì)給由555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路一個(gè)脈沖，然后蜂鳴器就會(huì)響起，達(dá)到報(bào)警的作用，由此可見(jiàn)此集成電路在設(shè)計(jì)中起到非常重要的的邏輯功能。2.2數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)2.2.1電路設(shè)計(jì)分析為了將鎖存的信號(hào)顯示在數(shù)碼管上，需要將8個(gè)高低電平信號(hào)編譯成二進(jìn)制碼，在通過(guò)顯示譯碼器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示?？紤]到經(jīng)過(guò)觸發(fā)器后信號(hào)不受優(yōu)先級(jí)的影響，可以利用優(yōu)先編碼器74LS148對(duì)Q1Q8進(jìn)行編碼。74LS148的功能表如下表2.2.1所示：本單元電路選用顯示譯碼器74LS48作為數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)，相應(yīng)的真值表如下表2.2.1所示，AD為二進(jìn)制譯碼輸入端，YaYg為譯碼輸出端，直接連接共陰極數(shù)碼管的對(duì)應(yīng)管腳。 一旦輸入和輸出對(duì)應(yīng)不上，就不發(fā)正確的顯示選手的編號(hào)。74ls148引腳圖74ls148優(yōu)先編碼器管腳功能介紹:為16腳的集成芯片，電源是VCC(16) GND(8),I0I7為輸入信號(hào)，A2,A1,A0為三位二進(jìn)制編碼輸出信號(hào)，IE是使能輸入端，OE是使能輸出端，GS為片優(yōu)先編碼輸出端。EI端上是使能端，作用是控制148工作，低電平有效，即:若該端輸入高電平，則148不工作；若該端輸入低電平，則148正常工作。GS是用來(lái)判斷148輸入端是否有輸入，只要有輸入，則輸出低電平，的、若沒(méi)有輸入，則出書(shū)高電平。EO是用來(lái)148之間的級(jí)聯(lián)用的，拓展為16位或更高編碼器。如高優(yōu)先位沒(méi)有輸入，則EO輸出低電平，接低優(yōu)先位的EI端，就控制了低優(yōu)先位工作，若高優(yōu)先位有輸入，那EO端輸出高電平，使下一片148的EI位高，不工作。74ls148邏輯表達(dá)式使能端OE(芯片是否啟用)的邏輯方程：OE =I0I1I2I3I4I567IE當(dāng)OE輸入IE=1時(shí)，禁止編碼、輸出(反碼)： A2,A1,A0為全1。當(dāng)OE輸入IE=0時(shí)，允許編碼，在I0I7輸入中，輸入I7優(yōu)先級(jí)最高，其余依次為：I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等級(jí)排列。輸入輸出數(shù)字DCBAYaYbYcYdYeYfYg000001111110100010110000200101101101300111111001401000110011501011011011601100011111701111110000810001111111 表2.2.1 74LS148實(shí)際上帶有進(jìn)位端的編碼器74LS148編碼出的二進(jìn)制碼與譯碼器74LS48的輸入相差1 但是們可以用兩片級(jí)聯(lián)的方式進(jìn)行九路的輸入，我為了方便，就直接用的是19的。這樣就不用加法器進(jìn)行做加法運(yùn)算了，就可以直接用74LS48譯碼器進(jìn)行譯碼了，減少了資源。另外如果想要增加選手人數(shù)，兩片74LS148級(jí)聯(lián)的方式，很容易拓展開(kāi)來(lái)，直接加一些電阻開(kāi)關(guān)就可以了，但需要注意輸出端譯碼器、顯示電路也需要更換。下面介紹一下74LS48譯碼器的功能，管腳圖如圖2.2.1所示： 圖2.2.1 74LS48管腳圖工作電壓:5V 74LS48除了有實(shí)現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（YaYg）端外，74LS48還引入了燈測(cè)試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動(dòng)態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。由74LS48真值表可獲知74LS48所具有的邏輯功能：（1）7段譯碼功能（LT=1，RBI=1)在燈測(cè)試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無(wú)效電平時(shí)，輸入DCBA經(jīng)74LS48譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，顯示相應(yīng)字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低電平。（2）消隱功能（BI=0） 此時(shí)BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號(hào)時(shí),無(wú)論LT 和RBI輸入什么電平信號(hào)，不管輸入DCBA為什么狀態(tài)，輸出全為“0”，7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動(dòng)態(tài)顯示。 （3）燈測(cè)試功能（LT = 0） 此時(shí)BI/RBO端作為輸出端， 端輸入低電平信號(hào)時(shí)，與 及DCBA輸入無(wú)關(guān)，輸出全為“1”，顯示器7個(gè)字段都點(diǎn)亮。該功能用于7段顯示器測(cè)試，判別是否有損壞的字段。 （4）動(dòng)態(tài)滅零功能（LT=1，RBI=1） 此時(shí)BI/RBO端也作為輸出端，LT 端輸入高電平信號(hào)，RBI 端輸入低電平信號(hào)，若此時(shí)DCBA = 0000，表1倒數(shù)第2行，輸出全為“0”，顯示器熄滅，不顯示這個(gè)零。 DCBA0，則對(duì)顯示無(wú)影響。該功能主要用于多個(gè)7段顯示器同時(shí)顯示時(shí)熄滅高位的零。功能表如圖2.2.2所示：圖2.2.2 74LS48的功能表其實(shí)74LS48的功能可以很多，用途很廣，但本仿真課程不需要清零功能所以要把BI/RBO、RBI、LT接高電平。ABCD正常輸入，就可以了。輸出端直接接一個(gè)顯示器，這點(diǎn)就不需要多說(shuō)了吧。需要特別注意的是74LS148是以級(jí)聯(lián)的方式連的，所以需要與門(mén)電路進(jìn)行搭配，到底是使用與門(mén)還是與非門(mén)，應(yīng)該根據(jù)后一層電路決定，這里后面的74H175的輸入是高電有效，所以，我直接就用與門(mén)就能實(shí)現(xiàn)了。綜上，由優(yōu)先編碼器、顯示譯碼器和共陰極數(shù)碼管組成的顯示電路如下圖2.2.3所示：2.2.2 顯示電路圖2.2.3 顯示電路2.3時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)2.3.1 設(shè)計(jì)分析考慮到搶答電路中運(yùn)用到了上升沿觸發(fā)器74HC175，需要時(shí)鐘信號(hào)才能正常工作，在multisim仿真中可以用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生需要的時(shí)鐘信號(hào)，也可以利用555集成電路和RC震蕩電路組成多諧振蕩器，選取一定參數(shù)的電阻和電容就可以產(chǎn)生所需要的時(shí)鐘信號(hào)。本次設(shè)計(jì)的搶答器主要采用555集成電路作為信號(hào)發(fā)生器。2.3.2 工作原理 555定時(shí)器有TTL型和CMOS型兩類產(chǎn)品，它們的功能和外部引腳排列完全相同。管腳1為接地端GND。 管腳2為低電平觸發(fā)輸入端TRI。該端電平低于Vcc3(或Vcc2)時(shí)，輸出Q為高電 平。管腳3為輸出端OUT。 管腳4為復(fù)位端RST。RST0時(shí)，Q0。管腳5為控制電壓輸入端CON。管腳6為高電平觸發(fā)端THR。該端電平高于Vcc3(或Vcc)時(shí)，輸出Q為低電平。管腳7為放電端DIS。管腳8為電源VCC。當(dāng)管腳5外接控制電壓VCC時(shí)，管腳6的比較電壓為VCC，管腳2的比較電壓為Vcc2。555的脈沖輸出口是3號(hào)口，我們并不是將555的Vcc端直接接電源，而是通過(guò)由將主持人的總開(kāi)關(guān)再接入電路，當(dāng)主持人把開(kāi)關(guān)打到Vcc端時(shí)，555定時(shí)器正常工作，產(chǎn)生一個(gè)秒脈沖給74LS192，使其能實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，當(dāng)主持人把開(kāi)關(guān)打到地的一邊時(shí)，555定時(shí)器無(wú)電源供電，不能產(chǎn)生脈沖，計(jì)數(shù)停止。這樣實(shí)現(xiàn)了暫停的功能。這部分將另外說(shuō)明。圖2.2.4 555時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器當(dāng)LM555H定時(shí)器按圖2.2.4所示電路連接時(shí)，就構(gòu)成了自激多諧振蕩器，其中R18和R19是外接定時(shí)電阻，C2是外接定時(shí)電容。圖中電阻R18、R19及電容C2構(gòu)成充放電回路，當(dāng)Vc22Vcc3時(shí)，555內(nèi)部三極管導(dǎo)通，電容C2通過(guò)電阻R2放電；當(dāng)Vc22Vcc3時(shí)，555內(nèi)部三極管截止，電容開(kāi)始充電。負(fù)脈沖寬度Twh=0.7R2C2，正脈沖寬度Twh=0.7(R1+R2)C2,振蕩頻率f=1.43/0.7R1+R2C2。 通過(guò)計(jì)算上圖設(shè)計(jì)的時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率為： 仿真輸出波形如下圖2.2.5所示：圖2.2.5 555時(shí)鐘電路輸出仿真結(jié)果由于仿真結(jié)果有點(diǎn)偏差，Multisim 14版本或有些問(wèn)題，導(dǎo)致結(jié)果沒(méi)有實(shí)際理論上的有那么準(zhǔn)確，所以仿真的時(shí)候我稍微更改了一些數(shù)據(jù)，使得能看到我們想要的結(jié)果。為了搶答時(shí)間足夠準(zhǔn)確我還親自拿秒表比對(duì)。實(shí)現(xiàn)了不差毫秒的電路秒脈沖。555 0 CP 0 555 1CP圖2.2.6 555時(shí)鐘脈沖與74LS192脈沖第3章 總結(jié)這是我們第一次利用所學(xué)的數(shù)電知識(shí)設(shè)計(jì)電路。雖然當(dāng)初選擇的這個(gè)項(xiàng)目相對(duì)簡(jiǎn)單，所需要的電路單元不多，功能不太繁瑣，但是通過(guò)這將近一個(gè)月的摸索和不斷學(xué)習(xí)，終于設(shè)計(jì)出了一個(gè)相對(duì)有個(gè)性的九人智力搶答器?；叵脒@一歷程，有過(guò)激動(dòng)，有過(guò)失望。從簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的強(qiáng)大功能的實(shí)現(xiàn)到下一步的編碼顯示；從還不知道如何產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)到利用555構(gòu)成的多諧振蕩器才生合適的時(shí)鐘信號(hào)；從手中只有零零散散還不夠完整的電子元件到最簡(jiǎn)搶答電路的焊制成功；從一字一句的敲打到這篇實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成。這是一個(gè)艱辛而又充滿驚喜的歷程。還沒(méi)有接觸過(guò)動(dòng)手研發(fā)時(shí)，我曾經(jīng)從一個(gè)大三同學(xué)的口中聽(tīng)說(shuō)過(guò)這樣一句話：從你想做東西到真正做出東西的這種心理歷程是很坎坷的。當(dāng)初我并不同意他的看法，認(rèn)為只要理論知識(shí)掌握了就會(huì)很容易做出實(shí)物來(lái)?，F(xiàn)在再回味那句話，還真的很有同感。理論只是零散的理論而已，如何將他們有機(jī)的結(jié)合并運(yùn)用到設(shè)計(jì)上來(lái)還真不是一件容易的事。只有通過(guò)不斷地理論學(xué)習(xí)和動(dòng)手實(shí)踐才會(huì)明白和掌握數(shù)電中最實(shí)在的知識(shí)和技巧。電路設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了很多問(wèn)題，比如：搶答器的觸發(fā)器不能觸發(fā)，555多諧