數(shù)電課程設(shè)計(jì)五人搶答器設(shè)計(jì)

1、 煙 臺(tái) 南 山 學(xué) 院 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題目 搶答器 姓 名： 所在學(xué)院： 計(jì)算機(jī)與電氣自動(dòng)化學(xué)院 所學(xué)專業(yè)： 電氣工程及自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間： 目錄 1 采用數(shù)字電路12、基本原理電路22.1原理與分析23、電路元件的選擇及參數(shù)23.1 74LS14823.2 74LS19243.3 74LS4753.4 NE55564、電路設(shè)計(jì)74.1單元電路設(shè)計(jì)74.1.1搶答器電路74.1.2 定時(shí)電路84.1.4 時(shí)序控制電路104.2 整體電路1011 1 采用數(shù)字電路選手搶答按鍵主持人控制秒脈沖產(chǎn)生優(yōu)先編碼時(shí)序控制定時(shí)電路譯碼顯示鎖存功能譯碼顯示報(bào)警電路定時(shí)搶答器的

2、總體框圖如圖1所示，它由主體電路和擴(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。圖1.1.1圖1所示的定時(shí)搶答器的工作過程是：接通電源時(shí)，節(jié)目主持人將開關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，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“搶答開始”，同時(shí)將控制開關(guān)撥到“開始”位置，揚(yáng)聲器給出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，搶答器要完成以下

3、四項(xiàng)工作：優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號(hào)；揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意；控制電路要對(duì)輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其他選手再次進(jìn)行搶答；顯示輸出單片機(jī)控制PLC控制控制電路要使定時(shí)器停止工作，時(shí)間顯示器上顯示剩余的搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當(dāng)選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。搶答按鍵2、基本原理電路2.1原理與分析其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到"清除"狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開關(guān)置開始"

4、;狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)。 2.2原理框圖圖2.2.13、電路元件的選擇及參數(shù)3.1 74LS1488線-3線優(yōu)先編碼器74LS148圖3.1.1 74LS148引腳圖輸入輸出EII0I1I2I3I4I5I6I7A2A1A0GSEO1xxxxxxxx11111011111111111100xxxxx

5、xx0000010xxxxxx01001010xxxxx011010010xxxx0111011010xxx01111100010xx011111101010x01111111100100111111111101 圖3.1.2 優(yōu)先編碼器74ls148功能表74ls148邏輯表達(dá)式使能端OE(芯片是否啟用)的邏輯方程： OE =I0·I1·I2·I3·I4·I5·67·IE 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

6、：I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等級(jí)排列。 從以上的的功能表中可以得出，74ls148輸入端優(yōu)先級(jí)別的次序依次為I7，I6，I0 。當(dāng)某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級(jí)別高的輸入端沒有低電平輸入時(shí)，輸出端才輸出相應(yīng)該輸入端的代碼。例如：I5=0且I6=I7=1(I6、I7優(yōu)先級(jí)別高于I5) 則此時(shí)輸出代碼010 (為(5)10=(101)2的反碼)這就是優(yōu)先編碼器的工作原理。3.2 74LS192十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192圖3.2.1 74LS192引腳圖 圖3.2.2 74LS192邏輯圖       &#

7、160;      輸入     輸出1× × ×××××00000 0× ×dcbadcba0 1 1××××    加計(jì)數(shù)0 1 1 ××××    減計(jì)數(shù) 圖3.2.3 74LS192

8、功能真值表 該器件為雙時(shí)鐘工作方式，CP+是加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入，CP-是減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入，均為上升沿觸發(fā)，采用8421 BCD碼計(jì)數(shù)。 Cr為異步清0端，高電平有效。 LD為異步預(yù)置控制端，低電平有效，當(dāng)Cr=0、LD=0時(shí)預(yù)置輸入端D、C、B、A的數(shù)據(jù)送至輸出端，即QDQCQBQA=DCBA。 進(jìn)位輸出和借位輸出是分開的。 OC為進(jìn)位輸出，加法計(jì)數(shù)時(shí)，進(jìn)入1001狀態(tài)后有負(fù)脈沖輸出，脈寬為一個(gè)時(shí)鐘周期。 OB為借位輸出，減法計(jì)數(shù)時(shí)，進(jìn)入0000狀態(tài)后有負(fù)脈沖輸出，脈寬為一個(gè)時(shí)鐘周期。3.3 74LS47BCD-七段顯示譯碼器74LS47 圖3.3.1 74LS47邏輯圖 圖3.3.2 74LS47

9、引腳圖功能或數(shù)字          輸入             輸出顯示字形abcdefg燈滅××××××0(輸入)0000000滅燈試燈0×××××11111111  8動(dòng)態(tài)滅零10000000000000滅燈011000011111110011×0001

10、10110000121×001011101101231×001111111001341×010010110011451×010111011011561×011010011111671×011111110000781×100011111111891×1001111110119101×101010001101111×101110011001121×110010100011131×110111001011141×111010001111151×111110000

11、000滅燈圖3.3.3 74LS47功能表 要求輸出015時(shí)，滅燈輸入（BI）必須開始時(shí)保持高電平。如果不滅，則動(dòng)態(tài)滅燈輸入（RBI）必須開路或?yàn)楦唠娖健?將一低電平直接加于滅燈輸入（BI）時(shí)，則不管其他輸入為任何電平，所有各段輸出都關(guān)閉。 當(dāng)動(dòng)態(tài)滅燈輸入/動(dòng)態(tài)滅燈輸出（BI/RBO）開路或者保持高電平而試燈輸入為高電平時(shí)，所有各段輸出都關(guān)閉并且動(dòng)態(tài)滅燈輸出（RBO）處于低電平（響應(yīng)條件）。 當(dāng)滅燈輸入/動(dòng)態(tài)滅等輸出（BI/RBO）開路或者保持高電平而試燈輸入為低電平時(shí)，則所有各段都開通。 BI/RBO是線與邏輯，作滅燈輸入（BI）或動(dòng)態(tài)滅燈（RBO）之用，或兩者兼用3.4 NE555 NE5

12、55 圖3.4.1 芯片的引腳圖引腳編號(hào) 符號(hào) 功能說明 1 地線 2 觸發(fā) 3 輸出 4 復(fù)位 5 控制電壓 6 閥值 7 放電 8 電源 圖3.4.2 NE555引腳功能555 定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器 556/7556。555 定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。 圖3.4.3 555定時(shí)器基本原理圖 555 定時(shí)器成本低，

13、性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。555 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖 2.9.1 和圖 2.9.2 所示。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3 555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 A1 的反相輸入端的電壓為 2VCC

14、 /3，A2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 A2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時(shí) TR 端的電壓大于VCC /3，則 A1 的輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。555定時(shí)器在搶答器中的應(yīng)用有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。4、電路設(shè)計(jì)4.1單元電路設(shè)計(jì)4.1.1搶答器電路如圖，該電路實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：一是能夠過分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼器顯示電路顯示編號(hào)；二是禁止其他選手之后按鍵無(wú)效。工作過程

15、：當(dāng)開關(guān)處于清除端時(shí)，74LS279的RS 觸發(fā)器段均為0信號(hào)，所以四個(gè)觸發(fā)器端均輸出為0，此時(shí)ST為0，根據(jù)74LS148功能表可以看出，該芯片處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)達(dá)到“開始”端時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手按下鍵時(shí)，及有一個(gè)輸入端為低電平，根據(jù)74LS148功能表可知，Y1，Y2，Y3處于一種輸出狀態(tài)，Yex輸出為0，所以1Q輸出為1，74LS47處于工作狀態(tài)。根據(jù)2Q，3Q，4Q的輸出，譯碼器將顯示第一個(gè)按下鍵的選手號(hào)碼。并且此時(shí)1Q=1，使74LS148的ST=1，所以74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其他鍵的再次輸入。因?yàn)橹挥?名選手，編號(hào)從0000到0111，所以74LS

16、47 芯片的A3端不需要用到，所以可以直接置地。如果沒有選手按鍵的話，七段顯示譯碼器就會(huì)一直不亮，直到最后此次比賽結(jié)束。搶答器部分仿真如下，當(dāng)主持人按下開關(guān)可實(shí)現(xiàn)清零，再次按下開關(guān)開始搶答，如選手4按下，數(shù)碼管顯示4并且其他選手無(wú)法再次搶答。仿真結(jié)果驗(yàn)證了搶答部分電路的設(shè)計(jì)成功。4.1.2 定時(shí)電路4.1.2.3定時(shí)電路原理圖 電路分為兩個(gè)部分，一是秒脈沖，由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路，根據(jù)公式振蕩周期為T=0.7（R1+2R2）C，可計(jì)算出該振蕩器的振蕩周期為1秒，由于是矩形脈沖，所以一個(gè)周期內(nèi)發(fā)光二極管會(huì)發(fā)一次光。74192是可預(yù)置時(shí)間的減計(jì)數(shù)器，對(duì)于預(yù)置端可以采用十進(jìn)制8421BCD

17、碼設(shè)置，當(dāng)555振蕩器發(fā)出一個(gè)脈沖時(shí)，74LS192的CP-端就接受一個(gè)信號(hào)，在cp脈沖的上升沿預(yù)置數(shù)就開始自減，當(dāng)各位減少到0時(shí)，成功實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能。4.1.3 報(bào)警電路及秒脈沖產(chǎn)生電路圖4.1.3.1 報(bào)警電路工作原理：其工作過程為當(dāng)一開關(guān)閉合時(shí)鳴笛系統(tǒng)鳴笛，因?yàn)榭傠娐分袚尨鹌鞯陌粹o一按下去，就會(huì)有低電平產(chǎn)生，再經(jīng)過與非門變?yōu)楦唠娖绞沟美鹊年?yáng)極為正，從而鳴叫，但很快又停止鳴笛，因?yàn)轼Q笛器正負(fù)極都進(jìn)入高電平。當(dāng)定時(shí)系統(tǒng)倒計(jì)時(shí)到0時(shí)，也可使得其鳴叫，原理如上。 脈沖產(chǎn)生電路： 4.1.4 時(shí)序控制電路圖4.1.4.1 時(shí)序控制電路工作原理： 時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以

18、下三項(xiàng)功能：主持人將控制開關(guān)撥到"開始"位置時(shí)，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)人正常搶答工作狀態(tài)。 當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間  根據(jù)上面的功能要求以及圖六，設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如圖九所示。圖中，門G1 的作用是控制時(shí)鐘信號(hào)CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸人使能端 。圖八的工作原理是：主持人控制開關(guān)從"清除"位置撥到"開始"位置時(shí)，來自于圖六中的74LS279的輸出 1Q=0，經(jīng)G3反相， A1，則時(shí)鐘信號(hào)CP能夠加到74LS192的CP時(shí)鐘輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行

19、遞減計(jì)時(shí)。同時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，則"定時(shí)到信號(hào)"為 1，門G2的輸出ST =0，使 74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，1Q1，經(jīng) G3反相， A0，封鎖 CP信號(hào)，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門G2的輸出 ST=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，則"定時(shí)到信號(hào)"為0，1Q =1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時(shí)， 門G1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖 CP信號(hào)，使定時(shí)電路保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求。集成單穩(wěn)觸發(fā)器74LS121用于控制報(bào)警電路及

20、發(fā)聲的時(shí)間，其工作原理如下：當(dāng)主持人將開關(guān)撥到開始鍵時(shí)，S信號(hào)從0變成1，是上升的，但是定時(shí)到信號(hào)還是1，Yex由于74LS148已經(jīng)開始工作所以為0，所以根據(jù)74LS121功能表可以看到PR會(huì)有一個(gè)高電平輸出，所以揚(yáng)聲器就會(huì)發(fā)出聲音。在最后結(jié)束時(shí)候，如果沒有選手按鍵但是時(shí)間已經(jīng)結(jié)束，這時(shí)候S是1，Yex因?yàn)闆]有選手按鍵而為1，而又因?yàn)槎〞r(shí)到信號(hào)而又有一個(gè)負(fù)脈沖輸入，所以PR會(huì)輸出一個(gè)正脈沖，從而使揚(yáng)聲器發(fā)聲。假如有選手按鍵，Yex會(huì)從1變成0，定時(shí)到信號(hào)還是1，所以最后也會(huì)有一個(gè)正脈沖輸出，揚(yáng)聲器也會(huì)發(fā)生的。4.2 整體電路整體電路圖如圖4.2.1，可實(shí)現(xiàn)如下功能：接通電源后，主持人將開關(guān)撥

21、到"清除"狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開關(guān)置開始"狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)10秒，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)。圖4.2.1 整體電路圖 心得體會(huì)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)”是電子技術(shù)課程的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是對(duì)我學(xué)習(xí)電子技術(shù)的綜合性訓(xùn)練。在我以前我從來沒有真正的搞過這樣的實(shí)踐設(shè)計(jì),所以我非常珍惜這次做課程設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì).雖然我做的僅僅