畢業(yè)設(shè)計（論文）-數(shù)字搶答器設(shè)計

編號 淮安信息淮安信息職業(yè)職業(yè)技技術(shù)術(shù)學院學院 畢畢業(yè)業(yè)論論文文 題 目數(shù)字搶答器 學生姓名 學 號 系 部電氣工程系 專 業(yè)電氣自動化 班 級 指導教師 顧問教師 二 一 年七月 摘 要 I 摘摘 要要 數(shù)字搶答器是一種非常實用的電子系統(tǒng) 但現(xiàn)在多用的搶答器多是用 PLC 或單片機作為控制核心的搶答器 PLC 系統(tǒng)造價高昂 用 PLC 作為核心的搶答 器價格更是高的離譜 抗電磁干擾性能弱 普通小型知識競賽不可能用到 單 片機系統(tǒng)需要專業(yè)的編程軟件和燒錄系統(tǒng) 對專業(yè)知識要求較高 本文設(shè)計的 數(shù)字組搶器結(jié)構(gòu)簡單 只需要幾塊常用數(shù)字集成電路即可擁有搶答器的功能 該搶答器由主體電路和拓展電路組成 優(yōu)先編碼電路 鎖存器 譯碼電路將參 賽隊的輸入信號在顯示器上輸出 用控制電路和主持人開關(guān)啟動報警電路 以 上兩部分組成主體電路 通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示 器上輸出實現(xiàn)即時功能 構(gòu)成拓展電路 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 搶答電路 時序控制電路 數(shù)字搶答器 目 錄 II 目目 錄錄 摘摘 要要 I 第一章第一章緒緒 論論 1 第二章第二章 設(shè)計要求及方案選擇設(shè)計要求及方案選擇 2 2 1 設(shè)計要求 2 2 2 方案選擇 2 2 2 1 主體電路選擇方案 2 2 2 2 驅(qū)動電路選擇方案 2 2 3 搶答器工作原理及組成框圖 3 2 3 1 搶答器工作原理 3 2 3 2 搶答器的組成框圖及其原理 3 第三章第三章 單元電路設(shè)計單元電路設(shè)計 5 3 1 搶答電路設(shè)計 5 3 1 1 原理圖設(shè)計 5 3 1 2 搶答器電路組成 6 3 2 定時電路設(shè)計 11 3 2 1 定時電路原理圖 11 3 2 1 定時電路原理設(shè)計 11 3 2 2 對定時器進行預置 12 3 2 555 邏輯塊 13 3 3 聲音報警電路的設(shè)計 14 3 3 1 555 定時器組成多諧振蕩器 14 3 3 2 蜂鳴器報警電路 15 3 4 時序控制電路的設(shè)計 16 第四章第四章 仿真分析仿真分析 17 4 1 搶答電路仿真 18 4 2 定時器電路仿真 18 第五章第五章 制作與調(diào)試制作與調(diào)試 19 5 1 制作搶答器 19 5 2 電路調(diào)試 19 5 2 1 通電準備 19 5 2 2 單元電路檢測 19 5 3 組裝調(diào)試 20 5 3 1 元器件檢測 20 5 3 2 連接電路 20 5 3 3 電路調(diào)試 20 第六章第六章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望 21 致致 謝謝 23 目 錄 III 參考文獻參考文獻 25 附錄附錄 1 定時搶答器的主體邏輯電路圖定時搶答器的主體邏輯電路圖 27 附錄附錄 2 元件清單元件清單 28 第一章 緒論 1 第一章第一章 緒緒 論論 智力競賽是一種生動活潑的教育方式 而搶答就是智力競賽中非常常見的 一種答題方式 搶答能引起參賽者和觀眾的極大興趣 并且能在極短的時間 內(nèi) 使人們迅速增加一些科學知識和生活常識 但是 在這類比賽中 對于誰 先誰后搶答 在何時搶答 如何計算答題時間等等問題 若是僅憑主持人的主 觀判斷 很容易出現(xiàn)誤判 所以 我們就需要一種具備自動鎖存 置位 清零 等功能智能搶答器來解決這些問題 在本次課程設(shè)計主要設(shè)計一個供八人使用的定時搶答器 要求實現(xiàn)以下主 要功能 1 為 8 位參賽選手各提供一個搶答按鈕 分別編號 S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 2 主持人可以控制系統(tǒng)的清零與搶答開 始 3 搶答器要有數(shù)據(jù)鎖存與顯示的功能 搶答開始后 若有任何一名選手 按動搶答按鈕 則要顯示其編號至系統(tǒng)被主持人清零 并且揚聲器發(fā)出提示 同時其他人再按對應按鈕無效 4 搶答器要有自動定時功能 并且一次搶答 時間由主持人任意設(shè)定 當主持人啟動 開始 鍵后 定時器自動減計時 并 在顯示器上顯示 同時揚聲器上發(fā)出短暫聲響 5 參賽選手只有在設(shè)定時間 內(nèi)搶答方為有效搶答 若搶答有效 則定時器停止工作 并且顯示搶答開始時 間直到系統(tǒng)被清零 6 若設(shè)定時間內(nèi)沒有選手進行搶答 按對應按鈕 則 系統(tǒng)短暫報警 并且禁止選手超時搶答 定時器上顯示 00 數(shù)字搶答器由主體電路與擴展電路組成 優(yōu)先編碼電路 鎖存器 譯碼電 路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出 用控制電路和主持人開關(guān)啟動報警電 路 以上兩部分組成主體電路 通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號 在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能 構(gòu)成擴展電路 利用本次設(shè)計出的電路制造成的定時搶答器 即可輕松實現(xiàn)在 8 人或 8 個 代表隊之間進行的搶答比賽中進行控制 使得這一活動更加趣味 公平 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 2 第二章第二章 設(shè)計要求及方案選擇設(shè)計要求及方案選擇 2 1 設(shè)計設(shè)計要求要求 本次課程設(shè)計要求使用邏輯塊 7 段譯碼顯示器等元件設(shè)計一個 8 路數(shù)字搶 答器 該搶答器應具有以下功能 1 為 8 位參賽選手各提供一個搶答按鈕 分別編號 S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 2 主持人可以控制系統(tǒng)的清零與搶答開始 3 搶答器要有數(shù)據(jù)鎖存與顯示的功能 搶答開始后 若有任何一名選手 按動搶答按鈕 則要顯示其編號至系統(tǒng)被主持人清零 并且揚聲器發(fā)出提示 同時其他人再按對應按鈕無效 4 搶答器要有自動定時功能 并且一次搶答時間由主持人任意設(shè)定 當 主持人啟動 開始 鍵后 定時器自動減計時 并在顯示器上顯示 同時揚聲 器上發(fā)出短暫聲響 5 參賽選手只有在設(shè)定時間內(nèi)搶答方為有效搶答 若搶答有效 則定時 器停止工作 并且顯示搶答的隊伍編號直到系統(tǒng)被清零 6 若設(shè)定時間內(nèi)沒有選手進行搶答 按對應按鈕 則系統(tǒng)短暫報警 并且禁止選手超時搶答 定時器上顯示 00 2 2 方案方案選擇選擇 根據(jù)圖 2 1 所示的設(shè)計思路 該搶答器有兩部分電路組成 即主體電路和 驅(qū)動電路 主體電路的作用是判斷哪位選手先按下?lián)尨鸢粹o 驅(qū)動電路用來產(chǎn)生計時用的脈沖 2 2 1 主體主體電電路路選擇選擇方案 方案 1 選手觸摸按鈕后的信號首先進入 RS 觸發(fā)器 CP 脈沖控制鎖存效果 然 后輸出再進行編碼 譯碼顯示 2 選手觸摸按鈕后的信號首先進行編碼 然后利用 74LS279 鎖存器 它的 輸出直接控制鎖存功能 然后主持人開關(guān)控制鎖存器的片選端 發(fā)揮清零作用 鎖存器的輸出直接進入譯碼器然后顯示 方案 1 會使用較多的 RS 觸發(fā)器 所以我選擇了 2 號方案 2 2 2 驅(qū)動電驅(qū)動電路路選擇選擇方案 方案 1 利用單穩(wěn)電路控制延遲時間和分頻器 CC4060 進行分頻產(chǎn)生間歇式方波 第二章 設(shè)計要求及方案選擇 3 2 采用單穩(wěn)電路控制延遲時間和比較簡單的振蕩器線路 經(jīng)比較選用施 密特反相器構(gòu)成的方波發(fā)生器比較簡單 因為方波發(fā)生器的頻率都比較低 所 以選用 555 定時電路 2 3 搶搶答器工作原理及答器工作原理及組組成框成框圖圖 2 3 1 搶搶答器工作原理答器工作原理 根據(jù)要求應具有搶答器具有鎖存 定時 顯示功能 即當搶答開始后 選 手搶答按動按鈕 鎖存器鎖存相應的選手編碼 同時用 LED 數(shù)碼管把選手的編 碼顯示出來 并且開始搶答時間的倒計時 同時用 LED 數(shù)碼管把選手的所剩搶 答時間顯示出來 以提醒主持人和選手 搶答時間可設(shè)定 30S 接通電源后 主 持人將開關(guān)撥到 清除 狀態(tài) 搶答器處于禁止狀態(tài) 編號顯示器滅燈 定時 器顯示設(shè)定時間 主持人將開關(guān)置 開始 狀態(tài) 宣布 開始 搶答器工作 定時器倒計時 選手在定時時間內(nèi)搶答時 搶答器完成 優(yōu)先判斷 編號鎖存 編號顯示 當一輪搶答之后 定時器停止 禁止二次搶答 定時器顯示剩余時 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 3 2 搶搶答器的答器的組組成框成框圖圖及其原理及其原理 定時搶答器的總體框圖下圖所示 他主要由主體電路和擴展電路兩部分組 成 主體部分完成基本的搶答功能 即開始搶答后 當選手按動搶答鍵時 能 顯示選手的編號 同時能封鎖輸入電路 禁止其他選手搶答 擴展電路完成定時 搶答的功能 搶答按鈕優(yōu)先編碼 電路 鎖存器譯碼電路 顯示電路 主持人 控制開關(guān) 控制電路 秒脈沖產(chǎn) 生電路 定時電路譯碼電路顯示電路 主體電路拓展電路 圖 2 1 定時搶答器的總體框圖 圖 2 1 所示定時搶答器的工作過程是 接通電源時 節(jié)目支持人將開關(guān)置 于 清除 位置 搶答器處于禁止工作狀態(tài) 編號顯示器滅燈 定時器顯示設(shè) 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 4 定的時間 當主持人宣布搶答題目后 說一聲 搶答開始 同時將控制開關(guān)撥 到 開始 位置 搶答器處于工作狀態(tài) 定時器開始倒計時 當定時時間到 卻沒有選手搶答時 輸入電路被封鎖 禁止選手超時后搶答 當選手在定時時 間內(nèi)按動搶答鍵時 搶答器會完成下面幾個工作 1 優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號 并由鎖存器進行鎖存 然后有 譯碼顯示電路顯示編號 2 制電路要對輸入編碼電路進行封鎖 避免其他選手再次進行搶答 3 控制電路要使定時器停止工作 時間器上顯示搶答時間 并保持到主持 人將系統(tǒng)清零為止 以便進行下一輪搶答 第三章 單元電路設(shè)計 5 第三章第三章 單元電路設(shè)計單元電路設(shè)計 3 1 搶搶答答電電路路設(shè)計設(shè)計 3 1 1 原理原理圖設(shè)計圖設(shè)計 圖 3 1 搶答電路原理圖 搶答器電路設(shè)計電路如圖 3 1 所示 電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存 器 74LS297 來完成 該電路主要完成兩個功能 一是分辨出選手按鍵的先后 并鎖存優(yōu)先搶答者的編號 同時譯碼顯示電路顯示編號 顯示電路采用七段數(shù) 字數(shù)碼顯示管 二是禁止其他選手按鍵 其按鍵操作無效 工作過程 開關(guān) S 置于 清除 端時 RS 觸發(fā)器的 R S 端均為 0 4 個觸發(fā)器輸出置 0 使 74LS148 的優(yōu)先編碼工作標志端 圖中 5 號端 0 使之處于工作狀態(tài) 當開 關(guān) S 置于 開始 時 搶答器處于等待工作狀態(tài) 當有選手將搶答按鍵按下時 如 按下 S5 74LS148 的輸出經(jīng) RS 鎖存后 CTR 1 RBO 圖中 4 端 1 七段顯示 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 6 電路 74LS48 處于工作狀態(tài) 4Q3Q2Q 101 經(jīng)譯碼顯示為 5 此外 CTR 使 74LS148 優(yōu)先編碼工作標志端 圖中 5 號端 處于禁止狀 態(tài) 封鎖其他按鍵的輸入 當按鍵松開即按下時 74LS148 的 此時由于仍為 CTR 使優(yōu)先編碼工作標志端 圖中 5 號端 所以 74LS148 仍處于 禁止狀態(tài) 確保不會顯示出二次按鍵時輸入信號 保證了搶答者的優(yōu)先性 如 有再次搶答需由主持人將 S 開關(guān)重新置 清除 然后再進行下一輪搶答 3 1 2 搶搶答器答器電電路路組組成成 1 編碼 鎖存電路 編碼 鎖存電路由優(yōu)先編碼器 74LS148 和 RS 鎖存器 74LS279 組成 優(yōu)先編 碼器 74LS148 是 8 線輸入 3 線輸出的二進制編碼器 簡稱 8 3 線二進制編碼器 其作用是將輸入 這 8 個狀態(tài)分別編成 8 個二進制碼輸出 優(yōu)先編碼器允許 0 I 7 I 同時輸入兩個以上的編碼信號 不過在優(yōu)先編碼器將所有的輸入信號按優(yōu)先順 序排了隊 當幾個輸入信號同時出現(xiàn)時 只對其中優(yōu)先權(quán)最高的一個進行編碼 其功能表如表 2 1 所示 由表看出 74LS148 的輸入為低電平有效 優(yōu)先級別從 至依次降低 另外 它有輸入使能 輸出使能和 7 I 0 IST SYEXY 1 74LS148 編碼器 74LS148 引腳圖 圖 3 2 74LS148 的符號圖和管腳圖 第三章 單元電路設(shè)計 7 74LS148 芯片的功能表 表 3 1 74LS148 功能表 輸入輸出 ST I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 2 1 0 YYY EX YYs 1X X X X X X X X1 1 11 1 01 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 0 0X X X X X X X 00 0 0 0 1 0X X X X X X 0 10 0 1 0 1 0X X X X X 0 1 10 1 0 0 1 0X X X X 0 1 1 10 1 1 0 1 0X X X 0 1 1 1 11 0 0 0 1 0X X 0 1 1 1 1 11 0 1 0 1 0X 0 1 1 1 1 1 11 1 0 0 1 00 1 1 1 1 1 1 11 1 1 0 1 優(yōu)先編碼器是 8 線輸入 3 線輸出的二進制編碼器 其作用是將輸入 I0 至 I7 8 個狀態(tài)分別編成 8 個二進碼輸出 其功能如真值表所示 由表可以看出 74LS148 的輸入為低電平有效 優(yōu)先級別從 I7 至 I0 遞降 另外它有輸入使能 ST 輸出使能 S和EX YY a 0 允許編碼 1 禁止編碼 輸出 210 111 STSTY Y Y b S主要用于多個編碼器電路的級聯(lián)控制 即S總是接在優(yōu)先級別低 YY 的相鄰編碼器的端 當優(yōu)先級別高的編碼器允許編碼 而無輸入申請時 S STY 0 從而允許優(yōu)先級低的相鄰編碼器工作 反之若優(yōu)先級高的編碼器有編碼時 S 1 禁止相鄰級別低的編碼器工作 Y c EX 0 表示210是編碼輸出 EX 1 表示210不是編碼輸出 YY Y YYY Y Y EX Y 為輸出標志位 單片 74LS148 組成 8 3 進制輸出的編碼器 其輸出 8421BCD 由表中不難看出 在電路正常工作狀態(tài)下 允許當中同時有幾個輸 入端為低電平 即有編碼輸入信號 的優(yōu)先權(quán)最高 的優(yōu)先權(quán)最低 當 時 無論其余輸入端有無輸入信號 表中以 X 表示 輸出端輸出的編碼 即 當 時 無論其余輸入端有無輸入信號 只對編 碼 輸出為 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 8 74LS279 芯片具有鎖存器的功能 其內(nèi)部是由 4 個 RS 觸發(fā)器組成的 當有 一個人優(yōu)先搶答后其他的就不能搶答 其它的雖然有電平輸入 但是輸入的電 平保持原態(tài)不變 其引腳圖如下圖所示 圖 3 3 74LS279 引腳圖 表 3 2 74LS279 鎖存器功能表 其中 TCU 是加計數(shù)進位輸出端 當加計數(shù)到最大數(shù)值時 TCU 發(fā)出一個 輸入 1 2 SSR 輸出 Q 0 0 0 0 X 1 X 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 沒改變 第三章 單元電路設(shè)計 9 低電平信號 平時為高電平 TCD 為見計數(shù)借位輸出端 當減計數(shù)到 0 時 TCD 發(fā)出一個低電平信號 平時為高電平 TCU 和 TCD 負脈沖寬度等于時 鐘低電平寬度 2 譯碼 顯示電路 譯碼電路由 74LS48 組成 而譯碼是編碼的逆過程 其任務(wù)是恢復編碼的愿 意 用七段數(shù)碼顯示器顯示搶答組別號碼 按內(nèi)部連接方式不同 七段數(shù)字顯 示器分為共陰極和共陽極兩種 1 74LS48 七段顯示譯碼器 74LS48 芯片是一個十進制 BCD 譯碼器 可用來驅(qū)動共陰極的發(fā)光二極 管顯示器 74LS48 的內(nèi)部有升壓電阻 因此無需外接電阻 可直接與顯示器相 連接 74LS48 其引腳圖如下圖 其功能表如下表 圖 3 4 74LS48 引腳圖 74LS48 的功能表如下表所示 其中 A3A2A1A0 為 8421BCD 碼輸入端 a g 為 7 段譯碼輸出端 表 3 3 74LS48 的功能表 輸 入輸 出 功能或數(shù)字 LTRBI 3 A 2 A 1 A 0 A BIRBO a b c d e f g 顯示 字型 滅 燈 試 燈 動態(tài)滅零 0 0 0 0 0 0 0 0 輸入 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 滅燈 8 滅燈 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 常用的七段顯示器件 半導體數(shù)碼管將十進制數(shù)碼分成七個字段 每段為 一發(fā)光二極管 半導體數(shù)碼管 或稱 LED 數(shù)碼管 的基本單元是 PN 結(jié) 目前較 多采用磷砷化鎵做成的 PN 結(jié) 當外加正向電壓時 就能發(fā)出清晰的光線 單個 PN 結(jié)可以封裝成發(fā)光二極管 多個 PN 結(jié)可以按分段式封裝成半導體數(shù)碼管 其 管腳排列如下圖所示 半導體顯示器管腳排列圖 共陰極接線圖 共陽級接線圖 圖 3 5 七段數(shù)字顯示器引腳及接線圖 a b c d e fb c a b d e g a b c d g b c f g a c d f g a c d e f g a b c a b c d e f g a b c d f g a b c d e f g h 9876 2345 dc h a b c d e f g h a b c d e f g h RR 第三章 單元電路設(shè)計 11 圖 3 6 七段數(shù)字顯示器發(fā)光段組合 本設(shè)計用到的共陰極顯示器和 74LS48 74LS48 可以驅(qū)動共陰極的發(fā)光顯示 器 其內(nèi)部有升壓電阻 無需外接電阻 可以直接與顯示器相連接 為試燈輸入 當 0 時 1 時 若七段均完好 顯示字形是 8 該輸入端常用于檢查 74LS48 顯示器的好壞 當 1 時 譯碼器方可進行譯碼 顯示 用來動態(tài)滅零 當 1 時 且 0 輸入 A3A2A1A0 0000 時 則 0 使數(shù)字符的各段熄滅 為滅燈輸入 滅燈輸出 當 0 時不 管輸入如何 數(shù)碼管不顯示數(shù)字 為控制低位滅零信號 當 1 時 說明 本位處于顯示狀態(tài) 若 0 且低位為零 則低位零被滅 3 2 定定時電時電路路設(shè)計設(shè)計 3 2 1 定定時電時電路路原理原理圖圖 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 12 圖 3 7 定時電路原理圖 3 2 1 定定時電時電路原理路原理設(shè)計設(shè)計 該部分主要由 555 定時器秒脈沖產(chǎn)生電路 十進制同步加減計數(shù)器 74LS192 減法計數(shù)電路 74LS48 譯碼電路和 2 個 7 段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成 具體電路 如圖 2 7 所示 兩塊 74LS192 實現(xiàn)減法計數(shù) 通過譯碼電路 74LS48 顯示到數(shù)碼 管上 其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供 74192 的預置數(shù)控制端實現(xiàn)預置數(shù) 設(shè) 定一次搶答的時間 通過預置時間電路對計數(shù)器進行預置 計數(shù)器的時鐘脈沖 由秒脈沖電路提供 按鍵彈起后 計數(shù)器開始減法計數(shù)工作 并將時間顯示在 共陰極七段數(shù)碼顯示管 DPY 7 SEG 上 當有人搶答時 停止計數(shù)并顯示此時的 倒計時時間 如果沒有人搶答 且倒計時時間到時 輸出低電平到時序控 2 BO 制電路 以后選手搶答無效 下面結(jié)合圖 2 7 具體講一下標準秒脈沖產(chǎn)生電路 的原理 結(jié)合圖 2 7 圖中電容 C 的放電時間和充電時間分別為 2 21 InCRt CR 2 7 0CRRInCRRt 7 02 21212 第三章 單元電路設(shè)計 13 于是從 NE555 的 3 端輸出的脈沖的頻率為 結(jié)合我們的實際經(jīng)驗及考慮到元器件的成本 CRRtt f 2 43 1 1 2121 我們選擇的電阻值為 R1 15K R2 68K C 10uF 代入到上式中即得 即 Z Hf1 秒脈沖 表 3 4 555 定時器功能表 輸入輸出 uI1uI2 D RuOV 狀態(tài) 00導通 2 3 CC V 1 3 CC V 10導通 2 3 CC V 1 3 CC V 11截止 2 3 CC V 1 3 CC V 1不變不變 3 2 2 對對定定時時器器進進行行預預置置 1 74LS192 芯片的介紹 1 74LS192 的引腳圖 圖 3 8 74LS192 引腳圖 2 74LS192 功能表 表 3 5 74LS192 功能表 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 14 輸入 輸出 MRD3D2D1D0Q3Q2Q1Q0 1 0000 0 0 dcbadcba 0 1 1 加計數(shù) 0 1 1 減計數(shù) 其中 TCU 是加計數(shù)進位輸出端 當加計數(shù)到最大數(shù)值時 TCU 發(fā)出一個 低電平信號 平時為高電平 TCD 為見計數(shù)借位輸出端 當減計數(shù)到 0 時 TCD 發(fā)出一個低電平信號 平時為高電平 TCU 和 TCD 負脈沖寬度等于時 鐘低電平寬度 2 74LS192 的預置數(shù)的計算 根據(jù)要求使用兩片 74LS192 的異步置數(shù)功能構(gòu)成三十進制減法計數(shù)器 30 進制數(shù)器的預制數(shù)為 N 0011 0000 8421BCD 30 D 74LS192 1 計數(shù)器從 0011 狀態(tài)開始計數(shù) 因此 就因取 D3D2D1D0 0011 74LS192 是計數(shù)器從 0000 狀態(tài)開始計數(shù) 那么 就因取 D3D2D1D0 0000 計數(shù)脈沖從 CP 端輸入 它的計數(shù)原理十 每當?shù)貫橛嫈?shù)器的 BO 端發(fā)出負跳變借位脈沖時 高位計數(shù)器 減 1 計數(shù) 當高位計數(shù)器處于全 0 同時在 CPD 0 期間 高位計數(shù)器 BO LD 0 計數(shù)器完成異步制數(shù) 之后 BO LD 1 計數(shù)器在 CPD時鐘脈沖作 用下 進入下一輪減計數(shù) 3 2 555 邏輯塊邏輯塊 圖 3 9 555 邏輯塊 是電壓控制端 DIS 是放電端 TH 是高電平觸發(fā)端 CO 是使能端 CC V 第三章 單元電路設(shè)計 15 GND 是接地 OUT 是輸出端 是直接置 0 端 是低電平觸發(fā)器 D RTL 3 3 聲音聲音報報警警電電路的路的設(shè)計設(shè)計 蜂鳴器發(fā)聲電路 如圖 3 11 主要負責 1 當有搶答信號輸入時 揚聲器發(fā)出聲音以提醒其它人已經(jīng)有人先搶答了 2 用集成 555 定時器組成多諧振蕩器 3 3 1 555 定定時時器器組組成多成多諧諧振振蕩蕩器器 n555 定時器是一種應用特別廣泛作用很大的集成電路 屬于小規(guī)模集成電 路 在很多電子產(chǎn)品中都有應用 555 定時器的作用是用內(nèi)部的定時器來構(gòu)成時 基電路 給其他的電路提供時序脈沖 555 定時器的內(nèi)部電路框圖如圖 3 10 所 示 其引腳功能 Vi1 TH 高電平觸發(fā)端 簡稱高觸發(fā)端 又稱閾值端 標志為 TH Vi2 低電平觸發(fā)端 簡稱低觸發(fā)端 標志為 TRTR VCO 控制電壓端 VO 輸出端 Disc 放電端 復位端 Rd 圖 3 10 555 集成塊內(nèi)部原理圖 555 定時器內(nèi)含一個由三個阻值相同的電阻 R 組成的分壓網(wǎng)絡(luò) 產(chǎn)生VCC 3 1 和VCC兩個基準電壓 兩個電壓比較器 C1 C2 一個由與非門 G1 G2組成的基 3 2 本 RS 觸發(fā)器 低電平觸發(fā) 放電三極管 T 和輸出反相緩沖器 G3 是復位端 低電平有效 復位后 基本 RS 觸發(fā)器的端為 1 高電平 RdQ 經(jīng)反相緩沖器后 輸出為 0 低電平 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 16 分析圖 3 3 1 的電路 在 555 定時器的 VCC端和地之間加上電壓 并讓 VCO懸 空 則比較器 C1的同相輸入端接參考電壓VCC 比較器 C2反相輸入端接參考電 3 2 壓VCC 為了學習方便 我們規(guī)定 3 1 當 TH 端的電壓 VCC時 寫為 VTH 1 當 TH 端的電壓VCC時 寫為 VTR 1 當端的電壓 VCC時 寫為TR 3 1 TR 3 1 VTR 0 1 低觸發(fā) 當輸入電壓 Vi2 VCC 且 Vi1VCC 且 Vi1VCC 則 VTH 1 比較器 C1輸出為低電平 無論 C2輸出 3 2 何種電平 基本 RS 觸發(fā)器因 0 使 1 經(jīng)輸出反相緩沖器后 VO 0 TRQ 導通 這時稱 555 定時器 高觸發(fā) 3 3 2 蜂蜂鳴鳴器器報報警警電電路路 下圖中當電源經(jīng) R14 R15 對 C1 充電到 Vc 2 3Vcc 時 OUT 腳輸出由高變 低 放電管 7 腳內(nèi)的 VT 導通 電容 C1 經(jīng) R2 和 IC1 7 腳內(nèi)導通的 VT 進行放 電 當 Vc 1 3 時 OUT 腳輸出由低變高 電容器 C1 再次充電 上述過程周而復始 從而就形成了振蕩 產(chǎn)生的脈沖信號從 3 腳供使用 第三章 單元電路設(shè)計 17 圖 3 11 蜂鳴器報警電路 3 4 時時序控制序控制電電路的路的設(shè)計設(shè)計 搶答與定時電路的時序控制電路如下圖所示 時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵 它要完成以下三項功能 主持人將控制開關(guān)撥到 開始 位置時 搶答電路和定時電路進入正常搶答工作 狀態(tài) 當參賽選手按動搶答按鍵時 搶答電路和定時電路停止工作 當設(shè)定的搶答時間到 無人搶答時表示此次搶答無效 圖 3 12 時序控制電路 根據(jù)上面的功能要求以及圖 3 1 搶答電路 設(shè)計的時序控制電路如圖 2 12 所示 圖中 與門 G1 的作用是控制時鐘信號 CP 的放行與禁止 門 G2 的作用 是控制 74LS148 的輸入使能端 即圖 3 2 中的 5 端 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 來自于圖 2 3 中的 74LS279 的輸出 1Q 即 CTR 0 經(jīng) G3 反相 輸出為 1 則 555 產(chǎn)生的時鐘信號 CP 能夠加到 74LS192 的 CPD 時鐘輸入端 圖中用 CLCK 表示接入到 74LS192CPD 端的信號 定時電路進行遞減計時 同時 在定時時間未到時 則 定時到信號 為 1 門 G2 的輸出 0 使 74LS148 處于正常工作狀態(tài) 從而實現(xiàn)功能 的要求 當選 手在定時時間內(nèi)按動搶答按鍵時 CTR 1 經(jīng) G3 反相 輸出為 0 封鎖 CP 信 號 定時器處于保持工作狀態(tài) 同時 門 G2 的輸出 1 74LS148 處于禁止工 作狀態(tài) 從而實現(xiàn)功能 的要求 當定時時間到時 則 定時到信號 為 0 ST 1 74LS148 處于禁止工作狀態(tài) 禁止選手進行搶答 同時 門 G1 處于 關(guān)門狀態(tài) 封鎖時鐘 CP 信號 使定時電路保持 00 狀態(tài)不變 從而實現(xiàn)功能 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 18 的要求 第四章 仿真分析 19 第四章第四章 仿真分析仿真分析 1 仿真軟件介紹 Proteus ISIS 是英國 Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件 它運 行于 Windows 操作系統(tǒng)上 可以仿真 分析 SPICE 各種模擬器件和集成電路 該軟件的特點是 實現(xiàn)了單片機仿真和 SPICE 電路仿真相結(jié)合 具有模擬電 路仿真 數(shù)字電路仿真 單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真 RS232 動態(tài) 仿真 I2C 調(diào)試器 SPI 調(diào)試器 鍵盤和 LCD 系統(tǒng)仿真的功能 有各種虛擬儀 器 如示波器 邏輯分析儀 信號發(fā)生器等 支持主流單片機系統(tǒng)的仿真 目前支持的單片機類型有 68000 系列 8051 系列 AVR 系列 PIC12 系列 PIC16 系列 PIC18 系列 Z80 系列 HC11 系列 MSP430 系列 ARM7 以及各 種外圍芯片 提供軟件調(diào)試功能 在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速 單步 設(shè)置 斷點等調(diào)試功能 同時可以觀察各個變量 寄存器等的當前狀態(tài) 因此在該軟 件仿真系統(tǒng)中 也必須具有這些功能 同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境 如 Keil C51 uVision2 等軟件 具有強大的原理圖繪制功能 總之 該軟件是 一款集單片機和 SPICE 分析于一身的仿真軟件 功能極其強大 2 PROTEL 軟件介紹 PROTEL PROTEL 是 PORTEL 公司在 80 年代末推出的 EDA 軟件 在電 子行業(yè)的 CAD 軟件中 它當之無愧地排在眾多 EDA 軟件的前面 是電子設(shè)計 者的首選軟件 它較早就在國內(nèi)開始使用 在國內(nèi)的普及率也最高 有些高校 的電子專業(yè)還專門開設(shè)了課程來學習它 幾乎所有的電子公司都要用到它 許 多大公司在招聘電子設(shè)計人才時在其條件欄上常會寫著要求會使用 PROTEL 早期的 PROTEL 主要作為印制板自動布線工具使用 運行在 DOS 環(huán)境 對硬件 的要求很低 在無硬盤 286 機的 1M 內(nèi)存下就能運行 但它的功能也較少 只有 電路原理圖繪制與印制板設(shè)計功能 其印制板自動布線的布通率也低 而現(xiàn)今 的 PROTEL 已發(fā)展到 PROTEL99SE 是個龐大的 EDA 軟件 完全安裝有 200 多 M 它工作在 WINDOWS95 環(huán)境下 是個完整的板級全方位電子設(shè)計系統(tǒng) 它包含了電路原理圖繪制 模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真 多層印制電路 板設(shè)計 包含印制電路板自動布線 可編程邏輯器件設(shè)計 圖表生成 電子表 格生成 支持宏操作等功能 并具有 Client Server 客戶 服務(wù)器 體系結(jié)構(gòu) 同時還兼容一些其它設(shè)計軟件的文件格式 如 ORCAD PSPICE EXCEL 等 其多層印制線路板的自動布線可實現(xiàn)高密度 PCB 的 100 布通率 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 20 4 1 搶搶答答電電路仿真路仿真 4 2 定定時時器器電電路仿真路仿真 第五章 制作與調(diào)試 21 第五章第五章 制作與調(diào)試制作與調(diào)試 根據(jù)需求選擇電路的設(shè)計單元進行組合 完成系統(tǒng)的原理圖設(shè)計與 PCB 設(shè) 計 對制作好的 PCB 板 或準備好的面包板 按照裝配圖或原理圖進行器件裝 配 裝配好之后進行電路的調(diào)試 5 1 制作制作搶搶答器答器 經(jīng)過一系列模擬仿真 確認設(shè)計正確無誤之后 在面包板上安裝元件 并 盡進行焊接 制作搶答器實實物 5 2 電電路路調(diào)試調(diào)試 5 2 1 通通電電準準備備 打開電源之前 先按照系統(tǒng)原理圖檢查制作好的電路板的通斷情況 并取 下 PCB 上的集成塊 然后接通電源 用萬用表檢查板上的各點的電源電壓值 完好之后再關(guān)掉電源 插上集成塊 5 2 2 單單元元電電路路檢測檢測 1 搶答電路 把主持人的控制開關(guān)設(shè)置為 清除 位置 用萬用表檢查 RS 觸發(fā)器的 端 為低電平 輸出端 4Q 1Q 全部為低電平 于是 74LS48 的 BI 0 顯示器 滅燈 74LS148 的選通輸入端 ST 0 74LS148 處于工作狀態(tài) 此時鎖存電 路不工作 然后把主持人的控制開關(guān)撥到 開始 位置 優(yōu)先編碼電路和鎖存 電路同時處于工作狀態(tài) 即搶答器處于等待工作狀態(tài) 給 8 路搶答端口即輸入 端給上低電平的輸入信號 如當有選手將按鍵按下時 74LS148 的輸出 010 0 經(jīng) RS 鎖存器后 CTR 1 BI 1 74LS279 處于工作狀態(tài) 4Q3Q2Q 101 0 經(jīng) RS 鎖存器后 出 5 此外 CTR 1 使 74LS148 仍處于禁止工作狀態(tài) 其它按鍵的輸入信號不會被接收 2 定時電路 用示波器檢查 555 的輸出波形是否為 1Hz 的方波信號 如不是對 555 的 外圍電路進行調(diào)整達到要求為止 給 74LS192 的數(shù)據(jù)輸入端設(shè)定一次搶答的 時間 如 35 秒 00110101 的八位數(shù)據(jù) 觀察顯示器的顯示時間是否進行 減一的計數(shù) 有問題按原理進行修改 3 時序控制 主持人將控制開關(guān)撥到 開始 位置時 搶答電路和定時電路進入正常 搶答工作狀態(tài) 當參賽選手按動搶答鍵時 搶答電路和定時電路停止工作 當設(shè)定的搶答時間到 無人搶答時 同時搶答電路和定時電路停止工作 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 22 5 3 組組裝裝調(diào)試調(diào)試 5 3 1 元器件元器件檢測檢測 用數(shù)字集成電路測試儀檢測所用的集成電路 通過查閱集成電路手冊 標 出電路圖中各集成電路輸入 輸出端的引腳編號 各元件是否完好無損 5 3 2 連連接接電電路路 按電路圖連接電路 先在電路板上插好各種器件 在插器件的時候 要注 意器件的活口方向 同時要保證各管腳與插座接觸良好 管腳不能彎曲或折斷 指示燈的正 負極不能接反 在通電以前先用萬用表檢查各器件的電源接線是 否正確 5 3 3 電電路路調(diào)試調(diào)試 首先按照搶答器的功能進行操作 若電路滿足要求 說明電路沒有故障 若某些功能不能實現(xiàn) 就要設(shè)法查找并排出故障 排出故障可按照信息流程的 正向 由輸入到輸出 查找 也可以按信息流程逆向 右輸出到輸入 查找 1 顯示電路的調(diào)試 主要是由一塊 74148 和一塊 7448 芯片以一個七段 LED 數(shù)碼顯示器組成的 在 調(diào)試時 可以在編碼器的各輸入端接上開關(guān) 當接上電源后 用各開關(guān)打開或斷開 來判斷七段 LED 數(shù)碼顯示器是否顯示正常 2 鎖存電路的調(diào)試 在調(diào)試鎖存電路時 我們可以在各觸發(fā)器的 Q 端接上一個發(fā)光二極管 接 上電源 主持人開關(guān)打開 任意按下一路搶答開關(guān) 看其對應的發(fā)光二極管是否亮 然 后再按其它開關(guān) 這時其它的二極管應該不發(fā)亮則正常 其它二極管發(fā)光則不正 常 3 清零電路調(diào)試 清零是由主持人控制的 這個電路比較簡單 只有一個指示燈 當主持人開 關(guān)斷開時 指示燈通過接地連接到各觸發(fā)器的清零端 這時七段 LED 數(shù)碼顯示器 應顯示為 0 如果不為零則電路不正常 第六章 總結(jié)與展望 23 第六章第六章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望 搶答器一般分為電子搶答器和電腦搶答器 電子搶答器的中心構(gòu)造一般都 是由搶答器由數(shù)字電子集成電路組成 其搭配的配件不同又分為 非語音非記 分搶答器和語音記分搶答器 非語音記分搶答器構(gòu)造很簡單 就是一個搶答器 的主機和一個搶答按鈕組成 在搶答過程中選手是沒有記分的顯示屏 語音記 分搶答器是由一個搶答器的主機 主機的顯示屏以及選手的記分顯示屏等構(gòu)成 具有記分等功能 電子搶答器多適用于學校和企事業(yè)單位舉行的簡單的搶答活 動 電腦搶答器又分為無線電腦搶答器和有線電腦搶答器 無線電腦搶答器的 構(gòu)成是由 主機和搶答器專用的軟件和無線按鈕 無線電腦搶答器利用電腦和 投影儀 可以把搶答氣氛活躍起來 一般多使用于電臺等大型的活動 有線電 腦搶答器也是由主機和電腦配合起來 電腦再和投影儀配合起來 利用專門研 發(fā)的配套的搶答器軟件 可以十分完美的表現(xiàn)搶答的氣氛 性能十分優(yōu)越 但 造價高昂 簡易邏輯數(shù)字搶答器由主體電路與擴展電路組成 優(yōu)先編碼電路 鎖存器 譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出 通過定時電路和譯碼電路將秒 脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能 構(gòu)成擴展電路 通過 PLC 系統(tǒng)和單片機可以更好的實現(xiàn)搶答器的制作 但 PLC 系統(tǒng)造價高 昂 用 PLC 設(shè)計搶答器就是大材小用 而且嚴重浪費錢 單片機系統(tǒng)需要專業(yè) 的編譯 燒錄系統(tǒng) 對專業(yè)知識的要求較高 故很少有人用單片機設(shè)計搶答器 而采用數(shù)字電路技術(shù)設(shè)計的搶答器與目前常用的搶答器相比 首先 電路連接 簡單 為大多數(shù)功能單元都能通過數(shù)字電路和邏輯塊完成 第二 工作性能可 靠 抗干擾能力優(yōu)于 PLC 單片機搶答器 所以本設(shè)計是一個實用的工程設(shè)計 具有創(chuàng)新性 搶答器是一種應用非常廣泛的設(shè)備 在各種競賽 搶答場合中 它能迅速 客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手 早期的搶答器只有幾個三極管 可控硅 發(fā)光管等原件 能通過發(fā)光管的指示燈辨認出選手的號碼 現(xiàn)在大多數(shù)搶答器 均使用單片機