實(shí)驗(yàn)3、11.數(shù)字搶答器設(shè)計(jì)

1、第三部分 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 3、 11.數(shù)字搶答器設(shè)計(jì) 要點(diǎn)提示 一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求二、預(yù)習(xí)要求三、實(shí)驗(yàn)原理四、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告七、思考題 內(nèi)容簡介 一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1. 搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用 8個(gè)按鈕SOS7表示。2. 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān) S,該開關(guān)由主持人控制。3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在LED 數(shù)碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。4. 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如 30秒）。當(dāng)主持

2、人啟動(dòng)開始鍵后，定 時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時(shí)間 O.5 秒左右。5. 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時(shí) 間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。6. 如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。二、預(yù)習(xí)要求1復(fù)習(xí)編碼器、十進(jìn)制加 /減計(jì)數(shù)器的工作原理。2設(shè)計(jì)可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路。3分析與設(shè)計(jì)時(shí)序控制電路。4. 畫出定時(shí)搶答器的整機(jī)邏輯電路圖三、設(shè)計(jì)原理與參考電路1 數(shù)字搶答器總體方框圖如圖 11、1 所示為總體方框圖。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

3、器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開關(guān)置？quot;開始狀態(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、編號鎖存、編號顯示、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)。J L*4-.圖11、1數(shù)字搶答器框圖2單元電路設(shè)計(jì)(1)搶答器電路參考電路如圖11、2所示。該電路完成兩個(gè)功能：一是分辨岀選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)S置于清除端時(shí)，RS觸發(fā)器的

4、 端均為0,4個(gè)觸發(fā)器輸出置0,使 74LS148的=0,使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān) S置于 開始時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)(如按下S5)，74LS148的輸岀 經(jīng)RS鎖存后，1Q=1, =1,74LS48 處于工作狀態(tài)，4 Q3 Q 2 Q=1O1,經(jīng)譯碼顯示為5 。此外，1 Q=l，使 74LS148 =1， 處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時(shí)，74LS148的此時(shí)由于仍為1Q=1，使 =1, 所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)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？quot;清除然后再進(jìn)行下一輪搶答。7

5、4LS148為8線3線優(yōu)先編碼器，表11、1為其功能表。+ov13114LTRHIa Yg74LS49垃燈 虻跆c陽 lkJIT5 1+ 人開s 主控關(guān)制174LS279始 m ff o51 /O1除STVI豆1074L5148転Y317E512mU卩5lD：to6圖11、2數(shù)字搶答器電路+SVTUA A2 Al Ao斗孑4爲(wèi)6辿A氏 Aj &7| & 即 M45*1J.74LS192149 j 10| 1| 15窒崔ifl丑說5_I5V,TO_ 74LS1 925_I+5Vio寧Ju豊定刪表10、l74LS148的功能真值表輸入輸出毎瓦瓦Wj石1竈XXX11111a111111111101）

6、XXXX000CP 01（）X耳X打磊Q100101aXXXX01101001aXVW-耳XX01110111aXX0111110001a賃01111110101a011111111001a11111111101定時(shí)電路圖11、3可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過預(yù)置時(shí)間電路對計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，計(jì)74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，具數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。可預(yù)置時(shí)間的電路選用十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器 體電路如圖11、3所示。(3 )報(bào)警電路由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖11、4所示。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率 fo = 1. 43/( RI

7、 + 2R2) C,其輸出信號經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器。PR為控制信號，當(dāng)PR為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。(4)時(shí)序控制電路時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能： 主持人將控制開關(guān)撥到開始位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，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)間到，無人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。6 rfRfi.STGJD1lOQkfi圖11、5時(shí)序控制電路根據(jù)上面的功能要求以及圖11、2,設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如圖11、5所示。圖中，門 G1的作用是控制時(shí)鐘信號CP的放行與禁止

8、，門 G2的作用是控制74LS148的輸人使能端 。圖11、4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11、2中的74LS279的輸出1Q=0，經(jīng)G3反相，A =1，則時(shí)鐘信號CP能夠加到74LS192的CPD時(shí)鐘輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)。同時(shí)，在定時(shí)時(shí)間 未到時(shí)，貝則定時(shí)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(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)，1Q= 1，經(jīng)G3反相，A = 0, 封鎖CP信號，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門G2的輸出=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

9、信號”為0， =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，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)警電路及發(fā)聲的時(shí)間，其工作原理請讀者自行分析。四、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1. 數(shù)字實(shí)驗(yàn)箱。2. 集成電路 74LS148 1 片，74LS279 1 片，74LS48 3 片，74LS192 2 片，NE555 2 片，74LS00 1 片，74LS121 1片。3. 電阻 510Q 2只，1KQ 9只，4.7k Q 只，5.1k Q 只，100k Q I只，10kQ 1只，15kQ 1只，68k Q I只。4. 電容 0.1uF 1 只，10uf 2 只，100uf 1 只。5. 三極管3DG12 1只。6. 其它：發(fā)光二極管2只，共陰極顯示器3只。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法1 組裝調(diào)試搶答器電路。2設(shè)計(jì)可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路，并進(jìn)行組裝和調(diào)試。當(dāng)輸人1Hz的時(shí)鐘脈沖信號時(shí)，要求電路能進(jìn)行減計(jì)時(shí)，當(dāng)減計(jì)時(shí)到零時(shí)，能輸岀低電平有效的定時(shí)時(shí)間到信號。3 組裝調(diào)試報(bào)警電路。4完成定時(shí)搶答器的聯(lián)調(diào)，注意各部分電路之間的時(shí)序配合關(guān)系。然后檢查電路各部分的功能，使其滿足 設(shè)計(jì)要求。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1 畫岀定時(shí)搶答器的整機(jī)邏輯電路圖，并說明其工作原理和工作過程。2 說明實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的故障現(xiàn)