八路搶答器的電路設(shè)計

1、一設(shè)計題目2二設(shè)計要求2三設(shè)計方案2四、具體設(shè)計過程3(一)設(shè)計采用元件3（二）主要單元電路的設(shè)計31.搶答電路設(shè)計32.報警電路設(shè)計43.分?jǐn)?shù)顯示，預(yù)置、加減分?jǐn)?shù)電路設(shè)計4五、主要元器件介紹6（1）74hc5736（2）74ls1487（3）數(shù)碼顯示譯碼器9（4）55511（5）74ls19013六、調(diào)試過程及問題14七、參考書目15八.電路總圖16一設(shè)計題目 設(shè)計一個8路搶答器二設(shè)計要求 1給定的主要器件：74ls148 、74ls573 、555 、計數(shù)器2. 功能要求：設(shè)計一個智力競賽搶答器，可同時共8名選手參加比賽，并具有定時搶答功能。具體功能要求如下： 基本功能： （1） 設(shè)計一個

2、智力競賽搶答器，可同時供8名選手或8個代表隊參加比賽，（2） 主持人可以進(jìn)行預(yù)置分?jǐn)?shù)和加/減分控制。 （3） 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并在led數(shù)碼管上顯示出選手的編號，同時揚(yáng)聲器給出音響提示。 三設(shè)計方案 多路智力競賽搶答器的組成框 該設(shè)計搶答器的電路主要是由搶答開關(guān)電路、觸發(fā)電路、觸發(fā)鎖存電路、編碼器、七段顯示譯碼器幾部分構(gòu)成。 工作原理為： 接通電源后，主持人將開關(guān)撥到清零狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(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，揚(yáng)聲器給出聲響提示。當(dāng)定時時間到，卻沒

3、有選手搶答時，系統(tǒng)報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。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、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)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)。 四、具體設(shè)計過程 (一)設(shè)計采用元件 集成電路 74ls190 x2 4511x3 74ls148x1 74ls573x1 555x1 電容 100uf x1 4.7uf x1 電阻 10k x9 15k x1 510x1 220k x1 180kx1 1kx3 其他 三極管x1 二極管x2 非門x2 led數(shù)碼管x3 導(dǎo)線若干 （二）主要單元

4、電路的設(shè)計1.搶答電路設(shè)計 搶答電路的功能有兩個：分辨出選手按按鈕的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是使其他選手的按鈕無效。用優(yōu)先編碼器74ls148和74hc573鎖存器可實現(xiàn)上訴功能，其電路組成如下圖：2.報警電路設(shè)計由555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如下圖所示。555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，當(dāng)c2的正極電平由高變低時，會使555的3腳輸出一個正脈沖，從而使三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)聲，發(fā)光二極管發(fā)光。其發(fā)光時間長短由r和c1控制。3.分?jǐn)?shù)顯示，預(yù)置、加減分?jǐn)?shù)電路設(shè)計根據(jù)要求可知，分?jǐn)?shù)顯示要可以加減、預(yù)置分?jǐn)?shù)。用74ls190構(gòu)成的計數(shù)器可實現(xiàn)此功能，用一片190只能在09分范圍內(nèi)

5、加減，無實際意義，故采用兩片190構(gòu)成兩位十進(jìn)制加減計數(shù)器，分?jǐn)?shù)可在099范圍內(nèi)加減。顯示分?jǐn)?shù)還是采用常用的cc4511驅(qū)動led顯示分?jǐn)?shù)。其電路如下圖此圖為兩組分?jǐn)?shù)，8組則再需上圖中的元件6套（按鈕開關(guān)、二極管、電阻以及左邊的那個非門不再需要）。在連接電路時，將各組對應(yīng)的190的使能端（上圖中的懸空端接到改組對應(yīng)的搶答電路的573和148之間對應(yīng)的線上即可。五、主要元器件介紹（1）74hc5731.真值表 ： dnleoeonhhlhlhllxllq0xxhz這個就是真值表,表示這個芯片在輸入和其它的情況下的輸出情況。 每個芯片的數(shù)據(jù)手冊（datasheet）中都有真值表。 布爾邏輯比較簡單

6、,在此不贅述; 2. 高阻態(tài) 就是輸出既不是高電平,也不是低電平,而是高阻抗的狀態(tài);在這種狀態(tài)下,可以 多個芯片并聯(lián)輸出;但是,這些芯片中只能有一個處于非高阻態(tài)狀態(tài),否則會將芯 片燒毀; 高阻態(tài)的概念在rs232和rs422通訊中還可以用到。 3. 數(shù)據(jù)鎖存 當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)消失時,在芯片的輸出端,數(shù)據(jù)仍然保持; 這個概念在并行數(shù)據(jù)擴(kuò)展中經(jīng)常使用到。 4. 數(shù)據(jù)緩沖 加強(qiáng)驅(qū)動能力。74ls244/74ls245/74ls373/74ls573都具備數(shù)據(jù)緩沖的能力。 oe：output_enable,輸出使能; le：latch_enable,數(shù)據(jù)鎖存使能,latch是鎖存的意思; dn：第n路輸入

7、數(shù)據(jù); on：第n路輸出數(shù)據(jù); 再看這個真值表,意思如下： 第四行：當(dāng)oe1是,無論dn、le為何,輸出端為高阻態(tài); 第三行：當(dāng)oe0、le0時,輸出端保持不變; 第二行第一行：當(dāng)oe0、le1時,輸出端數(shù)據(jù)等于輸入端數(shù)據(jù);（2）74ls148在優(yōu)先編碼器電路中，允許同時輸入兩個以上編碼信號。不過在設(shè)計優(yōu)先編碼器時，已經(jīng)將所有的輸入信號按優(yōu)先順序排了隊。在同時存在兩個或兩個以上輸入信號時，優(yōu)先編碼器只按優(yōu)先級高的輸入信號編碼，優(yōu)先級低的信號則不起作用。 74148是一個八線-三線優(yōu)先級編碼器。如圖所示的是八線-三線編碼器74148的慣用符號及管腳圖引腳圖。 74148優(yōu)先編碼器為16腳的集成芯

8、片，除電源腳vcc(16)和gnd(8)外，其余輸入、輸出腳的作用和腳號如圖中所標(biāo)。其中i0i7為輸入信號，a2,a1,a0為三位二進(jìn)制編碼輸出信號，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。 由74148真值表可列輸出邏輯方程為： a2 = (i4+i5+i6+i7)ie a1 = (i2i4i5+i3i4i5+i6+7)ie a0 = (i1i2i4i6+i3i4i6+i5i6+i7)ie 使能輸出端oe的邏輯方程為： oe=i0i1i2i3i4i567ie 當(dāng)使能輸入ie=1時，禁止編碼、輸出(反碼)： a2,a1,a0為全1。(如表5.1.2第一行所示。) 當(dāng)使能輸入

9、ie=0時，允許編碼，在i0i7輸入中，輸入i7優(yōu)先級最高，其余依次為：i6,i5,i4,i3,i2,i0，i0等級排列。 oe為使能輸出端，它只在允許編碼(ie=0)， 而本片又沒有編碼輸入時為0。如表5.1.2中第二行所示)。 擴(kuò)展片優(yōu)先編碼輸出端gs的邏輯方程為： gs = (i0+i1+i2+i3+i4+i5+i6+i7)ie gs為片優(yōu)先編碼輸出端，它在允許編碼(ie=0)，且有編碼輸入信號時為0(如表5.1.2中第三至第十行)；若允許編碼而無編碼輸入信號時為1(如表5.1.2第二行)；在不允許編碼(ie=1)時，它也為1(如表5.1.2第一行)。 gs = 0表示“電路工作，而且有

10、編碼輸入” 74148優(yōu)先編碼器真值表 （3）數(shù)碼顯示譯碼器 a、七段發(fā)光二極管(led)數(shù)碼管 led數(shù)碼管是目前最常用的數(shù)字顯示器，圖65(a)、(b)為共陰管和共陽管的電路，(c)為兩種不同出線形式的引出腳功能圖。一個led數(shù)碼管可用來顯示一位09十進(jìn)制數(shù)和一個小數(shù)點(diǎn)。小型數(shù)碼管（0.5寸和0.36寸）每段發(fā)光二極管的正向壓降，隨顯示光（通常為紅、綠、黃、橙色）的顏色不同略有差別，通常約為22.5v，每個發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流在510ma。led數(shù)碼管要顯示bcd碼所表示的十進(jìn)制數(shù)字就需要有一個專門的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能，還要有相當(dāng)?shù)尿?qū)動能力。b、bcd碼七段譯碼驅(qū)動器 此類

11、譯碼器型號有74ls47（共陽），74ls48（共陰），cc4511（共陰）等，本實驗系采用cc4511 bcd碼鎖存七段譯碼驅(qū)動器。驅(qū)動共陰極led數(shù)碼管。下圖為cc4511引腳排列 圖 cc4511引腳排列其中 a、b、c、d bcd碼輸入端 a、b、c、d、e、f、g 譯碼輸出端，輸出“1”有效，用來驅(qū)動共陰極led數(shù)碼管。 測試輸入端，“0”時，譯碼輸出全為“1” 消隱輸入端，“0”時，譯碼輸出全為“0” le 鎖定端，le“1”時譯碼器處于鎖定（保持）狀態(tài)，譯碼輸出保持在le0時的數(shù)值，le0為正常譯碼。表62為cc4511功能表。cc4511內(nèi)接有上拉電阻，故只需在輸出端與數(shù)碼管筆

12、段之間串入限流電阻即可工作。譯碼器還有拒偽碼功能，當(dāng)輸入碼超過1001時，輸出全為“0”，數(shù)碼管熄滅。 表62輸 入輸 出ledcbaabcdefg顯示字形01111111010000000消隱0110000111111001100010110000011001011011010110011111100101101000110011011010110110110110110001111101101111110000011100011111110111001111001101110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消

13、隱01111100000000消隱01111110000000消隱111鎖 存鎖存（4）555 555的管教如下圖 它是美國signetics公司1972年研制的用于取代機(jī)械式定時器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設(shè)計有三個5k的電阻而得名。此電路后來竟風(fēng)靡世界。目前，流行的產(chǎn)品主要有4個：bjt兩個：555，556（含有兩個555）；cmos兩個：7555，7556（含有兩個7555）。 555定時器可以說是模擬電路與數(shù)字電路結(jié)合的典范。兩個比較器 c1和 c2各有一個輸入端連接到三個電阻r組成的分壓器上，比較器的輸出接到rs觸發(fā)器上。此外還有輸出級和放電管。輸出級的驅(qū)動電流可達(dá)200ma。比較器

14、c1和c2的參考電壓分別為ua和ub，根據(jù)c1和c2的另一個輸入端觸發(fā)輸入和閾值輸入，可判斷出rs觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。當(dāng)復(fù)位端為低電平時，rs觸發(fā)器被強(qiáng)制復(fù)位。若無需復(fù)位操作，復(fù)位端應(yīng)接高電平。555 定時器是一種模擬和數(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，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器 556/7556。555 定時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)動電流約為 200ma，因而其輸出可與 ttl、cmos 或者模擬電路電平兼容。 555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接

15、幾個電阻、電容，就可以實現(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。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內(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)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 rs 觸發(fā)器，一個放電管 t 及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓vcc /3 和 2vcc /3 555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個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，則電壓比較器 a1 的反相輸入端的電壓為 2vcc /3，a2 的同相

16、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 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。 ne555是時基集成電路，它在應(yīng)用和工作方式上一般可歸納為3類。每類工作方式又有很多個不同的電路。在實際應(yīng)用中，除了單一品種的電路外，還可組合出很多不同電路，如：多個單穩(wěn)、多個雙穩(wěn)、單穩(wěn)和無穩(wěn)，雙穩(wěn)和無穩(wěn)的組合等。 ne555時基電路封形式有兩種，一是dip雙列直插8腳封

17、裝，另一種是sop-8小型（smd）封裝形式。其他ha17555、lm555、ca555分屬不同的公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理都相同。ne555屬于cmos工藝制造，圖1是ne555的外形圖，圖2是它的內(nèi)部功能原理框圖，圖3是它的內(nèi)部等效電路。ne555的內(nèi)部中心電路是三極管q15和q17加正反饋組成的rs觸發(fā)器。輸入控制端有直接復(fù)位reset端，通過比較器a1，復(fù)位控制端的th、比較器a2置位控制的t。輸出端為f，另外還有集電極開路的放電管dis。它們控制的優(yōu)先權(quán)是r、t、th。 （5）74ls19074ls190是一個十進(jìn)制可預(yù)置同步加減計數(shù)器。 它的管腳圖如圖7.7其中：cp是計數(shù)

18、輸入端；s是使能端，=l時為保持態(tài)，=0時為計數(shù)狀態(tài)；m是加減工作方式控制端m=0時為加計數(shù)，ml時為減計數(shù)，s端或m端必須在cp=1時才允許改變狀態(tài)，否則會影響計數(shù)器正常計數(shù)。d3d2d1do是預(yù)置數(shù)的數(shù)據(jù)輸入端； ld是直接置數(shù)端，= 1時為計數(shù)狀態(tài)，= 0時為置數(shù)狀態(tài)，在此狀態(tài)能把d3d2d1d0的數(shù)直接置入q3q2q1qo；qccqcb，是進(jìn)位借位輸出端，輸出為正脈沖，寬度與計數(shù)脈沖的周期相同；qcr是進(jìn)位時鐘脈沖輸出端，輸出為負(fù)脈沖i它與計數(shù)脈沖的負(fù)脈沖同步等寬 圖7.7 74ls190管腳圖六、調(diào)試過程及問題 在開始時由于沒有注意到電路圖畫的是74ls373，而拿到的器件是573，所以電路焊接時，接錯，得不到正確的結(jié)果，而且將發(fā)光二極管燒壞了。經(jīng)過大家多次仔細(xì)的檢查，終于發(fā)現(xiàn)，并即使糾正，從而得到正確的結(jié)果，實現(xiàn)了搶答器的功能。在報警電路中，r和c1決定報警時間的長短tw=1.1rc1，可通過調(diào)節(jié)r和c1來調(diào)節(jié)蜂鳴器叫的時間。開始時c1選擇的太大，叫6、7秒才停，后來改為10uf