多路搶答器設(shè)計(共16頁)

1、課 程 設(shè) 計 報 告學(xué)生姓名:劉科學(xué) 號：2014303010328學(xué) 院:電氣工程學(xué)院班 級:電自1418題 目:多路搶答器設(shè)計指導(dǎo)教師： 楊修宇 職稱: 助理實(shí)驗(yàn)師 指導(dǎo)教師： 張光烈 職稱: 副教授 2016年 7 月 7日一 設(shè)計要求設(shè)計一臺四路搶答器，具體要求如下：（1）搶答開始時，由主持人按下復(fù)位開關(guān)清除信號，用發(fā)光二極管作為輸出顯示信號標(biāo)志。（2）當(dāng)主持人宣布“搶答開始”后，先按鍵者相應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮；（3）有人按鍵被響應(yīng)的同時，應(yīng)有信號發(fā)出去鎖住其余幾個搶答者的電路，不再接收其它信號，直到主持人再次清除信號為止。當(dāng)達(dá)到限定時間時，發(fā)出聲響以示警告。（4）在電路中設(shè)計一個計時

2、功能電路，要求計時電路按秒顯示，最多時限為1分鐘，當(dāng)時間顯示一旦到達(dá)59秒，下一秒系統(tǒng)自動取消搶答權(quán)，信號被自動清除，搶答重新開始。亦可倒計時顯示。二 設(shè)計原理及框圖如圖1所示為四路搶答器的電路框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“開始”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。選手在定時時間內(nèi)搶答時，可以通過按按鈕的快慢來決定由誰來回答，按得快的選手的編號顯示在電子顯示管上，搶答器完成（優(yōu)先編碼判斷、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

3、停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。當(dāng)一輪搶答時間結(jié)束后而四位選手沒有搶答，定時器顯示為零。如果再次搶答必須由主持人再次操作“開始”和“開始”狀態(tài)開關(guān)，主持人按下開關(guān)后所有的顯示及工作狀態(tài)回到初始狀態(tài)，以便進(jìn)行下一次答題。整個電路框圖主要分為搶答電路和倒計時電路兩部分，其中搶答器電路由編碼器電路，觸發(fā)器電路，譯碼器電路，數(shù)碼管顯示電路組成。譯碼電路用來譯出編碼，數(shù)碼顯示部分用來顯示按下的選手號碼。另一部分倒計時電路用來顯示選手搶答剩余時間，由減法計數(shù)器和時鐘振蕩電路構(gòu)成。圖1 原理框圖三 器件說明四路搶答器電路設(shè)計所用器材如表1所示。表1 使用器材表74LS1481片74LS1381片74

4、LS2731片74LS1923片74043片74082片74271片74001片LED 4只74LS113片時鐘脈沖2只SPDT開關(guān)1只共陰極顯示器3只PB_DPST開關(guān)4只蜂鳴器1個30歐電阻1只1千歐電阻2只以下先介紹幾個主要器件的功能：（1）優(yōu)先編碼器74LS148圖2 74LS148的引腳圖上圖2為74LS148的引腳圖， 74LS148優(yōu)先編碼器及83編碼器，輸出3位2進(jìn)制數(shù)，以代表不同的低電平信號。下面表2是優(yōu)先編碼器的真值表。表2 74LS148的真值表優(yōu)先編碼器是數(shù)字系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)管理的一個重要邏輯部件。一般編碼器的輸入端只能有一個為有效信號，才能進(jìn)行編碼。優(yōu)先編碼器的各個輸

5、入不是互斥的，它允許多個輸入端同時為有效信號。優(yōu)先編碼器的每個輸入具有不同的優(yōu)先級別，當(dāng)多個輸入信號有效時，它能識別輸入信號的優(yōu)先級別，并對其中優(yōu)先級別最高的一個進(jìn)行編碼，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出代碼。其中，輸入端為。輸出端為A0A2（低電平有效）。為使能輸入端，低電平有效。EO為使能輸出端，當(dāng)=0時，EO=1表示有有效信號輸入。 為擴(kuò)展輸出端，=0時，表示編碼器工作， =1時表示編碼器不工作。（2）十進(jìn)制同步加/減計數(shù)器74LS192圖3 74LS192引腳圖上圖3為74LS192的引腳圖，74LS192是可預(yù)置的十進(jìn)制同步加/減計數(shù)器，下面表3是74LS192的真值表。 表3 74LS192真值表計

6、數(shù)器初始狀態(tài)與減法還是加法無關(guān)。計數(shù)器有清零引腳MR，清零后，不論出于加減狀態(tài)，計數(shù)器輸出均為0。計數(shù)器還具有加載功能，加載后，計數(shù)器不論原先是什么值，輸出為加載值。不進(jìn)行清零和加載操作，計數(shù)器一直循環(huán)計數(shù)，無所謂從哪里開始。減法計數(shù)時，0變9時，借位輸出有效，從這個角度講，可以認(rèn)為從9開始，就如加計數(shù)是9變0時進(jìn)位，可以認(rèn)為從0開始。在LD為高電平時輸出端則輸出為你設(shè)置的那個數(shù)。其中，CPU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端。LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。 CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。 CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出，BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出

7、。（3）3線-8線譯碼器74LS138圖4 74LS138引腳圖上圖4為74LS138的引腳圖， 74LS138 為3 線8 線譯碼器，下面表4是74LS138的真值表。表4 74LS138真值表當(dāng)一個選通端(E1)為高電平，另兩個選通端E2和E3為低電平時，可將地址端(A0、A1、A2)的二進(jìn)制編碼在Y0至Y7對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。A0A2對應(yīng)Y0Y7;A0、A1、A2以二進(jìn)制形式輸入，然后轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，對應(yīng)相應(yīng)Y的序號輸出低電平，其他均為高電平;無論從邏輯圖還是功能表我們都可以看到74LS138的八個輸出引腳，任何時刻要么全為高電平1,此時芯片處于不工作狀態(tài)，要么只有一個為低電平0，其

8、余7個輸出引腳全為高電平1。如果出現(xiàn)兩個輸出引腳同時為0的情況，說明該芯片已經(jīng)損壞。比如:A2A1A0=110時，則Y6輸出端輸出低電平信號。其中，A0A2為地址輸入端， E1為選通端, E2、E3為選通端(低電平有效)，Y0Y7為輸出端(低電平有效)。（4）8位數(shù)據(jù)/地址鎖存器74LS273圖5 74LS273引腳圖上圖5為74LS273的引腳圖，74LS273是8位數(shù)據(jù)/地址鎖存器，它是一種帶清除功能的8D觸發(fā)器，下面表5是74LS273的功能表。表5 74LS273功能表1腳是復(fù)位CLR，低電平有效，當(dāng)1腳是低電平時，輸出腳2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、1

9、5(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部輸出0，即全部復(fù)位；當(dāng)1腳為高電平時，11(CLK)腳是鎖存控制端，并且是上升沿觸發(fā)鎖存，當(dāng)11腳有一個上升沿，立即鎖存輸入腳3、4、7、8、13、14、17、18的電平狀態(tài)，并且立即呈現(xiàn)在在輸出腳2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)上。其中，1D8D為數(shù)據(jù)輸入端，1Q8Q為數(shù)據(jù)輸出端，正脈沖觸發(fā)，低電平清除，常用作8位地址鎖存器。（4）另外，7404為非門，7408為與門，7400為與非門，7427為三輸入或非門， 74LS11為三輸入與門，以實(shí)現(xiàn)各種邏輯運(yùn)算關(guān)系。四 設(shè)計過程設(shè)計電路

10、見圖6所示。搶答開始時，由主持人按下復(fù)位開關(guān)清除信號，用發(fā)光二極管作為輸出顯示信號標(biāo)志。四個發(fā)光二極管（LED1）全滅而選手編號數(shù)碼管（U6）顯示為零。當(dāng)主持人宣布“搶答開始”后，先按鍵者相應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮同時選手編號數(shù)碼管（U6）顯示優(yōu)先搶答者編號并引發(fā)報警電路發(fā)出聲響提示；有人按鍵被響應(yīng)的同時，應(yīng)有信號發(fā)出去鎖住其余幾個搶答者的電路，不再接收其它信號，直到主持人再次清除信號為止。當(dāng)達(dá)到限定時間時，發(fā)出聲響以示警告。在電路中倒計時電路控制選手搶答時間，由兩片74192構(gòu)成60進(jìn)制減法計數(shù)器，并且由兩只數(shù)碼管（U8和U9）顯示倒計時時間。當(dāng)在倒計時時間內(nèi)有選手搶答，時間定時在搶答時刻；當(dāng)?shù)褂?/p>

11、時電路顯示“00”時下一秒系統(tǒng)自動取消搶答權(quán)，信號被自動清除，搶答重新開始。搶答電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS273 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，同時顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）和譯碼顯示優(yōu)先搶答選手的LED燈亮；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。如有再次搶答需由主持人將start開關(guān)重新置“清除”然后才可能進(jìn)行。圖6 四路搶答器設(shè)計電路圖此四路搶答器各個部分電路構(gòu)成，各種部分電路分工明確完成搶答器的基本功能，現(xiàn)由各個部分電路去分析搶答器的設(shè)計過程。（1）搶答電路設(shè)計搶答電路是搶答器設(shè)計的關(guān)

12、鍵，它要完成核心功能有：當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時，LED發(fā)光，并顯示相應(yīng)的組號，搶答電路封鎖和定時電路開始工作；當(dāng)設(shè)定的答題時間到，即燈泡第一次熄滅表示時間到，答題人不準(zhǔn)再答題。搶答電路包括控制電路、優(yōu)先編碼電路和鎖存電路。搶答器控制電路與優(yōu)先編碼電路和鎖存電路難舍難分，所以在搶答器的控制電路里一起分析優(yōu)先編碼電路和鎖存電路以及譯碼電路和顯示電路兩部分小電路。其設(shè)計電路圖如圖7所示。優(yōu)先編碼電路的設(shè)計：編碼器采樣74LS148作為編碼芯片，將輸入的信號進(jìn)行編碼，然后輸出二進(jìn)制碼，輸出接到74LS273上，A0、A1、A2 均分別接到74LS273的D1、D2、D3上，當(dāng)輸出均為高時表示無選手按下

13、，D1、D2、D3為無效電平，D觸發(fā)器輸出為低，即無編碼輸出。鎖存電路的設(shè)計：74LS273（D觸發(fā)器）作為數(shù)據(jù)鎖存器，是本次電路中的關(guān)鍵部分，本芯片在這個電路中主要起到一下兩個功能：當(dāng)總復(fù)位開關(guān)按鈕按下時，鎖存器處于復(fù)位狀態(tài)，觸發(fā)器輸出端為全零，即LED數(shù)碼顯示為零，搶答器準(zhǔn)備開始搶答；當(dāng)一次搶答工作完成時，觸發(fā)器啟動鎖存功能，觸發(fā)器輸出端一直處于本次輸入狀態(tài)，數(shù)碼管始終顯示本次搶答狀態(tài)，直至總復(fù)位開關(guān)按鈕按下為止，隨即清零。準(zhǔn)備進(jìn)行下一輪的搶答工作。譯碼電路和顯示電路的設(shè)計：以74LS138作為譯碼器，74LS148編碼器采樣輸出的二進(jìn)制碼，經(jīng)過74LS273鎖存后74LS273的Q1、Q

14、2、Q3分別接74LS138的A、B、C將二進(jìn)制碼進(jìn)行譯碼操作，轉(zhuǎn)化為各個選手的LED燈亮滅。圖7 搶答電路設(shè)計圖（2）搶答倒計時電路設(shè)計搶答倒計時電路由兩片十進(jìn)制可逆計數(shù)器74192構(gòu)成，U5為個位計數(shù)器，預(yù)置初值“9”；U4為十位計數(shù)器，預(yù)置初值“5”，通過級聯(lián)U5、U4實(shí)現(xiàn)60秒倒計時。如圖8所示。圖8 60進(jìn)制倒計時電路設(shè)計圖當(dāng)主持人按一下“START”按鍵時，START引腳輸入低電平，計數(shù)器獲得初值“59”，并在減計數(shù)時鐘信號（正常運(yùn)行時時鐘為1Hz，調(diào)試時為100kHz。）的驅(qū)動下，開始倒計時。在此期間，如果有選手搶到答題權(quán)，A、B、C、D輸入低電平，U17A輸入高電平，三輸入與門

15、74LS11輸出低電平，60進(jìn)制計數(shù)器失去時鐘信號，停止計數(shù)。如果在60秒內(nèi)沒有選手搶答，當(dāng)計數(shù)器運(yùn)行到“00”時，U4的B0引腳輸出低電平，使計數(shù)器停止在“00”狀態(tài)，等待下一次搶答。通過兩只BCD碼數(shù)碼管與兩片74192相連，實(shí)現(xiàn)對倒計時的顯示功能。其中，U8為十位，U9為個位。（3）報警電路的設(shè)計報警電路由一片可逆十進(jìn)制計數(shù)器74LS192構(gòu)成，如9所示。當(dāng)主持人按一下“START”按鍵時，START輸入有效電平，計數(shù)器賦初值“9”。圖9 報警電路設(shè)計圖當(dāng)選手搶到答題權(quán)時， U17A輸入高電平，減計數(shù)開始倒計時，同時，BUZZER輸出脈沖信號驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出提示音。當(dāng)計數(shù)器運(yùn)行到“0”時，

16、74LS192的B0端輸出低電平，三輸入與非門（U18A與U19B）被封鎖，計數(shù)器停止計數(shù)，蜂鳴器不再鳴叫，直到再次有選手搶答。五 仿真調(diào)試過程進(jìn)入Multisim12.0界面，選擇放置元件，按照電路圖進(jìn)行線路連接，同時標(biāo)明所需參數(shù)值，確認(rèn)電路無誤后，即可單擊仿真按鈕，實(shí)現(xiàn)對電路的仿真工作。觀察結(jié)果看是否與理論分析的預(yù)測結(jié)果相同。對四路搶答器進(jìn)行仿真，如圖10所示為該四路搶答器的主持人按鍵清空時的仿真圖。此時，選手編號數(shù)碼管顯示為“0”，選手搶答無效，并且選手所在LED燈不亮，倒計時顯示器停留在“59”。當(dāng)主持人按下“start”鍵后，倒計時開始運(yùn)作。如果倒計時未結(jié)束，此時有選手搶答成功，在仿

17、真過程中以選手2先搶答為例，如圖11為該仿真示意圖。此時，倒計時暫停在搶答時刻，報警信號連續(xù)響起一陣后停止，選手編號數(shù)碼管顯示為“2”，選手所在LED燈亮起，并且其他選手再次搶答無效。圖10 開始時刻電路仿真圖圖11 中間時刻電路仿真圖如果倒計時結(jié)束后未有選手進(jìn)行搶答，其仿真圖如圖12所示，倒計時顯示器停留在“00”，選手編號數(shù)碼管顯示為“0”，并且選手所在LED燈不亮。要想進(jìn)行下次輪搶答，需要由主持人再次操作“開始”和“開始”狀態(tài)開關(guān)，主持人按下開關(guān)后所有的顯示及工作狀態(tài)回到初始狀態(tài)，進(jìn)行下一次答題。綜上所述，此次設(shè)計仿真完成了實(shí)驗(yàn)設(shè)計的每一個要求，并且適當(dāng)添加了拓展功能，比如選手編號數(shù)碼管

18、顯示等等，此次四路搶答器的設(shè)計仿真過程圓滿成功。圖12 結(jié)束時刻電路仿真圖六 收音機(jī)原理及焊接調(diào)試收音機(jī)的基本工作原理可以簡單歸納為三步：第一步要接收到相應(yīng)頻率的無線電波，第二步是從無線電波上取出調(diào)制在其上的聲音信息，第三步為把聲音信息還原成人耳能聽到的聲音。下面我們較詳細(xì)地來介紹這三個過程： 第一、無線電已與我們?nèi)祟惖墓ぷ?、生活密不可分，如廣播、電視、無線通迅等，可以說我們是生活在無線電波的包圍中。用于無線廣播的無線電頻率是非常眾多的，一個頻率對應(yīng)一個電臺的一套廣播節(jié)目，而一臺收音機(jī)一次也只能收聽一個頻率的廣播節(jié)目。這就提出了一個最基本的要求：收音機(jī)應(yīng)能有選擇性地接收無線電波的能力。事實(shí)上，

19、收音機(jī)首先靠其本身配置的天線將各種頻率的無線電波接收進(jìn)來，然后通過一個具有選擇功能的電路來擇取聽眾所需收聽的電臺頻率，此時自然就要將其它頻率的無線電波濾掉。這一選擇過程就是我們常說的選臺，書名應(yīng)稱之謂調(diào)諧。 第二、在接收到我們所需收聽的電臺高頻電波后，下一步就是把"搭載"在電波上的聲音信息取下來，前面我們已說過，這個"搭載"過程叫調(diào)制，那么現(xiàn)在把聲音信號取下來則稱為解調(diào)。解調(diào)是通過特別設(shè)計的電子線路來完成的。調(diào)制的方式有調(diào)幅和調(diào)頻兩種，相對應(yīng)的，解調(diào)的方式或采用的電子線路也是不相同的。需要說明的是，從天線上直接接收到的無線電信號是非常微弱的，在通過調(diào)諧電路后還需經(jīng)過放大電路放大到一定幅度才能送往解調(diào)電路。 第三、從無線電波上解調(diào)出來的聲音信息此時還是一種幅度很低的電信號，我們?nèi)硕锹牪坏降模€需用功率放大電路將其放大，再通過喇叭或耳機(jī)才能還原成我們真正能聽到的聲音。經(jīng)過我的努力，終于把收音機(jī)焊接完成并且調(diào)制出五六個臺。在焊接過程前，仔細(xì)閱讀說明書，了解其工作原理，做到自己心里有數(shù)。在焊接過程中，先焊接電阻等不怕熱的小器件，然后焊接中周和變位器等稍微大點(diǎn)的器件，最后焊接二極管三極管等怕熱的器件。在完成焊接后，對電路板進(jìn)行檢查調(diào)試，查看是否有多焊漏焊現(xiàn)象，用萬用表測量各級電流是否合理。當(dāng)完成這些