數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)智能搶答器

1、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)課題四智能競(jìng)賽搶答器二、設(shè)計(jì)要求1. 四組參賽者在進(jìn)行搶答時(shí)，當(dāng)搶答者按下面前的按鈕時(shí)，搶答器都能準(zhǔn)確的判斷出搶先者，并顯示相應(yīng)的組號(hào)。2. 搶答器具有互鎖功能，某組搶答后能自動(dòng)封鎖其它各組進(jìn)行搶答。3. 形同應(yīng)具有一個(gè)總復(fù)位開關(guān)。4. 安裝自己的設(shè)計(jì)電路。5. 通電調(diào)試。提高部分1. 搶答者犯規(guī)或違章（主持人未說開始搶答時(shí)，參賽者搶先按鈕）時(shí)，應(yīng)自動(dòng)發(fā)出警告信號(hào)，以指示燈閃為標(biāo)志2. 搶答器應(yīng)具有限時(shí)功能，搶答時(shí)限為30秒。設(shè)計(jì)資料1、閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社，19892、張乃國(guó). 電子測(cè)量. 北京：人民郵電出版社，19853、彭介華

2、. 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo). 北京：高等教育出版社，19974、 華容茂. 電工、電子技術(shù)實(shí)習(xí)與課程設(shè)計(jì). 北京：電子工業(yè)出版社，2000 設(shè)計(jì)成果1、課程設(shè)計(jì)說明書。2、產(chǎn)品前言1. 課題研究的相關(guān)背景當(dāng)今的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，選拔人才，評(píng)選優(yōu)勝，知識(shí)競(jìng)賽之類的活動(dòng)愈加頻繁，而在競(jìng)賽中往往分為幾組參加，這時(shí)針對(duì)主持人提出的問題，如果要是讓搶答者用舉手等方法，這在某種程度上會(huì)因?yàn)橹鞒秩说闹饔^誤斷造成比賽的不公平性。比賽中為了準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，這就要有一種搶答設(shè)備作為裁判員，這就必然離不開搶答器。搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種競(jìng)賽、搶答場(chǎng)合中，它能迅速、客觀地分辨出最先獲得

3、發(fā)言權(quán)的選手。早期的搶答器只由幾個(gè)三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能通過發(fā)光管的指示辯認(rèn)出選手號(hào)碼?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機(jī)或數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號(hào)碼顯示、搶按前或搶按后的計(jì)時(shí)、選手得分顯示等功能。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在的搶答器有著數(shù)字化，智能化的方向發(fā)展，這就必然提高了搶答器的成本。鑒于現(xiàn)在小規(guī)模的知識(shí)競(jìng)賽越來越多，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的小型搶答器必將大有市場(chǎng)。因此，我選擇簡(jiǎn)易邏輯數(shù)字搶答器這一課題。2. 選題的目的和意義通過這次課程設(shè)計(jì), 了解簡(jiǎn)單多功能數(shù)字電路搶答器的組成原理，初步掌握數(shù)字電路搶答器的調(diào)整及測(cè)試方法，提高思考能力和實(shí)踐能力。同時(shí)通過本課題設(shè)計(jì)，鞏固已學(xué)的

4、理論知識(shí)，建立邏輯數(shù)字電路的理論和實(shí)踐的結(jié)合，了解多功能搶答器各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算定時(shí)計(jì)數(shù)的各個(gè)單元電路。初步掌握多功能搶答器的調(diào)整及測(cè)試方法。本論文通過參考大量文獻(xiàn)對(duì)搶答器的工作原理做了系統(tǒng)介紹，通過詳細(xì)的調(diào)查和權(quán)威技術(shù)資料及相關(guān)情報(bào)的收集，為學(xué)校等單位舉行的簡(jiǎn)單的搶答活動(dòng)提供了簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)思路，對(duì)于企業(yè)了解搶答器產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)及其發(fā)展?fàn)顩r十分有益。3. 課題研究的內(nèi)容本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)智能搶答器，在搶答比賽中廣泛應(yīng)用，各組分別有一個(gè)搶答按鈕。主持人有開始和結(jié)束、復(fù)位鍵。在后臺(tái)主持人可以修改，搶答時(shí)間和選手回答問題的時(shí)間設(shè)置，新時(shí)間開始有效，主持人按鍵開始后，選手

5、開始搶答為有效，數(shù)碼顯示屏顯示搶答時(shí)間倒計(jì)時(shí)和選手號(hào)。通過研究并在設(shè)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，采用數(shù)字電路技術(shù)設(shè)計(jì)的搶答器與目前常用的搶答器相比，首先，電路連接簡(jiǎn)單，因?yàn)榇蠖鄶?shù)功能單元都能通過數(shù)字電路完成，第二，工作性能可靠，抗千擾能力優(yōu)于目前搶答器。所以本研究是一個(gè)實(shí)用的工程設(shè)計(jì)，具有創(chuàng)新性。4. 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著我國(guó)搶答器市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。技術(shù)工藝，是衡量一個(gè)企業(yè)是否具有先進(jìn)性，是否具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，是否能不斷領(lǐng)先于競(jìng)爭(zhēng)者的重要指標(biāo)依據(jù)。了解國(guó)內(nèi)外搶答器生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動(dòng)向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢(shì)對(duì)于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力十分關(guān)鍵

6、。目前市場(chǎng)上搶答器種類繁多，功能各異，價(jià)格差異也很大。那么選擇一款真正適合的搶答器就非常重要。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(yǔ)音非記分搶答器和語(yǔ)音記分搶答器。非語(yǔ)音記分搶答器構(gòu)造很簡(jiǎn)單，就是一個(gè)搶答器的主機(jī)和一個(gè)搶答按鈕組成，在搶答過程中選手是沒有記分的顯示屏。語(yǔ)音記分搶答器是由一個(gè)搶答器的主機(jī)、主機(jī)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(xué)校和企事業(yè)單位舉行的簡(jiǎn)單的搶答活動(dòng)。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(jī)和搶答器專用的軟件

7、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(tái)等大型的活動(dòng)。有線電腦搶答器也是由主機(jī)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。搶答器作為一種電子產(chǎn)品，早已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合，但目前所使用的搶答器有的電路較復(fù)雜不便于制作, 可靠性低，實(shí)現(xiàn)起來很困難；有的則用一些專用的集成塊 ,而專用集成塊的購(gòu)買又很困難。而我所設(shè)計(jì)的多功能搶答器簡(jiǎn)易邏輯數(shù)字搶答器具有電路簡(jiǎn)單，元件普通 ,易于購(gòu)買等優(yōu)點(diǎn), 很好地解決了制作者制作困難和難于購(gòu)買的問題。在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開始了普遍的應(yīng)用。目錄任務(wù)書1 前言2 目

8、錄4第一章 方案論證61.1方案論證與比較61.2方案選擇6 1.3方案6第二章 單元電路設(shè)計(jì)82.1搶答電路設(shè)計(jì)82.2定時(shí)電路設(shè)計(jì)132.3時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)16第三章 仿真分析183.1搶答電路仿真193.2定時(shí)電路仿真19第四章 制作與調(diào)試 204.1制作PCB 204.2電路調(diào)試204.3組裝調(diào)試21第五章 總結(jié)22 參考文獻(xiàn)23 附錄 定時(shí)搶答器的主體邏輯電路圖24 附錄 元器件清單24附錄 PCB圖25第一章 方案論證1.1 方案論證與比較與普通搶答器相比，本作品有以下幾方面優(yōu)勢(shì)：1、具有清零裝置和搶答控制，可由主持人操縱，避免有人在主持人說“開始”前提前搶答而違反規(guī)則。2、具有

9、定時(shí)功能，在30秒內(nèi)無人搶答表示所有參賽選手獲參賽隊(duì)對(duì)本題棄權(quán)。1.2 方案選擇一、 根據(jù)系統(tǒng)方框圖的原理有兩種設(shè)計(jì)方案可供選擇。1、選手觸摸按鈕后的信號(hào)首先進(jìn)入RS 觸發(fā)器， CP脈沖控制鎖存效果，然后輸出再進(jìn)行編碼，譯碼顯示。2、選手觸摸按鈕后的信號(hào)首先進(jìn)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(jìn)入譯碼器然后顯示。3、可以用單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)，其實(shí)使用單機(jī)做最簡(jiǎn)單。三種方案原理均可行，考慮到實(shí)際情況，操作和連線地簡(jiǎn)單易行，因此選擇方案二。二、 驅(qū)動(dòng)電路也有兩鐘方案可供選擇：1、可利用單穩(wěn)電路控制延遲時(shí)間和分

10、頻器CC4060進(jìn)行分頻產(chǎn)生間歇式方波。 2、可采用單穩(wěn)電路控制延遲時(shí)間和比較簡(jiǎn)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(jiǎn)單，因?yàn)榉讲òl(fā)生器的頻率都比較低，所以選用555定時(shí)電路。經(jīng)過組員討論，選擇了比較熟悉的555定時(shí)電路。1.3 方案一、原理根據(jù)要求應(yīng)具有搶答器具有鎖存、定時(shí)、顯示功能。即當(dāng)搶答開始后，選手搶答按動(dòng)按鈕，鎖存器鎖存相應(yīng)的選手編碼，同時(shí)用LED 數(shù)碼管把選手的編碼顯示出來，并且開始搶答時(shí)間的倒計(jì)時(shí)，同時(shí)用LED 數(shù)碼管把選手的所剩搶答時(shí)間顯示出來，以提醒主持人和選手。搶答時(shí)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?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯

11、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)，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)。二、搶答器的組成框圖定時(shí)搶答器的總體框圖如圖1所示。他主要由主體電路和擴(kuò)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(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所示定時(shí)搶器的工作過程是：接通電源時(shí)，節(jié)目支持人將開關(guān)置于“清除”位置，搶

12、答器處于禁止工作狀態(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定的時(shí)間，當(dāng)主持持人宣布搶答題目后，說一聲“搶答開始”，同時(shí)將控制開關(guān)撥到“開始”位置，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)，輸入電路被封鎖，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)，搶答器要完成下面幾個(gè)工作：1. 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，然后有譯碼顯示電路顯示編號(hào)；2. 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； 3. 控制電路要使定時(shí)器停止工作，時(shí)間器上顯示搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止，以便進(jìn)行下一輪搶答。第二章 單元電路設(shè)計(jì) 圖 2.1搶答器電

13、路設(shè)計(jì)電路如圖2.1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(gè)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(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?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(shí)，RS 觸發(fā)器的 R、S 端均為0，4個(gè)觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端）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)有選手將搶答按鍵按下時(shí)（如按下S5），74LS148的輸出經(jīng)RS 鎖存

14、后，CTR=1,RBO(圖中4端 =1,七段顯示電路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(biāo)志端（圖中5號(hào)端），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CTR ，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端），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(hào)，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×815除”然后再進(jìn)行下一輪搶答。 2 搶答器電路組成 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

15、組成。優(yōu)先編碼器74LS148是8線輸入3線輸出的二進(jìn)制編碼器（簡(jiǎn)稱8-3線二進(jìn)制編碼器），其作用是將輸入0I 7I 這8個(gè)狀態(tài)分別編成8個(gè)二進(jìn)制碼輸出。優(yōu)先編碼器允許同時(shí)輸入兩個(gè)以上的編碼信號(hào)，不過在優(yōu)先編碼器將所有的輸入信號(hào)按優(yōu)先順序排了隊(duì)，當(dāng)幾個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，只對(duì)其中優(yōu)先權(quán)最高的一個(gè)進(jìn)行編碼。其功能表如表2.1所示。由表看出74LS148的輸入為低有效。優(yōu)先級(jí)別從7I 至遞0I 降。另外，它有輸入使能ST ，輸出使能SY 和EXY 。1 74LS148編碼器74LS148引腳圖 圖2. 2 74LS148的符號(hào)圖和管腳圖 表2.1. 74LS148功能表優(yōu)先編碼器是8線輸入3線輸出

16、的二進(jìn)制編碼器, 其作用是將輸入 I0至I7 ，88個(gè)二制碼輸出. 其功能如真值表所示. 由表可以看出74LS148R 的輸入低有效. 優(yōu)先級(jí)別從 I7至I0遞降. 另外它有輸入使能/ST,輸出使能/YS和/YEX ；a. 允許編碼,/ST=1禁止編碼, 輸出/Y 2 /Y1/Y0=111;b. /YS 主要用于多個(gè)編碼器電路的級(jí)聯(lián)控制，即/YS 總是接在優(yōu)先級(jí)別低的相鄰編碼器的/ST端，當(dāng)優(yōu)先級(jí)別高的編碼器允許編碼，而無輸入申請(qǐng)時(shí)，/Y S =0，從而允許優(yōu)先級(jí)低的相鄰編碼器工作，反之若優(yōu)先級(jí)高的編碼器有編碼時(shí)，/Y S=1，禁止相鄰級(jí)別低的編碼器工作c. /YEX =0表示 /Y2/Y1/

17、Y0是編碼輸出，/Y EX =1表示/Y 2/Y1/Y0不是編碼輸出 /YEX 為輸出標(biāo)志位。單片74LS148組成8-3進(jìn)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(dāng)中同時(shí)有幾個(gè)輸入端為低 電平，即有編碼輸入信號(hào)。的優(yōu)先權(quán)最高，的優(yōu)先權(quán)最低。當(dāng)時(shí)，無論其余輸入端有無輸入信號(hào)（表中以X 表示），輸出端只給出的編碼，即。當(dāng)、時(shí)，無論其余輸入端有無輸入信號(hào)，只對(duì)編碼，輸出為。 2 74LS279芯片具有鎖存器的功能，其內(nèi)部是由4個(gè)JK 觸發(fā)器組成的。當(dāng)有一個(gè)人優(yōu)先搶答后其它的就不能搶答了，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2.3

18、圖2.3 74LS279引腳圖 表2.2 74LS279 鎖存器功能表其中：TC U 是加計(jì)數(shù)進(jìn)位輸出端，當(dāng)加計(jì)數(shù)到最大數(shù)值時(shí)，TC U 發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)（平時(shí)為高電平）；TC D 為見計(jì)數(shù)借位輸出端，當(dāng)減計(jì)數(shù)到0時(shí)，TC D 發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)（平時(shí)為高電平），TC U 和TC D 負(fù)脈沖寬度等于時(shí)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(fù)編碼的愿意。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(yáng)極兩種。 1 74LS48七段顯示譯碼器74LS48芯片是一個(gè)十進(jìn)制（BCD ）譯碼器，可用來驅(qū)動(dòng)共陰極的發(fā)光二極管顯示器。74LS48

19、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2.4 74LS48引腳圖 74LS48的功能表如下表所示。其中，A3A2A1A0為8421BCD 碼輸入端，ag為7段譯碼輸出端。 表2.3 74LS48的功能表常用的七段顯示器件：半導(dǎo)體數(shù)碼管將十進(jìn)制數(shù)碼分成七個(gè)字段，每段為一發(fā)光二極管。半導(dǎo)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(dāng)外加正向電壓時(shí)，就能發(fā)出清晰的光線。單個(gè)PN 結(jié)可以封裝成發(fā)光二極管，多個(gè)PN 結(jié)可以按分段式封裝成半導(dǎo)體數(shù)碼管，其管腳排列如下圖所示。 半導(dǎo)體顯示器管腳排列

20、圖 共陰極接線圖共陽(yáng)級(jí)接線圖圖2.5 圖2.6 七段數(shù)字顯示器發(fā)光段組合本設(shè)計(jì)用到的共陰極顯示器和74LS48。74LS48可以驅(qū)動(dòng)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(dāng) =0時(shí)，/=1時(shí)，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(dāng) =1時(shí)，譯碼器方可進(jìn)行譯碼 顯示。用來動(dòng)態(tài)滅零，當(dāng) =1時(shí)， 且=0，輸入A3A2A1A0=0000時(shí)，則 /=0使數(shù)字符的各段熄滅； / 為滅燈輸入/滅燈輸出，當(dāng) =0時(shí)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(hào), 當(dāng)=1時(shí), 說明本位處于顯示狀態(tài); 若=

21、0, 且低位為零, 則低位零被滅。 2 定時(shí)電路設(shè)計(jì)1 原理圖設(shè)計(jì)：f h 98762345dc(· ha b c d e f g (· ha b c d e f g(· h·a e f b c a ea f a f a e f a a ef a f 2、原理及設(shè)計(jì)：該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個(gè)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(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)

22、現(xiàn)預(yù)置數(shù)，設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計(jì)數(shù)器開始減法計(jì)數(shù)工作，并將時(shí)間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG 上，當(dāng)有人搶答時(shí)，停止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間；如果沒有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，2BO 輸出低電平到時(shí)序控制電路，以后選手搶答無效。下面結(jié)合2.7具體講一下標(biāo)準(zhǔn)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(shí)間和充電時(shí)間分別為221In C R t =C R 27. 0，C R R In C R R t += (7. 02 (21212 于是從NE555的3端輸出的脈沖的頻率為CR R t t f

23、 +=2(43. 112121，結(jié)合我們的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及考慮到元器件的成本，我們選擇的電阻值為R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得Z H f 1，即 表2.4 555定時(shí)器功能表222 對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置 174LS192芯片的介紹 1 74LS192的引腳圖圖2.82 74LS192功能表 表2.5 74LS192功能表其中：TC U 是加計(jì)數(shù)進(jìn)位輸出端，當(dāng)加計(jì)數(shù)到最大數(shù)值時(shí)，TC U 發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)（平時(shí)為高電平）；TC D 為見計(jì)數(shù)借位輸出端，當(dāng)減計(jì)數(shù)到0時(shí)，TC D 發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)（平時(shí)為高電平），TC U 和TC D 負(fù)脈沖寬度等于時(shí)鐘低電平寬度。 2. 74

24、LS192的預(yù)置數(shù)的計(jì)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(jìn)制減法計(jì)數(shù)器。30進(jìn)制數(shù)器的預(yù)制數(shù)為N=（0011 0000）8421BCD =（30）D 。74LS192（1）計(jì)數(shù)器從0011狀態(tài)開始計(jì)數(shù)，因此，就因取D 3D 2D 1D 0=0011。；74LS192是計(jì)數(shù)器從0000狀態(tài)開始計(jì)數(shù)，那么，就因取D 3D 2D 1D 0=0000。計(jì)數(shù)脈沖從CP 端輸入。它的計(jì)數(shù)原理十，每當(dāng)?shù)貫橛?jì)數(shù)器的BO 端發(fā)出負(fù)跳變借位脈沖時(shí)，高位計(jì)數(shù)器減1計(jì)數(shù)。當(dāng)高位計(jì)數(shù)器處于全0，同時(shí)在CP D =0期間，高位計(jì)數(shù)器BO=LD=0，計(jì)數(shù)器完成異步制數(shù)，之后BO=LD=1，計(jì)數(shù)器在CP

25、D 時(shí)鐘脈沖作用下，進(jìn)入下一輪減計(jì)數(shù)。 223 555定時(shí)器引腳圖 圖2.9 555定時(shí)器 CC V 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GND 是接地 OUT是輸出端 D R 是直接置0端 TL 是低電平觸發(fā)器3 時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)搶答與定時(shí)電路的時(shí)序控制電路如下圖所示時(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)，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答按鍵時(shí)，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)表示此次搶答無效。 圖2.10時(shí)序控制電路根據(jù)上面的功能要求

26、以及圖2.1搶答電路，設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如圖2.10所示。圖中，與門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的輸入使能端（即圖2.2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(shí)，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(shí)鐘信號(hào)CP 能夠加到74LS192的CPD 時(shí)鐘輸入端（圖中用CLCK 表示接入到74LS192CPD 端的信號(hào)），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)，則" 定時(shí)到信號(hào)" 為 1，門

27、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)搶答按鍵時(shí)，CTR 1，經(jīng)G3反相，輸出為0，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 =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，/ST=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)，封鎖時(shí)鐘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。第三章 仿真分析1、仿真軟件介紹Proteus ISIS是英國(guó)Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行

28、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(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)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(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)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(hào)發(fā)生器等。支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)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、

29、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)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(shí)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(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C(jī)和SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)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(dāng)之無愧地排在眾多EDA 軟件的前面，是電子設(shè)計(jì)者的首選軟件，它較早就在國(guó)內(nèi)開始使用，在國(guó)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(xué)習(xí)它，幾乎所有的電子公

30、司都要用到它，許多大公司在招聘電子設(shè)計(jì)人才時(shí)在其條件欄上常會(huì)寫著要求會(huì)使用PROTEL 。早期的PROTEL 主要作為印制板自動(dòng)布線工具使用，運(yùn)行在DOS 環(huán)境，對(duì)硬件的要求很低，在無硬盤286機(jī)的1M 內(nèi)存下就能運(yùn)行，但它的功能也較少，只有電原理圖繪制與印制板設(shè)計(jì)功能，其印制板自動(dòng)布線的布通率也低，而現(xiàn)今的PROTEL 已發(fā)展到PROTEL99，是個(gè)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(gè)完整的板級(jí)全方位電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號(hào)仿真、多層印制電路板設(shè)計(jì)（包含印制電路板自動(dòng)布線）、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表生成、電子

31、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(shí)還兼容一些其它設(shè)計(jì)軟件的文件格式，如ORCAD ，PSPICE ，EXCEL 等，其多層印制線路板的自動(dòng)布線可實(shí)現(xiàn)高密度PCB 的100布通率。1 搶答電路仿真 2 定時(shí)電路仿真 第四章 制作與調(diào)試根據(jù)需求選擇電路的設(shè)計(jì)單元進(jìn)行組合，完成系統(tǒng)的原理圖設(shè)計(jì)與 PCB 設(shè)計(jì)，對(duì)制作好的 PCB 板，或準(zhǔn)備好的面包板，按照裝配圖或原理圖進(jìn)行器件裝配，裝配好之后進(jìn)行電路的調(diào)試。1 制作PCB繪制PCB 圖（見附錄）2 電路調(diào)試21 通電準(zhǔn)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 PC

32、B 上的集成塊，然后接通電源，用萬用表檢查板上的各點(diǎn)的電源電壓值，完好之后再關(guān)掉電源，插上集成塊。 22 單元電路檢測(cè) 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（ 4Q1Q ）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(shí)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(shí)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(hào)，如當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按下 ）， 74LS148

33、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(hào)不會(huì)被接收。 2 定時(shí)電路用示波器檢查 555 的輸出波形是否為 1Hz 的方波信號(hào)，如不是對(duì) 555 的外圍電路進(jìn)行調(diào)整達(dá)到要求為止 。 給 74LS192 的數(shù)據(jù)輸入端設(shè)定一次搶答的時(shí)間，如 35 秒（ 00110101 ）的八位數(shù)據(jù)。觀察顯示器的顯示時(shí)間是否進(jìn)行減一的計(jì)數(shù)。有問題按原理進(jìn)行修改。 3 時(shí)序控制 主持人將控制開關(guān)撥到

34、“開始”位置時(shí)，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。 當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，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)，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。3 組裝調(diào)試431 檢測(cè)與查閱器件用數(shù)字即成電路測(cè)試儀檢測(cè)所用的集成電路。通過查閱集成電路手冊(cè)，標(biāo)出電路圖中各集成電路輸入、輸出端的引腳編號(hào)432 連接電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(shí)候，要注意器 件的活口方向，同時(shí)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(fù)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。433 電路調(diào)試首先按照搶答器的功能進(jìn)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(shí)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(gè)七段LED 數(shù)碼顯示器組成的. 在調(diào)試時(shí), 可以在編碼器的各輸入端接上開關(guān), 當(dāng)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(shí), 我們可以在各觸發(fā)器的Q 端接各接上一個(gè)發(fā)光二極管, 接上電源,