電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)-多路智能競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在計(jì)算機(jī)支持的信息技術(shù)時(shí)代，電子技術(shù)日益數(shù)字化，數(shù)字電路以其的 基本單元簡(jiǎn)單化，應(yīng)用單元標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化的特點(diǎn)，長(zhǎng)驅(qū)直入地深入到電力、通訊、計(jì)算機(jī)、家電、機(jī)械等行業(yè)的應(yīng)用。數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)

2、啟動(dòng)報(bào)警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。</p><p>　　關(guān)鍵詞：搶答電路，譯碼電路，報(bào)警電路，時(shí)序控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Support in the computer information techn

3、ology era, the growing digital electronic technology, digital circuit of the basic unit of its simplicity, the application of unit standardization, modularization, General of the characteristics and depth to run its elec

4、tric power, communications, computers, home appliances, machinery, etc. applications. Answer the number of circuits is controlled by the main circuit and expansion. Priority encoder circuit, latch, decoder circuit will b

5、e teams of the inpu</p><p>　　Keywords：Vie for answering the circuit，Timing circuit，Warning circuit，Time sequence controlling</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)方案選擇1</p

6、><p>　　2.單元電路設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1搶答電路設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.2 定時(shí)電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.3 報(bào)警電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.4 時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.搶答器整體電路圖8</p><p

7、><b>　　4.相關(guān)芯片9</b></p><p>　　4.1 四RS觸發(fā)器74LS2799</p><p>　　4.2二進(jìn)制的BCD碼譯碼管74LS489</p><p>　　4.3輸入端4與門74LS0810</p><p>　　4.4 優(yōu)先編碼器74LS14811</p><p

8、>　　4.5 555定時(shí)器12</p><p><b>　　5.仿真結(jié)果14</b></p><p>　　6.課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)15</p><p><b>　　7.參考文獻(xiàn)17</b></p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)方案選擇</b></p>&

9、lt;p>　　1.1 基于單片機(jī)的設(shè)計(jì)</p><p>　　用單片機(jī)及外圍電路組成，由于采用單片機(jī)，使得外圍電路非常簡(jiǎn)單，而且功能比一般搶答器多。但考慮到單片機(jī)成本高，以及個(gè)人知識(shí)局限性的問題，故未采用。</p><p>　　1.2 利用數(shù)字電路來(lái)設(shè)計(jì)</p><p>　　定時(shí)搶答據(jù)的總體框圖如圖所示，它由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功

10、能，即開始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答按鈕時(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。</p><p>　　圖1.1 搶答器總體框圖</p><p>　　圖所示的定時(shí)搶答器的工作過程是：接通電源時(shí)，節(jié)目主持人將開關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)顯示器上顯示設(shè)定的時(shí)間，當(dāng)節(jié)目主持人宣布搶答題目后，說一聲“搶答開始”，同時(shí)格

11、控制開關(guān)撥到“開始”位置，揚(yáng)聲器給出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器例計(jì)時(shí)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并封鎖輸入電路，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)搶答按鈕時(shí)，搶答器要完成以下四項(xiàng)工作：</p><p>　　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，然后由譯碼顯示電路顯示編號(hào)</p><p>　　揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意；<

12、/p><p>　　控制電路要對(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；</p><p>　　控制電路要使定時(shí)器停止工作，時(shí)間顯示器上顯示剩余的搶答時(shí)間，井保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當(dāng)選手將問題回答完畢時(shí)，主持人操作控制</p><p>　　開關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。</p><p><b>　　2

13、單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 搶答電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　搶答電路的功能有兩個(gè)：一是能分辨出選手按按鈕的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，供譯碼顯示電路用‘二是要使其他選手的按按鈕操作無(wú)效。選用優(yōu)先編碼器74LSl48和R5鎖存器74LS279可以完成上述功能，其電路組成如圖所示。</p><p><b>　　圖2.1

14、搶答電路</b></p><p>　　該電路的工作過程：當(dāng)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鎖存后，CTR=1,RBO(圖中4端) =1,七

15、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＝1，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端）＝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CTR＝1，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端）＝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(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“清除”然后再進(jìn)行下一輪搶答。

16、</p><h3>　　2.2 定時(shí)電路設(shè)計(jì)</h2><p>　　節(jié)目主持人根據(jù)答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時(shí)間，此處默認(rèn)為30 S，通過預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，此處選用十進(jìn)制同步加／減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖CPD由秒脈沖電路產(chǎn)生的CP脈沖提供[3]。</p><p>　　74LS192的真值表如圖4-2所示。</p>

17、<p>　　表 2.1 74LS192的真值表</p><p>　　此處用減計(jì)數(shù)，故接觸發(fā)脈沖，接高電平，低位芯片的借位信號(hào)端接到高位芯片的減計(jì)數(shù)觸發(fā)端進(jìn)行級(jí)聯(lián)。低位芯片的D、C、B、A端均接低電位，高位芯片的D、C、B、A分別接為0011以進(jìn)行置數(shù)為30.定時(shí)電路的電路圖如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 定時(shí)電路部分電路圖</p><h3&g

18、t;　　2.3 報(bào)警電路設(shè)計(jì)</h2><p>　　該電路由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖4所示。其中由555 芯片構(gòu)成多諧振蕩電路，振蕩頻率為</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　555 的輸出信號(hào)再經(jīng)三極管放大 ,從而推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲、報(bào)警兩個(gè)電路。PR為控制信號(hào)，當(dāng)PR為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作；反之，電

19、路停振。</p><p><b>　　圖2.3 報(bào)警電路</b></p><h3>　　2.4 時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)</h2><p>　　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：</p><p>　?、僦鞒秩藢⒖刂崎_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)入正常搶答工作狀態(tài)；

20、</p><p>　?、诋?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；</p><p>　?、郛?dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)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；</p><p>　　根據(jù)上面的功能要求以及圖 2.1和圖2.2，設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如下圖所示。圖中，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

21、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(lái)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(hào)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)，則"定時(shí)到信號(hào)"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①的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)

22、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(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②的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，則"定時(shí)到信號(hào)"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(hào)，使定時(shí)電路保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能③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[

23、4]。</p><p><b>　　圖5 時(shí)序控制電路</b></p><p>　　圖2.4 搶答與定時(shí)電路的時(shí)序控制電路 圖2.5 報(bào)警電路的時(shí)序控制電路</p><p>　　3. 搶答器整體電路圖</p><p>　　本次搶答器的整體電路圖如圖3.1所示：</p><p>　　圖3

24、.1 搶答器的整體電路圖</p><p><b>　　4 相關(guān)芯片</b></p><h3>　　4.1 四RS觸發(fā)器74LS279</h2><p>　　四RS觸發(fā)器74LS279的引腳圖如圖3-1和圖3-1-2所示：</p><p>　　圖4.1 74LS279引腳圖</p><p><

25、;b>　　圖4.2 功能表</b></p><h3>　　4.2二進(jìn)制的BCD碼譯碼管74LS48</h2><p>　　二進(jìn)制的BCD碼譯碼管74LS48引腳圖如圖5-1：</p><p>　　圖4.2 74LS48引腳圖</p><p>　　功能表如表5.1所示：</p><p>　　表5.1 7

26、4LS48功能表</p><h3>　　4.3 四輸入與門74LS08</h2><p>　　2輸入端4與門74LS08引腳圖如圖4.3：</p><p>　　圖4.3 74LS08引腳圖</p><h3>　　4.4 優(yōu)先編碼器74LS148</h2><p>　　優(yōu)先編碼器74LS148發(fā)生器電路引腳圖如圖4

27、.4所示：</p><p>　　圖4.4 74LS148引腳圖</p><p>　　優(yōu)先編碼器74LS148發(fā)生器真值表如表3-10所示：</p><p>　　表5-4 74LS148真值表</p><h3>　　4.5 555定時(shí)器</h2><p>　　4.5.1 555定時(shí)器引腳圖</p><

28、;p>　　圖5-5-1 555定時(shí)器引腳圖</p><p>　　Pin 1 (接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。 </p><p>　　Pin 2 (觸發(fā)點(diǎn)) -這個(gè)腳位是觸發(fā)NE555使其啟動(dòng)它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號(hào)上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。 </p><p>　　Pin 3 (輸出) -當(dāng)時(shí)間周期開始5

29、55的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約200 mA 。 </p><p>　　Pin 4 (重置) -一個(gè)低邏輯電位送至這個(gè)腳位時(shí)會(huì)重置定時(shí)器和使輸出回到一個(gè)低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。 </p><p>　　Pin 5 (控制) -這個(gè)接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計(jì)時(shí)器經(jīng)營(yíng)在穩(wěn)定或振蕩的

30、運(yùn)作方式下,這輸入能用來(lái)改變或調(diào)整輸出頻率。 </p><p>　　Pin 6 (重置鎖定) - Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個(gè)接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時(shí)啟動(dòng)這個(gè)動(dòng)作。 </p><p>　　Pin 7 (放電) -這個(gè)接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時(shí)為L(zhǎng)OW，對(duì)地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時(shí)為HIGH，對(duì)地為高阻抗。 <

31、;/p><p>　　Pin 8 (V +) -這是555個(gè)計(jì)時(shí)器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。</p><p>　　555定時(shí)器的功能表</p><p>　　表4.5.2 555定時(shí)器的功能表</p><p>　　4.5.3 555構(gòu)成構(gòu)成多諧振蕩器</p><p>　　

32、多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接同電源后，不需要電源后，不需要外加觸發(fā)信號(hào)（即沒有輸入信號(hào)）。便能自動(dòng)產(chǎn)生矩形脈沖，由于矩形脈沖中含有豐富的高次諧波分量，所以稱為多諧振蕩器。</p><p>　　先將555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器，在將施密特觸發(fā)器的輸出端經(jīng)RC積分電路接回到它的輸入端，即可構(gòu)成多諧振蕩器，且其電容C的電壓Vc將在VT+和VT-之間反復(fù)振蕩。</p><p>　　電容電壓Vc

33、與輸出電壓Vo的波形如下圖所示。</p><p><b>　　充電時(shí)間：</b></p><p><b>　　放電時(shí)間：</b></p><p>　　振蕩周期：T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2，振蕩頻率：f=1/T</p><p><b>　　占空系數(shù)： </b><

34、;/p><p>　　圖4.5.3 555構(gòu)成構(gòu)成多諧振蕩器</p><p><b>　　5. 仿真結(jié)果</b></p><p><b>　　搶答電路部分仿真</b></p><p>　　按動(dòng)控制開關(guān)使其處于清零狀態(tài)，此時(shí)顯示器應(yīng)顯示“00”，再將開關(guān)撥到開始工作的狀態(tài)，若有人搶答，假設(shè)為2號(hào)選手搶答有效

35、（即控制開關(guān)A由高電平撥到低電平），此時(shí)電路中的顯示器應(yīng)顯示“2”。仿真結(jié)果確實(shí)也是這樣的，是正確的。</p><p>　　圖6.1 搶答電路仿真圖</p><h2>　　6.課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)</h2><p>　　經(jīng)過連續(xù)幾天的奮戰(zhàn)，終于把多路智能搶答器的設(shè)計(jì)和仿真搞了出來(lái)，心里高興了一把，這幾天的努力終于有了收獲?；叵脒@幾天的過程，還真是有點(diǎn)“坎坷”。</

36、p><p>　　通過此次的設(shè)計(jì)還是學(xué)到了不少的東西。首先學(xué)會(huì)了設(shè)計(jì)一個(gè)時(shí)序組合邏輯電路的基本方法，雖然在課本學(xué)習(xí)中也提到了設(shè)計(jì)電路的方法，但是遠(yuǎn)沒有這次在經(jīng)過親自設(shè)計(jì)之后學(xué)到的多而且深刻。先分析電路的要求及其功能，確定大體的設(shè)計(jì)方向，回想與以前學(xué)到的那些知識(shí)有關(guān)及這期間學(xué)到的元件；然后把將要用到的芯片功能表找出來(lái)，并記住，能清楚的知道這個(gè)芯片在不同工作狀態(tài)下的輸出有什么不同，根據(jù)這個(gè)來(lái)設(shè)計(jì)出電路；同時(shí)還要用到列寫真值

37、表，畫出卡諾圖來(lái)分析他們之間的邏輯關(guān)系，據(jù)此畫出電路，并在仿真軟件上進(jìn)行仿真驗(yàn)證。此次電路設(shè)計(jì)還是很有幫助，有不少收獲的。</p><p><b>　　7.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分. 高等教育出版社. 2003年3月 </p><p>　　[2]康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分. 高等教育出版社

38、. 2003年4月</p><p>　　[3]劉建成. 電子線路試驗(yàn)教程. 北京氣象出版社. 2004 年1月</p><p>　　[5]王彩君/楊睿. 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn). 國(guó)防工業(yè)出版社. 2006年7月</p><p>　　[6]王建新/姜萍. 電子線路實(shí)踐教程. 科學(xué)出版社. 2003年9月</p><p>　　[7]劉建成. 電子線路試驗(yàn)