八路數(shù)字搶答器畢業(yè)論文

1、 . 綜合設(shè)計實驗八路數(shù)字搶答器設(shè)計 姓 名： 學 號： 班 級： 電子091班 時 間：2011.122012.1月目錄摘要.1第1章 設(shè)計任務(wù)與系統(tǒng)功能簡介 2第2章 實現(xiàn)的原理與電路 22.1數(shù)字搶答器總體方框圖 .32.2 單元電路設(shè)計.4第3章 在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)的問題和所做的改進.53.1 選手的顯示問題 .73.2所做的改進.9第4章 組裝與調(diào)試.104.1 使用的主要儀器、儀表.114.2 電路調(diào)試.124.3 整機電路調(diào)試.13第5章 所用元器件列表.14第6章 搶答器實物電路圖.15第7章 總結(jié)與展望 .16參考文獻.17 摘要本文介紹了一種用74系列常用集成電路設(shè)計的數(shù)碼顯

2、示八路搶答器的電路組成、設(shè)計思路與功能。該搶答器除具有基本的搶答功能外，還具有定時、計時和報警多重功能。主持人通過時間預(yù)設(shè)開關(guān)預(yù)設(shè)供搶答的時間，系統(tǒng)將完成自動倒計時。若在規(guī)定的時間有人搶答，則計時將自動停止；若在規(guī)定的時間無人搶答，則系統(tǒng)中的蜂鳴器將發(fā)響，提示主持人本輪搶答無效，同時實現(xiàn)報警功能。關(guān)鍵詞八路, 搶答器, 設(shè)計,定時，計時，報警AbstractIn this paper, the electric circuit and designing thought of an answering racer based on the common-used series of 74 IC

3、 with 8-wire is introduced, and its function is also described. The answering races function includes timing, counting, and alarming, besides the basic function of an answering racer. The host sets the provided time for the answering race through the time-setting switch, after this the system will c

4、ount down the time automatically. If anybody answer the question on time, the counting of time will stop; If nobody answer the question on time, the alarm will give out some sound, helping the host know the race in this turn is of no use, so the function of alarming is achieved. Keywords8-wire, answ

5、ering racer, design, timing, counting, alarming 第1章 設(shè)計任務(wù)與系統(tǒng)功能簡介1.基本功能：（1） 搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，他們的編號分別是0、1、2、3、4、5、6、7，分別用8個按鈕S0 S7表示，按鈕的編號與選手的編號相對應(yīng)。（2）設(shè)置一個系統(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。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，揚聲器發(fā)出聲響提示，并在LED七段數(shù)碼管上顯示選手。選手搶答實行優(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。2.擴展功能：（1）搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時

6、間由主持人設(shè)定（如30秒）。當主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時，并用顯示器進行顯示，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時間0.5秒左右。（2）參賽選手在設(shè)定的時間進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。（3）如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。 第2章 實現(xiàn)的原理與電路2.1數(shù)字搶答器總體方框圖     如圖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"清零"狀態(tài)，搶答器處于禁止狀

7、態(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，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當一輪搶答之后，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)。 主體電路搶答按鈕報警電路控制電路主持人控制開關(guān)譯碼電路定時電路秒脈沖產(chǎn)生電路顯示電路譯碼電路譯碼顯示鎖存器優(yōu)先編碼電路 擴展電路圖1 設(shè)計框圖2.2 單元電路設(shè)計   (1)

8、 搶答器電路     設(shè)計電路如圖2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，同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字數(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，RS觸發(fā)器的R、S端均為0，4個觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端）0，使之處于工作狀態(tài)。當開關(guān)S置于"開始"時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將搶答按鍵按下時（如按下S

9、5），74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后，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)先編碼工作標志端（圖中5號端），處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74LS148的此時由于仍為CTR，使優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端），所以74LS148仍處于禁止狀態(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號，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“清除”然后再進行下一輪搶答。74LS148為8線3線優(yōu)先編碼器，表1為其功能表。圖數(shù)字搶答器電74LS148引腳圖：表1 74

10、LS148的功能真值表(2) 定時電路 節(jié)目主持人根據(jù)前答題的難易程度，設(shè)計一次搶答的時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進行預(yù)置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供?？深A(yù)置時間的電路選用十進制同步加/減計數(shù)器74LS192進行設(shè)計。圖3 可預(yù)置時間的定時電路原理與設(shè)計：該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制同步加減計數(shù)器74LS192減法計數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預(yù)置數(shù)控制端實現(xiàn)預(yù)置數(shù)，由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定

11、一次搶答的時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進行預(yù)置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG 上，當有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時，輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。下面結(jié)合圖4具體講一下標準秒脈沖產(chǎn)生電路的原理。結(jié)合圖4，圖中電容C的放電時間和充電時間分別為，于是從NE555的3端輸出的脈沖的頻率為，結(jié)合我們的實際經(jīng)驗與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，即秒脈沖。ui1 u

12、i2 uO T的工作狀態(tài)01  1  1  1××01  1  0  0導(dǎo)通截止  截止  導(dǎo)通  導(dǎo)通表2 555定時器功能表圖4 標準秒脈沖產(chǎn)生電路 （3）報警電路由555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖5示。其中NE555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率 1.43（RI2R2）C，其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。PR為時序控制電路輸出的控制信號，當PR為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。圖5報警電路（4）時序控制電路    時序控制電路是搶答

13、器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下三項功能：主持人將控制開關(guān)撥到"開始"位置時，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態(tài)。當參賽選手按動搶答按鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。當設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲，表示此次搶答無效，搶答電路和定時電路停止工作。圖6時序控制電路根據(jù)上面的功能要求以與圖2，設(shè)計的時序控制電路如圖6所示。圖中，與門G1 的作用是控制時鐘信號CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸入使能端（即圖二中的5端）。圖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，來自于圖2中的

14、74LS279的輸出 1Q,即CTR=0，經(jīng)G3反相，輸出為1，則NE555產(chǎn)生的時鐘信號CP能夠加到74LS192的CPD時鐘輸入端（圖中用CLCK表示接入到74LS192CPD端的信號），定時電路進行遞減計時。同時，在定時時間未到時，則"定時到信號"為 1，門G2的輸出 =0，使 74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求。當選手在定時時間按動搶答按鍵時，CTR1，經(jīng)G3反相，輸出為0，封鎖 CP信號，定時器處于保持工作狀態(tài)；同時，門G2的輸出 =1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求。當定時時間到時，則"定時到信號"為0，/

15、ST=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答。同時，門G1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖時鐘CP信號，使定時電路保持00狀態(tài)不變，從而實現(xiàn)功能的要求。集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121用于控制報警電路與發(fā)聲的時間（其功能表見表3）,具體原理如下：主要由555時鐘電路（用于控制報警聲音頻率）、蜂鳴器即相關(guān)的延時電路和控制電路組成。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121通過信號/Ys、BO2、S控制報警與否和報警時間，555時鐘電路產(chǎn)生脈沖時鐘。在規(guī)定的時間有人搶答時，/Ys由1跳變到0，74121有狀態(tài)2（見表3狀態(tài)編碼），即Q輸出暫態(tài)高電平，蜂鳴器連續(xù)發(fā)聲報警，持續(xù)時間為=4.3秒；如果在規(guī)定時間無人搶答，BO

16、2由1跳變到0，74121有狀態(tài)1，Q輸出暫態(tài)高電平，蜂鳴器連續(xù)發(fā)聲報警持續(xù)時間為結(jié)合圖5所示報警電路，分析計算如下：。取100uF,=51K,。有4.3秒。表3 74121功能表第3章 在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)的問題和所做的改進3.1 選手的顯示問題：（1）在設(shè)計過程中，我們發(fā)現(xiàn)按下?lián)尨鸢粹o后，我們希望其在七段數(shù)碼顯示管上顯示的選手是1到8，這樣符合我們一般的思維，而按照我們一開始所做的設(shè)計，數(shù)碼管只能顯示0到7，我們在認真研究體設(shè)計方案和7448譯碼器的功能表（見表四）后，發(fā)現(xiàn)解決此問題只須將顯示0改為顯示8，而其他的顯示則不改變。由表四可以看出，有兩種方案可供選擇：1是將7448的A3端置1，其

17、他位置0；2是將圖2中的4端置1，其他位不管。但是在計時未到時，4端始終為低電平，所以如果采用方案2的話，我們的整設(shè)計就將全部打亂，故方案2不可取。我們采用了方案1。我們通過觀察表四看出，只有在字形（見表四）為0時，/A2/A1/A0=1,其他均為0。于是我們就將A2、A1、A0 三端先接入非門7404，然后將他們接入與門7408，7408的輸出接7446的A3端，這樣就實現(xiàn)了顯示8的功能，其他的數(shù)碼的顯示并無影響。（2）在計時結(jié)束時讓選手顯示牌顯示0而不是8的問題。承1中所述，我們實現(xiàn)了選手顯示8的問題，但隨之而來的是當計時結(jié)束時因為A2、A1、A0均為零，導(dǎo)致我們在做出（1）中所述改動后，

18、選手顯示牌上顯示的為8而不是我們要求的0。此時我們?nèi)匀皇峭ㄟ^研究我們的總體電路圖來解決這個問題的。我們知道，只有在字形（見表四）為0時，/A2/A1/A0=1，其他時候其值均為0。當計時時間到時，定時到信號輸出為0，若將定時到時間信號與/A1、/A2、/A0一起接入與門，然后再接入到A3端的話，那么在定時到時，A3、A2、A1、A0均為0，經(jīng)7448譯碼輸出即為0。（3）主持人按下?lián)尨鸢存I時選手牌顯示為7而不是我們要求的0的問題。在電路焊接過程中，我們在主持人的按鍵選擇上選擇了點觸式開關(guān)，因為未對這種開關(guān)做細致的分析，我們發(fā)現(xiàn)每次主持人按下?lián)尨鸢存I選手顯示牌上總是為7。經(jīng)過我們的認真分析，我們

19、找到了原因，是我們的開關(guān)選擇出了問題。點觸式開關(guān)在按下后馬上又彈起，此即問題的所在。于是我們很快將其更換為單刀雙置開關(guān)，問題得到了解決。3.2所做的改進顯示電路顯示不穩(wěn)定的問題。在完成電路的焊接，進入調(diào)試階段時，我們的搶答器顯示電路出現(xiàn)了不穩(wěn)定的問題。主要表現(xiàn)在當我們在完成一輪搶答后對計時時間進行重新設(shè)定時，顯示部分會出現(xiàn)亂碼的現(xiàn)象。開始我們以為是芯片出了問題，于是對芯片進行了逐個排查，確定芯片沒有損壞后，我們開始檢查導(dǎo)線的焊接情況。我們利用萬用表對接線處逐個進行了排查，最后發(fā)現(xiàn)某芯片的一個引腳處的導(dǎo)線松了。我們對導(dǎo)線進行了重新焊接，過后系統(tǒng)恢復(fù)了穩(wěn)定。 表4 第4章 組裝與調(diào)試4.1 使用的

20、主要儀器、儀表多路直流穩(wěn)壓電源YB1719；數(shù)字萬用表MY61；數(shù)字示波器TDS1012；函數(shù)發(fā)生器EE1411；4.2 電路調(diào)試(1) 單元電路檢測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4端/BI/RBO=0，顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端，即5端/ST=0，74LS148處于工作狀態(tài)，此時鎖存電路不工作。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，如當有選手將搶答按鍵按下時（如按下），

21、74LS148的輸出=010，=0，經(jīng)RS鎖存器后，74279的輸出1Q,即CTR=1，/BI/RBO =1，74LS279處于工作狀態(tài)，輸出端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不會被接收。定時電路用示波器檢查555的輸出波形是否為1Hz的方波信號，如不是對555的外圍電路進行調(diào)整達到要求為止。給74LS192的數(shù)據(jù)輸入端設(shè)定一次搶答的時間，如35秒（00110101）的八位數(shù)據(jù)。觀察顯示器的顯示時間是否進行減計數(shù)。有問題按原理進行修改。時序控制與報警電路<1> 主持人將控制開關(guān)撥到“開始”

22、位置時，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態(tài)。<2> 當參賽選手按動搶答按鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。<3> 當設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。4.3 整機電路調(diào)試開始時，主持人將控制開關(guān)接地，搶答電路部分鎖存器74LS279的狀態(tài)輸出全為0，74LS48的滅燈輸入與鎖存器74LS279的Q1相接，故搶答電路無顯示（清除）；與此同時，在計時電路部分，減法計數(shù)器74LS192的預(yù)置數(shù)端為0，將事先的預(yù)置數(shù)送入減法計數(shù)器中。當主持人按鍵彈起時，計數(shù)器開始計數(shù)工作，搶答開始。在沒有人按鍵且搶答時間沒到時，優(yōu)先編碼器

23、/Yex輸出為1，計數(shù)器BO2輸出為1，74148的5端，即0,而優(yōu)先編碼器和計數(shù)器都正常工作；當在規(guī)定時間有人按下?lián)尨鸢存I時，/YEX輸出為“0”， CTR=1，/ST=1，優(yōu)先編碼器停止工作，此后選手的搶答無效，電路將按鍵者的編號顯示在LED上；同時，CTR=1，計數(shù)部分的計數(shù)脈沖=0，計數(shù)器停止工作，此時的倒計時時間記錄并顯示在LED上；74148的/Ys端由1跳變到0，74121有狀態(tài)2，即Q輸出暫態(tài)高電平，蜂鳴器連續(xù)發(fā)聲報警，持續(xù)時間為=4.3秒。 如果在規(guī)定時間無人搶答，BO2由1跳變到0，74121有狀態(tài)2， Q輸出暫態(tài)高電平，蜂鳴器連續(xù)發(fā)聲報警持續(xù)時間為=4.3 秒；ST=1，

24、搶答電路停止工作，此后的搶答按鍵無效。 第5章 所用元器件列表序號編號名稱數(shù)量說明174LS192十進制可逆計數(shù)器2片工作電壓5V2NE555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2片工作電壓5V374LS48七路顯示譯碼器3片工作電壓5V474LS148優(yōu)先編碼器1片工作電壓5V574LS279觸發(fā)器1片工作電壓5V674LS121非重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1片工作電壓5V77400與非門1片工作電壓5V87408與門1片工作電壓5V97404反向器1片工作電壓5V109013三極管1個11R3、R4510電阻3只12R268k電阻2只13R115k電阻2只14R6100k電阻1只15R51k電阻2只16R710k電阻10

25、只 第六章 搶答器實物電路圖 通過對電路的一些功能需求分析，我們運用了Protel 99 SE軟件對電路圖進行了設(shè)計，并將搶答器工作原理電路圖和PCB板電路圖設(shè)計出來，再進行元器件的焊接，將實物電路制作出來，如圖4-3-1所示。4-3-1搶答器實物電路圖 第七章 總結(jié)與展望本設(shè)計介紹了一種用74系列常用集成電路設(shè)計的數(shù)碼顯示八路搶答器的電路組成、設(shè)計思路與功能。本設(shè)計主要講述了八路搶答器的工作原理和工作過程。在說明工作原理的過程中，突出了搶答器設(shè)計中的基本電路的組成單元以與這些單元如何實現(xiàn)搶答功能；結(jié)合本設(shè)計的容，指出了各單元電路的設(shè)計方法和意義，以與如何進行搶答控制。在這次設(shè)計中遇到了很多實際性的問題，在實際設(shè)計中才發(fā)現(xiàn)，書本上理論性的東西與在實際運用中的還是有一定的出入的，所以有些問題不但要深入地理解，而且要不