八路抢答器课程设计Word文件下载.docx
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定时;
报警
ABSTRACT
Summarypreemptiveanswerdeviceofthisaproductsisvariousraceactivitiesinthelessonsmissingofdevice,itofdevelopmentiscomparisonfastof,fromabeganofjusthaslockfunctionofacircuit,tonowofhascountdown,andscheduled,andautomaticallyormanualreset,andalert(issoundtips,someamusicofformtoreflected),andscreendisplayed,andpressglow,multiplefunctionoftechnologymerged,thisoncandescriptionitsmultiplefunctionandthedevelopmentoffast.
PreemptiveanswerforthepreemptiveanswerinadditiontobasicfunctionsCountdowntothesystemwillbecompletedautomatically.Ifitwaspreemptiveanswerwithinaspecifiedtime,thetimerwillautomaticallystop;
ifnopreemptiveanswerwithintheprescribedtime,enablealarmfunctionality,ifmorethanpreemptiveanswerthepreemptiveanswerisinvalid.
Thepreemptiveanswerismainlyappliedtotheencoder,decoderandlatch:
ituses74LS148toachievepreemptiveanswerselected,74LS192implementsubtractionofdecimalcounting,555chipshaveasecondtorealizepulsesignalfunction,74LS121singlesteady-stateoutputalarmsignaltothechip.
Keywords:
Preemptiveanswer;
555;
timing;
alarm
目录
摘要2
1设计要求及方案选择4
1.1设计要求4
1.2方案选择4
2理论分析与设计5
2.1抢答电路的原理分析与设计5
2.2定时电路7
2.3秒脉冲产生电路9
2.4警报电路9
2.5控制电路10
3电路设计12
3.1总电路12
3.2电路仿真,pcb图,实物图14
4系统测试17
4.1调试所用的基本仪器17
4.2调试结果17
4.3测试结果分析17
5设计总结18
5.1元件补充简介19
5.2电路元件清单20
参考文献21
1设计要求及方案选择
1.1设计要求
(1)设计一个智能竞赛抢答器,可同时供8名选手参赛,他们的标号分别是1、2、3、4、5、6、7、8,各用一个抢答按钮,按钮的编号与选手的编号相对应,分别是s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8.
(2)给主持人设置一个控制开关,用来控制系统的清零和抢答的开始。
(3)抢答器具有数据锁存和显示功能。
抢答开始后,若有选手按动抢答按钮,编号立即锁存,并在LED数码管上显示出选手的编号,同时扬声器给出音响提示
为此,要锁存输入电路,禁止其他选手抢答。
优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
1.2方案选择
图2-1八路抢答器结构图
1、八组参赛者在进行抢答时(用八个LED数码管)代表,当抢先者按下前面的按钮时,抢答器能够准确地判断出抢答者,并以声为标志。
2、抢答器具有锁存功能,某组抢答后能自动锁存其他各组进行抢答。
3、抢答具有一个总开关来控制电路的复位。
4、抢答具有限时功能,时间到时应发出声响,同时,时间数据要用数码管显示出来。
5、有选手抢答时时间停止,警报电路发出警报信号。
2理论分析与设计
2.1抢答电路的原理分析与设计
该电路完成两个功能:
一是分辨出选手按键的先后并锁存电平信号,并通过译码显示电路显示编号;
二是是其他选手的抢答信号处于无效状态。
该电路主要有八D锁存器74LS373、优先编码器74LS148七段译码器74LS48、74LS04、和七段数码管组成。
Dn
C
Qn
1
*
Q0
Z
74LS373八D锁存器引脚图和功能表图示
VccQ8D8D7Q7Q6D6D5Q5C
OC非Q1D1D2Q2Q3D3D4Q4GND
74LS373的引脚图74LS373的功能表
由功能表可以看出,74LS373只有当
=0是才能完成数据传输货锁存功能,当
=0且C=1时,74LS373输出随输入一起改变,当
且C=0时,74LS373将C发生正跳变前芯片的输出锁存。
74LS148是8线-3线优先编码器,其功能是判断抢答选手的编号,并对编号进行编码。
其引脚图和功能表如下:
输入
输出
EI76543210
A2A1A0GSEO
1XXXXXXXX
011111111
00XXXXXXX
010XXXXXX
0110XXXXX
01110XXXX
011110XXX
0111110XX
01111110X
011111110
1*1*1*11
1*1*1*10
10001
00101
01001
01101
10101
11001
11101
74LS148的引脚图
74LS148的功能表
七段显示译码器74LS48输出高电平有效,用以驱动共阴极显示器。
引脚图如下
为消隐输入端(低电平有效)/脉冲消隐输出端(低电平有效),
为灯测试输入端(低电
平有效),
为脉冲消隐输入端(低电平有效),当
时,a-g全为0,数码管显示全灭。
74LS48的引脚图
根据各个芯片功能,画出抢答电路,如图所示:
抢答电路的原理:
一开始,主持人开关置于0,74LS373处于锁存状态,任何选手抢答都无效。
此时74LS148的GS=1,EO=0,数码管灯全灭。
当主持人宣布开始工作时,开关置1,74LS373处于等待状态,当任意一个选手按下抢答按钮后,74LS373开始工作,此时Qn=Dn即与输入端对应的输出端为低电平,低电平经过74LS148编码后输出的是一组与输入对应的三位二进制代码,经反向后经过译码显示电路将对应的编号显示出来。
编码器74LS148工作时输出使能端EO为高电平,将其与开关信号一起经过异或门介入在经过与门接C端,此时由于EO与开关信号同为1,则C=0,再次将74LS373锁存,即使再有其他选手按动按钮,也不会再有输出。
这样完成一轮抢答,当主持人将开关置0时,74LS373输出全为1,则EO=0,使数码管灯全灭,并且74LS373进入锁存状态。
等待下一轮抢答开始。
2.2定时电路
该电路要求具有定时抢答的功能,并且定时时间由主持人设定,因此要设计定时电路。
该部分电路主要有555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个共阳极7段数码管。
74LS192是具有置数和清零功能的同步十进制减法计数器,其引脚图图9和功能表图10分别如下:
注
CLR
UPDWNABCD
QAQBQCQD
1XXXXXXX
00XXD1D2D3D4
011XXXX
0111XXXX
0000
D1D2D3D4
加法计数
减法计数
保持
异步清零
异步置数
74LS192的引脚图
74LS192的功能表
A、B、C、D为预置数输入端,QA、QB、QC、QD计数数据输出端,
为进位输出端(低电平有效),
为借为输出端(低电平有效)。
555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成单电路,其应用极为广泛。
其引脚如图所示。
555定时器引脚图
定时电路的原理:
首先主持人根据题的难易程度来确定强大时间,并通过74LS192的置数端将时间输入,抢答开始前主持人将开关置0,处于清零锁存状态,当主持人将开关置于1时,就不能再预置数了,就开始抢答,此时有秒脉冲电路产生的秒脉冲信号进入74LS192,是芯片由预置数开始减计数工作,若没有选手抢答,一直减至00,产生警报,同时输出端“定时到信号”端由1跳变到0,阻止了秒脉冲信号进入计数器,计数器停止工作。
若即使期间有人抢答,“输出到三端与门”端由1跳变到0,同样是减计数器停止工作,显示器上显示此时刻。
定时电路原理图如下。
2.3秒脉冲产生电路
为了准确地计时,本设计需要内部秒脉冲产生电路,即能够产生周期为一秒的电路。
如图所示为用555设计的秒脉冲产生电路。
因为周期为一秒,所以频率是1HZ。
图中电容C5的充放点时间分别是:
T1=(R15+R16)*c5*ln2
0.7(R15+R16)*C1,T2=R16*C5*ln2
0.7R2*C
所以555的3端输出的频率为:
f=1/(T1+T2)
1.43/[(R15+2R16)*c5]秒脉冲产生电路
这里采用的电阻电容值分别是:
R15=15K,R16=64K,C5=10UF,满足上式,即得到的是秒脉冲,其中C2是抗干扰的作用。
2.4警报电路
为了满足设计要求必须设计警报电路,该电路主要有555定时器组成,电路图如图所示。
图中555定时器用来构成多谐振荡器,振荡频率3端的输出脉冲频率为:
f=1.43/[(R11+2R12)*C1]
1KHZ
3端输出信号经过二极管驱动扬声器,发出警报信号。
当4端的输入信号是1时,振荡器工作,有警报信号,4端输入0时振荡器不工作,没有警报信号。
警报电路原理图
2.5控制电路
控制电路是抢答器的关键,控制电路包括控制扬声器发生时间的部分电路和将以上各个部分电路连接起来的电路。
其主要完成一下三项功能:
1.主持人将控制开关拨到“开始”位置时,扬声器发声,抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。
2.当参赛选手按动抢答按键时,扬声器发声,同时抢答电路和定时电路停止工作。
3.当设定的强大时间到,无人抢答时,扬声器发声,同时抢答电路和定时电路停止工作。
该部分电路的核心元件是74LS121,其引脚图如图所示,功能表如图所示
74LS121引脚图74LS121的功能表
74LS121具有如下功能特性:
1.当A1,A2两个输入中有一个或两个高电平时,B产生由0到1的正跳变时,电路有正脉冲输出。
2.当B为高电平时,A1,A2两个输入中有一个或两个产生由1到0的负跳变时,电路有正脉冲。
其电路图如图所示。
由引脚6输出正脉冲宽度即控制扬声器发生时间
T=R1*C1*ln2
0.7R1*C1,而抢答电路要求发声时间0.5秒,因此选取R1=10uf可满足要求。
“输出到三端与门”端,“定时到信号”、
端,“主持人开关”端,通过与们共同控制输
出正脉冲的有无,当电路处于初始状态时,“主
持人开关端”为低电平,“输入到三端与门”
端为高电平,“定时到信号”端为高电平,此时A1=0,A2=1,B=0,当主持人宣布开始抢答时,将开关S置于高电平,B产生0到1的正跳变,同时A1由0变成1,6引脚输出宽度为0.5秒的正脉冲,驱动扬声器发声0.5秒。
若在规定时间内有选手抢答,“输出到三端与门”端变为低电平,这样A1就由1变成0,产生一个负跳变,电路输出正脉冲,扬声器发声。
若主持人宣布开始抢答后无人抢答,A1=1,A2=1,B=1,预定时间到时,“定时到信号”端为0,A2将产生一个1到0的负跳变,电路输出脉冲,扬声器发声。
3电路设计
3.1总电路
抢答电路整体图
下面介绍抢答电路整体工作原理。
首先是各个抢答选手分别对应的编号是S1,s2,s3,s4,s5,s6,s7,s8.抢答后显示器上显示的分别是1、2、3、4、5、6、7、8。
然后是主持人对整个系统清零,将开关置于“清零”位置,输出低电平,分为三路:
一路与74LS148的EO端异或后变为高电平输出到74LS373的使能端C,此时锁存器不锁存数据,所以抢答部分显示器灭灯无显示,实现了清零,同时,EO由高电平变成低电平,与清零端异或后输出0,使74LS373处于锁存状态;
另一路低电平输出到计数器74LS192的
端,而CLR接低电平,所以使得对应显示器输出预置的数据;
三十与集成单稳态触发器74LS121相连,因为是低电平所以没有警报信号
接下来主持人根据题目的难易程度设置强大时间,此设定可以通过调节输入两片74LS192的四个输入端D,C,B,A的高低电平来进行设置(例如要设定时间为30秒,就将十位的74LS192的D,C,B,A分别置为0、0、1、1,而将个位的74LS192的D,C,B,A都置0)。
当主持人宣读完题目说“开始”并将开关置于“开始”位置后,输出为按平,此高电平有三路方向:
一路输出到集成单稳态触发器74LS121的输入端,使其产生单个周期为0.5秒的脉冲,驱动警报电路发出声响,即实现了发声提示的功能;
另一路输出到74LS192的
端,使其处于高电平而开始减计数;
还有一路与EO信号(此时为0)异或后将高电平输入C端,使八D锁存器处于传输状态,此时任何选手抢答有效。
当任意一名选手抢答时,例如2号抢答时,八D锁存器74LS373工作,与输入端相对应的输出端Q2输出低电平,则锁存器输出的八位电平经8-八位优先编码器74LS148编码输出的A2-A0再经反向后成为与输入信号相对应的三位二进制代码010,而74LS148的EO输出由低电平变成高电平,输出到七段译码显示器74LS48的二进制码经其译码后输出到七段共阴数码管上,则显示器显示对应的编号。
此时,74LS148的EO端输出高电平,开关也输出高电平,二者经过异或门输出低电平,输出到锁存器74LS373的C端,起到锁存功能,其他选手若再按动对应按钮也无对应输出,即实现了抢答功能;
同时,由于74LS148的EO端输出高电平输出到集成单稳态触发器74ls121d的输入端,使其产生单个周期为0.5秒的脉冲,驱动警报电路发出声响,即实现了发声提示功能;
同时,74LS148的GS端输出电平由高遍地,与秒脉冲相与后输出为0,使得脉冲抵达个位计数器74LS192的DWN端。
计数器停止工作,保持原来显示不变,即实现了暂停减计数使其记录抢答时间的功能;
若没有选手按动按钮,则74LS373输出全为高电平,74LS48也输出高电平,EO端输出低电平至74LS148的灭灯输入端RI/RBO,使得信号经74ls192的结尾输出端输出低电平,将此输出低电平输入到单稳态触发器74LS121的B端口,使其产生周期为0.5秒的脉冲刺激警报电路发声提示。
综上所述,我们设计的电路完全可以实现要求中的所有功能。
3.2电路仿真,pcb图,实物图
由于八路抢答器的电路比较复杂,芯片较多,而且我们采用的是pcb单层板,又受pcb板尺寸的限制,布线较困难,所以我把该电路画成两个pcb图,分别是
(1)抢答电路、秒脉冲电路、报警电路PCB图。
(2)定时电路PCB图。
总电路仿真图
(1)抢答电路,秒脉冲电路,报警电路PCB图
(2)定时电路
实物图
4系统测试
4.1调试所用的基本仪器
调试所用的仪器主要是:
万用表
4.2调试结果
经过调试八路抢答器可以实现了各个功能的设计要求。
4.3测试结果分析
经过测试,找出了抢答器电路出现了球焊、以及虚焊、还有一条铜模线短线的问题。
原因可能是因为设置电路的铜膜线过小导致腐蚀电路板的时候腐蚀断线的。
5设计总结
通过本次数电的课程设计,我觉得我还有很多的专业知识没有掌握到位,开始时完全不知道怎么去做本次的课程设计,所以在做该设计前,我又把那本数电书完完全全地复习了一遍,感觉当自己特别有激情地想去做一件作品出来时、把那些知识点联系到实际应用当中去时,就会觉得以前上课听不懂的知识点会很容易弄懂。
但是当我们真正去做一件作品出来的时候,才知道光懂理论知识远远是不够的。
特别是开头做设计时,proteus仿真不会用、用protel99se画图时出现了很多错误,也不知道怎样布局才能使跳线最少、集成芯片的各引脚功能不懂,还有就是我们不懂74ls04是集成了很多非门的芯片,所以导致我们多买了很多这种芯片。
只有经历的越多,错的越多,才会懂得越多。
在做设计时有几点是特别重要的,第一点:
我们必须懂得上网查资料,因为在做设计时,很多芯片我们是没见过的,也不知道怎么使用,当然在设计当中也会遇到各种各样的故障,例如,我们用proteus仿真时,经过编码、译码、再到数码管显示,结果数码管不能显示“8”字出来,上网才知道这只是proteus的一个漏洞。
第二点:
我们必须先搞透彻理论了再动手去做。
因为不懂理论就去做设计就会盲目,出现故障时也不知道是哪里问题,怎么解决。
第三点:
自信。
在做设计时总会有些人嘲笑自己,说你这样或那样的,但当你一切都准备充足了,理论等什么都弄懂了,你就尽管去做。
第四点:
坚持,耐力。
要知道做好一个设计不是一天两天就能做成的,当然在当中也会遇到这样或那样的困难,此时千万不能焦躁,相信自己,遇到问题解决问题,按部就班总会完成的。
像我在用protel画该设计电路的pcb图时,我全部都是用手动布线的,因为我知道手动布线稳定可靠,后面做出作品时也确实是这样。
但手动布线是需要很大的耐心的,因为电路比较复杂我用了整整一天才画好pcb板图,在画图也积累了很多经验,怎样布线才会又美观又使跳线很少,只有去做才会积累经验。
上天是不会辜负有心人的,只要自己准备好了,就一定会成功!
5.1元件补充简介
补充介绍74LS04.74LS86,74LS11。
74LS04是非门集成芯片,其引脚图和功能表如图所示
74LS04引脚图和功能表
74LS86是而输入异或门集成芯片,其引脚图功能表如图所示。
74LS86引脚图和功能表
74LS11是三输入与门集成芯片,其引脚图和功能表如下。
74LS11引脚图和功能表
5.2电路元件清单
电阻
10k(13个)、510R(2个)、51R(1个)、68K(3个)
LED
1个
电容
10u(1个)、100nf(1个)、1u(2个)、100uf(1个)
74LS48
74LS04
74LS148
74LS373
74F08
74121
74LS192
2个
74LS86
74LS247
74LS11
共阴七段数数码管
共阳七段数码管
按钮
8个
蜂鸣器
555
三端开关
NPN
参考文献
- 配套讲稿:
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- 关 键 词:
- 八路 抢答 课程设计