八路智力竞赛抢答器的设计Word格式文档下载.docx
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优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
3、抢答器具有定时抢答功能,且一次抢答时间由主持人设定(如30s)。
当主持人启动开始键后,要求定时器立即进行倒计时,并用显示器进行显示,同时扬声器发出短暂的声响,声响持续时间为0.5s左右。
4、选手在设定的时间内进行抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间,并保持到主持人将系统清零为止。
如果定时抢答时间已到,却没有选手抢答,则本次抢答无效,系统进行短暂的报警,并封锁输入电路,禁止选手超时后抢答,定时显示器上显示00.。
二.总体设计思路
2.1设计原理与参考电路
2.1.1数字抢答器总体方框图。
如图1所示。
其工作原理为:
接通电源后,主持人将开关拨到“清除”状态,抢答器处于禁止状态,编号显示器灭灯,定时器显示设定时间;
主持人将开关置“开始”状态,宣布“开始”抢答器工作。
定时器倒计时,扬声器给出声响提示。
选手在定时时间内抢答时,抢答器完成:
优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。
当一轮抢答之后,定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。
如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。
图1
2.1.2单元电路设计
(1)抢答器电路。
参考电路如图2所示
该电路完成两个功能:
一是分辨出选手按键的先后,并锁存优先抢答者的编号,同时译码显示电路显示编号;
二是禁止其他选手按键操作无效。
工作过程:
开关S置于“清除”端时,RS触发器的端均为0,4个触发器输出置0,使74LS148的=0,使之处于工作状态。
当开关S置于“开始”时,抢答器处于等待工作状态,当有选手将键按下时(如按下S5),74LS148的输出经RS锁存后,1Q=1,=1,74LS48处于工作状态,4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。
此外,1Q=1,使74LS148=1,处于禁止状态,封锁其他按键的输入。
当按键松开即按下时,4LS148的此时由于仍为1Q=1,使=1,所以74LS148仍处于禁止状态,确保不会出二次按键时输入信号,保证了抢答者的优先性。
如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。
74LS148为8线-3线优先编码器,表1为其功能表。
表174LS148的功能真值表
(2)定时电路。
该部分主要由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7段数码管即相关电路组成。
具体电路如图3所示。
两块74LS192实现减法计数,表2为74192的真值表。
通过译码电路74LS48显示到数码管上,其时钟信号由时钟产生电路提供。
74192的预置数控制端实现预置数,由节目主持人根据抢答题的难易程度,设定一次抢答的时间,通过预置时间电路对计数器进行预置,计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。
按键弹起后,计数器开始减法计数工作,并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG上,当有人抢答时,停止计数并显示此时的倒计时时间;
如果没有人抢答,且倒计时时间到时,BO2输出低电平到时序控制电路,控制报警电路报警,同时以后选手抢答无效。
下面结合图4具体讲一下标准秒脉冲产生电路的原理。
图中电容C的放电时间和充电时间分别为
t1=R2·
C·
In2≈0.7R2·
C,t2=(R1+R2)·
In2≈0.7(R1+R2)·
C
于是从NE555的3端输出的脉冲的频率为
f=1/(t1+t2)≈1.43/(R1+2R2)·
结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本,我们选择的电阻值为R1=15K,R2=68K,C=10uF,代入到上式中即得,即秒脉冲。
表3555定时器功能表
图4标准秒脉冲产生电路
(3)报警电路。
由555定时器和三极管构成的报警电路如图5示。
其中NE555构成多谐振荡器,振荡频率f0=1.43/[(RI+2R2)C],其输出信号经三极管推动扬声器。
PR为时序控制电路输出的控制信号,当PR为高电平时,多谐振荡器工作,反之,电路停振。
图5报警电路
(4)时序控制电路。
时序控制电路是抢答器设计的关键,它要完成以下三项功能:
主持人将控制开关拨到“开始”位置时,抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态;
当参赛选手按动抢答按键时,扬声器发声,抢答电路和定时电路停止工作;
当设定的抢答时间到,无人抢答时,扬声器自动报警,表示此次抢答无效;
图6时序控制电路
根据上面的功能要求以及图2,设计的时序控制电路如图6所示。
图6中,与门G1的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止,门G2的作用是控制74LS148的输入使能端(即图2中的5端)。
图4的工作原理是:
主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时,来自于图2中的74LS279的输出1Q,即CTR=0,经G3反相,输出为1,则NE555产生的时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端(图中用CLCK表示接入到74LS192CPD端的信号),定时电路进行递减计时。
同时,在定时时间未到时,则“定时到信号”为1,门G2的输出=0,使74LS148处于正常工作状态,从而实现功能①的要求。
当选手在定时时间内按动抢答按键时,CTR=1,经G3反相,输出为0,封锁CP信号,定时器处于保持工作状态;
同时,门G2的输出=1,74LS148处于禁止工作状态,从而实现功能②的要求。
当定时时间到时,则“定时到信号”为0,/ST=1,74LS148处于禁止工作状态,禁止选手进行抢答。
同时,门G1处于关门状态,封锁时钟CP信号,使定时电路保持00状态不变,从而实现无人抢答功能的要求。
集成单稳态触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间(其功能表见表3),具体原理如下:
主要由555时钟电路(用于控制报警声音频率)、蜂鸣器即相关的延时电路和控制电路组成。
单稳态触发器74121通过信号/Ys、BO2、S控制报警与否和报警时间,555时钟电路产生脉冲时钟。
在规定的时间有人抢答时,/Ys由1跳变到0,74121有状态2(见表3状态编码),即Q输出暂态高电平,蜂鸣器连续发声报警,持续时间为tw=4.3秒;
如果在规定时间内无人抢答,BO2由1跳变到0,74121有状态1,Q输出暂态高电平,蜂鸣器连续发声报警持续时间为tw。
结合图5所示报警电路,分析tw计算如下:
tw=R3C2ln2。
取C2=100uF,R3=51K,有tw=R6Cln2=4.3秒。
表474121功能表
三.整机电路设计
经过以上各单元电路的设计,可以得到定时抢答器的整机电路,如图7所示。
图7整机电路图
四.遇到的困难及解决的方法:
1.我们这次做的八路抢答器是安装在面包板上的。
在安装电路之前要仔细的检查一下面包板的导通状态。
也许在面包板的插孔里面留下硬线的铁丝。
或有的2个孔之间不能导通的倒通了。
在安装元件之前都要把这些问题排除掉。
要不然在调试的时候很难找到问题的出错点。
2.在安装的时候要小心不要把二极管的正反接错了。
要不然在数码管就不能显示正常的数字。
有时候连数码管都不亮。
3.在安装开关的时候要注意4脚开关的脚的导通状态。
4.在布线的时候也要注意,铁丝不能插的太深,也不能搭高架桥似的,因为这些细节的出错往往很难找到错的 我们设计的作品主要是用74系列集成芯片来完成的。
5.在焊接的过程中由于芯片的引脚过多,布线工作不是很方便。
有时候还因为某一根线没有焊牢,造成电路的不稳定,这些都是有待改进的。
我们的想法是根据单片机原理及相关知识对我们的设计进行一些改进。
6.完成电路的设计后,我们进行了电路的模拟,采用的方法是在面包板上进行模拟,虽然结果是模拟出来了,但是效率很低。
面包板存在着很多的不确定性。
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