武汉科技大学八路抢答器实验报告.docx
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武汉科技大学八路抢答器实验报告
二○一六~二○一七学年第一学期
(电子信息工程系)
电子技术课程设计报告
专业:
电子信息工程
班级:
1401班
学号:
201404135016
姓名:
程赐
指导教师:
陈建良
二○一六年八月二十八日
六路数字式竞赛抢答器
一.设计任务
掌握数字式竞赛抢答器的电路的组成、工作原理和设计方法。
熟悉常用数字逻辑电路的工作原理及使用方法。
在许多比赛活动中,为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者,通常设置一台抢答器,通过数显、灯光及音响等多种手段指示出第一抢答者。
同时还可以设置记分及奖励记录等多种功能。
该设计就是针对上述各种要求设计出的供6名选手参赛使用的数字式竞赛抢答器。
二.设计要求
1.设计制作一个可容纳六组参赛的数字式抢答器,每组设计一个抢答按钮供抢答者使用。
2.电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。
给主持人设置一个控制按钮,用来控制系统清零(抢答显示数码管灭灯)和抢答的开始。
在主持人将系统复位并发出抢答指令后,若参赛者按下抢答开关,则该组指示灯亮并用组别显示电路显示出抢答者的组别,同时扬声器发出“嘀-嘟”的双音音响持续2~3秒。
此时,电路应具备自锁功能,使别组的抢答开关不起作用。
抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
3.设置记分电路。
每组在开始时预置成100分,抢答后由主持人记分,答对一次加10分,否则减10分。
4.设置30秒的抢答定时电路。
当主持人按下开始按钮后,定时器开始倒计时,定时显示器显示倒计时时间。
若30秒内无人抢答,倒计时结束时,扬声器响,音响持续2~3秒。
若参赛选手在设定时间(30秒)内抢答有效,则抢答成功,扬声器响,音响持续2~3秒,同时定时器停止倒计时,抢答显示器上显示选手的编号。
抢答成功后立即启动2分钟的答题定时电路,定时显示器上显示剩余答题时间,并保持到主持人将系统清零为止。
三.硬件要求
1.本题要求准确的判断出第一抢答者的信号并将其锁存。
实现这一功能可用74LS279四路非RS触发器和锁存器等。
在得到第一信号后应立即将电路的输入封锁。
2.当电路形成第一抢答信号之后,用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别,也可以用发光二级管直接指示出组别。
与此同时需要鉴别出第一抢答信号以此来控制一个具频率的交替变化的音频振荡器工作,使其推动扬声器发出两个笛音音响,表示该题抢答有效。
编码器选择8线/3线优先编码器74LS148,译码及数码显示电路可以选择CD4511或74LS48,这里我们选择74LS48与一位共阴极数码管。
3.用石英晶体振荡器或555集成定时器产生频率为1Hz的脉冲信号(秒脉冲),作为定时计数器的CP信号。
4.30s倒计时电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计,可以预先设置电平已达到三十秒倒计时并标记定时到信号。
四.具体电路
1.抢答开关电路
具体元件说明:
共阴极数码管
数码管内部结构数码管引脚
共阴数码管内部实际就是8个发光二极管构成,这些二极管共一个阴极。
74LS48
74LS48功能说明:
动态灭零输入端
:
低电平有效。
当
=1、
=0、且译码输入全为0时,该位输出不显示,即0字被熄灭;当译码输入不全为0时,该位正常显示。
本输入端用于消隐无效的0。
如数据0736.40可显示为736.4。
9~15引脚分别连接数码管对应的引脚。
74LS148
74LS148为8线-3线优先编码器,下图为其功能表。
74LS279
以上电路完成两个功能:
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该编号;二是禁止其他选手按键操作无效。
工作过程:
开关S置于"清零"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的
=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,74LS148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开关重新置于“清除”端,然后再进行下一轮抢答。
2.定时电路
具体元件说明:
十进制同步加减计数器74LS192
功能说明:
CPU为加计数时钟输入端,CPD为减计数时钟输入端。
LD为预置输入控制端,异步预置。
CR为复位输入端,高电平有效,异步清除
CO为进位输出:
1001状态后负脉冲输出。
BO为借位输出:
0000状态后负脉冲输出。
将多个74LS192级联可以构成高位计数器,上图中左边预置3,右边预置0,将低位的13引脚连接至高位的4号引脚即可进行30秒倒计时。
555
555振荡频率fo=1.43/[(RI+2R2)C],经计算可以求得频率约等于1赫兹,即产生秒脉冲作为时钟脉冲。
3引脚和8引脚之间的发光二极管是用来检测是否产生脉冲。
3.报警电路
由555定时器和三极管构成的报警电路如图5所示。
其中555构成多谐振荡器,振荡频率fo=1.43/[(RI+2R2)C],其输出信号经三极管推动扬声器。
PR为控制信号,当PR为高电平时,多谐振荡器工作,反之,电路停振。
4.时序控制电路
元件介绍:
74LS121
管脚3(A1)、4(A2)是负边沿触发的输入端;管脚5(B)是同相施密特触发器的输端;管脚5(B)是同相施密特触发器的输入端,对于慢变化的边沿也有效;管脚10(Cext)和管脚11(Rext/Cext)接外部电容(Cx),电容范围在10pF~10µF之间;管脚9(Rint)一般与管脚14(VCC,接+5V)相连接;如果管脚11为外部定时电阻端时,应该将管脚9开路,把外接电阻(Rx)接在管脚11和管脚14之间,电阻的范围在2~40kΩ之间。
其他管脚:
管脚7(GND)、管脚2、8、13为空脚。
74LS00
可以用只含有与非表达式来表示上图中的逻辑关系,经分析后可以知道至少需要6个与非门,我们可以选用两个74LS00,每一个芯片中都含有四个与非逻辑门。
以上电路工作原理是:
主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时,来自图中的74LS279的输出1Q=0,经G3反相,A=1,则时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端,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的要求。
当选手在定时时间内按动抢答键时,1Q=1,经G3反相,A=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,从而实现当参赛选手按动抢答键时,扬声器发声,抢答电路和定时电路停止工作的要求。
当定时时间到时,则“定时到信号”为0,
=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CP信号,使定时电路保持00状态不变,从而实现当设定的抢答时间到,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的要求。
集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间。
5.电源
所有的芯片都需要供电,供电电压选择5V,电压我们可以选择用7805稳压电路,充电宝电源或USB转ttl芯片插上电脑5V0.5A电源,这里我们为了方便选择后者。
为了方便可以使用杜邦线和排针进行连接。
五、主要仪器与设备(参考)
集成电路74LS148—1片,74LS279—1片,74LS48—3片,
74LS192—2片,NE555—2片,74LS00—2片,74LS121—1片。
电阻510Ω—3只,4.7kΩ—l只,5.1kΩ—l只,1kΩ—2只,
100kΩ—l只,10kΩ—1只,15kΩ—2只,68kΩ—2只,排阻一个。
电容0.1uF—3只,10uF—2只,100uF—1只。
三极管3DG12—1只。
其它发光二极管—2只,共阴极显示器—3只,导线若干,杜邦线20根,USB转TTL一个
实验结果
实物图
六、实验心得
通过这次的课程设计,我了解到从书本的知识到实践操作是有一定的困难的,我们要从理论跨越到实践来,这样我们才能真正的学到东西,我们的课程设计就是一项很好的培训,训练我们从理论向实际的跨越。
那些应该接电源正极,这些都是我不懂的,后来经过上网查询,在网上找到一些资料,加以引用之后,再加上经过试验之后,确定了我就把计时器电路焊接到万能版了,通过这次的课程真的让我学习到爱很多东西,一些不懂的芯片现在懂了,我们对数字电子书可以更加的深刻了。
针对课设题目六路抢答器,不会运用所学知识进行有效设计,但通过上网查阅各种类似的设计,去图书馆翻阅相关设计书籍,查阅所提供的芯片功能,确定基本设计方案,又通过仿真验证试验方案的可实行性,虽说比较烦杂但却对设计一个电路有了基本的经验。
同时也使自己认识到自己的不足。
还有一点,仿真成功了并不代表你就成功了,只有不断检查细节问题才能最后成功!
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