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八路定时抢答器.docx
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八路定时抢答器
八路定时抢答器
摘要
本文介绍了一种用74系列常用集成电路设计的数码显示八路抢答器的电路组成、设计思路及功能。
该抢答器除具有基本的抢答功能外,还具有定时、计时和报警功能。
主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间,系统将完成自动倒计时。
若在规定的时间内有人抢答,则计时将自动停止,抢答电路数码管上显示选手编号。
蜂鸣器发生报警,二极管发光,定是电路显示倒计时时间。
若在规定的时间内无人抢答,定是电路显示00,同时系统中的蜂鸣器将发响,提示主持人本轮抢答无效,实现报警功能。
NIMultisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真,能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。
凭借NIMultisim,您可以立即创建具有完整组件库的电路图,并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。
本设计就是利用Multisim软件进行电路图的绘制并进行仿真。
关键词:
八路,抢答器,设计,定时,计时,报警Multisim
一、设计课题
八路定时抢答器
二、引言
工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛,抢答记分器是必要设备。
在我校举行的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节,举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权,这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。
为解决这个问题,我们小组准备就本次大赛的机会制作一个低成本但又能满足学校需要的八路数显抢答器。
三、设计任务与要求
1.抢答器作为一种电子产品,早已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合,利利用数字电路设计一套带有数码显示、定时抢答功能的八路抢答器。
抢答器具有锁存与显示功能。
2.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30秒)。
3.参赛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间并保持到主持人将系统清除为止。
4.如果定时时间已到,无人抢答,本次抢答无效。
系统报警并禁止抢答,定时显示器上显示00。
四、总体设计方案
抢答器组成方框图
设计方案:
利用CD4511七段显示译码器实现数字抢答电路并实现锁存功能,利用74LS192计数器实现倒计时电路,利用555定是电路实现定时.
五、设计原理和电路图
(1)抢答电路
该电路的根本任务是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,即使其他组再次发出抢答信号也无效。
同时还必须注意,第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。
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(这里我们采用LED数码管显示)。
同时用第一抢答信号控制一个音乐芯片工作,使其推动扬声器发出声响,表示该题抢答有效。
本电路需要用LED数码显示抢答的相应编号,因此选用常见的BCD——七段锁存/译码/驱动集成电路CD4511.其工作的逻辑真值表如下所示。
总体电路图如下:
抢答电路
。
74LS148为8线-3线优先编码器,表1为其功能表.
表174ls148真值表
输入
输出
EI
I0
I1
I2
I3
I4
I5
I6
I7
A2
A1
A0
GS
EO
1
x
x
x
x
x
x
x
x
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
x
x
x
x
x
x
x
0
0
0
0
0
1
0
x
x
x
x
x
x
0
1
0
0
1
0
1
0
x
x
x
x
x
0
1
1
0
1
0
0
1
0
x
x
x
x
0
1
1
1
0
1
1
0
1
0
x
x
x
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
0
x
x
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
0
x
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
从以上的的功能表中可以得出,74ls148输入端优先级别的次序依次为I7,I6,…,I0。
当某一输入端有低电平输入,且比它优先级别高的输入端没有低电平输入时,输出端才输出相应该输入端的代码。
例如:
I5=0且I6=I7=1(I6、编码器的工作原理。
图74ls148管脚图图74ls279管脚图
74ls279在接法上有点不同,其中上图所示的1S1,及1S2要连接到一起,和1R1一起组成SR触发器,输出为1Q1,这里千万不能把1S1误认为和1R1是一组的。
但是,1S3却和1R2是一组的,所以在接芯片连线的时候要特别注意。
起初就是由于没有注意到这里的不同,结果造成接线错误,因此不能得出正确结果基本SR触发器真值表2如下。
表2基本SR真值表
S
R
Qn
Qn+1
1
1
X
Qn
0
1
X
0
1
0
X
1
0
0
X
不定
(2)倒计时定时电路
原理及设计:
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,,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,且计时时间到时,
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。
结合图4,图中电容C的放电时间和充电时间分别为
,
于是从NE555的3端输出的脉冲的频率为
,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。
ui1
ui2
uO
T的工作状态
0
1
1
1
1
×
×
0
1
1
0
0
导通
截止
截止
导通
导通
表2555定时器功能表
图4标准秒脉冲产生电路
定时电路
74LS192管脚图
74LS192功能真值表
上表为74LS192真值表,74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。
(bcd,二进制),下面我们介绍74ls192引脚图,74ls192功能表等资料。
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。
(3)报警电路
这部分我们由555电路和三极管构成,报警电路如下图,其中555构成多谐振荡振荡频率f=1.43/(RI+R2)C,其折哦那个输出信号由三极管输出推动扬声器。
RP为为控制信号,当RP为高电平时多谐振荡器工作,当RP为低电平时电路停振。
(4)时序控制电路
时序控制电路是抢答器的关键,它要完成以下三项功能:
1主持人将控制开关拨到“开始”时,EI端为0,抢答和定时电路进入正常工作状态。
2当参赛选手按动抢答器开关时,抢答电路和定时电路停止工作。
3当设定的抢答时间到,但无人抢答时,抢答电路和定时电路停止工作。
根据上面的功效,设计出如图15所示的控制电路。
由主持人将开关置向开始端,GS为1,BO2为1,使能端EI为零,编码器正常工作。
门U2A是控制CP信号的放行,当定时时间未到,即BO2输出为1,同时有选手按下开关,GS输出为0,锁定CP信号,使定时器停止工作。
若定时时间到仍无选手按开关时,BO2变为0,锁定CP信号,定时器停止工作。
门U1A是控制编码器的正常工作的,有选手按下开关,GS为0,经与非门使能端信号EI为1,编码器停止工作,如果定时时间到,无选手按开关时,BO2输出为0,使使能端信号EI为1,,锁定编码器。
将抢答电路,定时电路,脉冲产生电路,报警电路,外加控制电路,得到数字智能抢答器的总原理图,如图16所示。
六抢答器仿真部分
(1)抢答电路的仿真
在电路准备好之后,首先按动
。
在主持人将开关打到开始之后,可以看到数码管没显示。
此时开始工作,各位选手可以抢答。
各位选手的编号分别是从0-7.,当主持人奖开关掷向开始端,开始抢答。
当选手掷开关5时,数码管上显示4,同时二极管发光。
可以看选手选中其他开关时,显示对应的数字。
抢答电路的仿真
(2)秒脉冲波形仿真
由于仿真过程中如果每隔一秒跳变依次,仿真的现象不够明显,为了学习仿真555定时器,而且让现象明显些,改变了电路的电阻和电容参数,同时用示波器检测输出端的波形。
仿真电路和仿真出现的波形下图所示。
秒表仿真电路
秒表仿真波形
(3)定时电路的仿真
这里需要对数据预置端进行置数。
在74ls192,例如将个位对应的9、10、1、15端分别置为0101,而第2个74ls192的那几个端口分别置为0000,则屏幕应该显示为30,电路图如上。
启动仿真按钮,可看见数码管上的数字逐渐递减。
(4)全局电路的仿真
采用555定时器产生矩形脉冲作为时钟脉冲,仿真总电路。
首先还是给数据置数端置数为30,即倒计时为30秒。
在此期间,如果开始后,有人抢答了,则计数器停止计时,并进入答题环节,蜂鸣器发声,二极管发光,屏幕上会显示选手的编号并保持不变。
反之,如果无人回答,则会一直减计数,直到0。
蜂鸣器发声报警。
第五号选手选答后,显示选手编号和抢答剩余时间。
抢答后电路如下图:
七:
课程总结
在本次课程设计中有如下几点收获:
(1)学会查找资料,充分利用网络资源和图书馆资源查找资料。
首先明确抢答器的基本要求,根据基本要求确定设计的基本方向来设计基本模块,明确模块中所需要的原件,再通过图书和网络资源查找基本原件的使用说明和功能。
(2)通过自己所学的模电和数电知识的综合运用,自己动手设计所需的模块电路,通过对各模块中所需芯片功能和引脚认识进行总结绘制电路图。
(3)本次仿真我所用的软件为multisim,所以在使用之前你要对此软件有个初步的了解,学会怎样查找原件,怎样设置仿真条件,并且在仿真的过程中一定会遇到一些错误,所以在仿真时学会查找错误,汲取错误经验,最后实现电路的仿真。
(4)通过这次设计,我对数字电路设计中的逻辑关系等有了一定的认识,对所学的数字电路又有了一定的新认识,温习了所学的知识,就像人们常说的温故而知新嘛,但在设计的过程中,遇到了很多的问题,有一些知识都已经不太清楚了,但是通过一些资料又重新的温习了一下数字电路部分的内容。
在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了,同学之间互相帮助,有什么不懂的大家在一起商量,听听不同的看法对我们更好的理解知识,所以在这里非常感谢帮助我的同学。
(5)在此还要感谢我的指导老师,给了我们一定的指导方向让我们少走弯路,同时给我们自己动手设计的机会,看着自己设计的东西不仅让自己以后学习更加有信心,而且增加的自己对本专业的兴趣。
八:
参考文献
1.康华光主编《电子技术基础数字部分》高等教育出版社
2张新喜主编《Multism10电路仿真及应用》机械工业出版社
3伍时和主编《数字电子技术基础》,清华大学出版社,伍时和主编
4孙梅生主编《电子技术基础课程设计》高等教育出版社
5《电子技术课程设计指导》彭介华编,高等教育出版社,
6《数字电子技术》童诗白编著高等教育出版社
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- 八路 定时 抢答