三人抢答器电子综合课程设计.docx
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三人抢答器电子综合课程设计
1绪论
1.1设计题目
三人抢答器
1.2设计任务与要求
(1)同时三个人参赛,编号分别为1,2,3,各用一个抢答按钮,按钮的编号与选手的编号一致。
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。
(2)抢答器具有数字锁存及显示的功能。
抢答开始后,若有选手按动抢答按钮,编号立即锁定,在数码管上显示选手的编号,同时扬声器发出警鸣声提示;同时封锁输入电路,禁止其他选手抢答。
有限抢答的选手的编号一直保存到主持人将系统清零为止。
(3)抢答器具有定时抢答的功能,且一次抢答的时间为3秒,当主持人启动开始键后,计时器开始减时,并用显示器显示。
(4)参赛选手在规定的时间内抢答有效,其余均视为无效。
(5)在主持人为喊开始前,选手按下抢答键时,在显示屏上显示该选手的号码,视为犯规,此次不能参赛。
(6)确定设计方案,按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路,设计分电路,画出总体电路原理图,阐述基本原理。
1.3方案比较
与其他方案比较,此方案的优点分为以下几点;
(1)具有清零装置,可由主持人操纵避免有人在主持人喊“开始”前提前抢答违反规则。
(2)具有定时功能,在3秒内无人抢答表示所有参赛选手对本题放弃。
(3)秒时仍无人抢答,其报警电路发出警鸣声,表示抢答时间耗尽并禁止抢答。
2系统总体方案及硬件设计
2.1系统总体方案
图
(1)四路数显抢答器的组成框
其工作原理为:
接通电源后,主持人将开关拨到“清零”状态,抢答器处于静止状态,编号显示器灯灭,定时显示器显示设定时间;主持人将开关设置“开始”状态,宣布“开始”抢答器处于工作状态,定时器倒计时,扬声器给出声响提示。
当定时时间到,却没有选手抢答时,系统报警,并输入封锁电路,禁止选手超时后抢答。
当选手在选定的时间内抢答时,抢答器完成以下四项工作:
(1)优先编码电路立即分辨出抢答者的编号,并由锁存器进行锁存,然后由译码器显示编号
(2)扬声器发出短暂声响,提醒主持人注意
(3)控制电路要对输入编码电路进行封锁,避免其他选手进行抢答
(4)控制电路要使用定时器停止工作,时间显示器上显示剩余的抢答时间,并保持到主持人将系统清零为止。
当选手将问题回答完毕时,主持人操控开关,使系统禁止工作状态,以便进行下一轮抢答。
2.2硬件设计
本课程设计,要求用集成电路74LS148,74LS279,74LS48,74LS192,74LS121和其他器件等,实现定时抢答功能
2.2.1优先编码器74LS148
74LS148为8线-3线优先编码器。
它允许多个输入信号同时有效,但只对一个优先级最高的输入信号进行编码。
74LS148管脚图
图
(2)74LS148管脚图
表
(1)74LS1488线—3线二进制编码器真值表
74LS148工作原理如下:
该编码器有8个信号输入端,3个二进制码输出端。
此外,电路还设置了输入使能端ST非,输出使能端YS和优先编码工作状态标志YEX非。
当ST非=0时,编码器工作;而当ST非=1时,则不论8个输入端为何种状态,3个输出端均为高电平,且优先标志端和输出使能端均为高电平,编码器处于非工作状态。
这种情况被称为输入低电平有效,输出也为低电来有效的情况。
当ST非为0,且至少有一个输入端有编码请求信号(逻辑0)时,优先编码工作状态标志YEX非为0。
表明编码器处于工作状态,否则为1。
由功能表可知,在8个输入端均无低电平输入信号和只有输入0端(优先级别最低位)有低电平输入时,Y2Y1Y0的非均为111,出现了输入条件不同而输出代码相同的情况,这可由YEX非的状态加以区别,当YEX非=1时,表示8个输入端均无低电平输入,此时Y2Y1Y0的非=111为非编码输出;YEX非=0时,Y2Y1Y0的非=111表示响应输入0端为低电平时的输出代码(编码输出)。
YS只有在ST非为0,且所有输入端都为1时,输出为0,它可与另一片同样器件的ST非连接,以便组成更多输入端的优先编码器。
从功能表不难看出,输入优先级别的次为7,6,……,0。
输入有效信号为低电平,当某一输入端有低电平输入,且比它优先级别高的输入端无低电平输入时,输出端才输出相对应的输入端的代码。
例如5为0。
且优先级别比它高的输入6和输入7均为1时,输出代码为010,这就是优先编码器的工作原理。
2.2.2锁存器74LS279
每片74LS279中包含四个独立的用与非门组成的基本RS触发器。
其中第一个和第三个触发器各有两个Rd输入端(S1和S3),在任一输入端上加入低电平均能将触发器置1;每个触发器只有一个Rd输入端(R)。
图(3)74LS279管脚引线图
2.2.3计数器74LS192
74LS192具有下述功能:
①异步清零:
CR=1,Q3Q2Q1Q0=0000
②异步置数:
CR=0,LD=0,Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0
③保持:
CR=0,LD=1,CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态
④加计数:
CR=0,LD=1,CPU=CP,CPD=1,Q3Q2Q1Q0按加法规律计数
⑤减计数:
CR=0,LD=1,CPU=1,CPD=CP,Q3Q2Q1Q0按减法规律计数
74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。
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。
图(4)74LS192管脚图
2.2.4NE555
图(5)555定时器的基本组成
(1)基本RS触发器
由两个与非门组成,
是专门设置的可从外部进行置0的复位端,当R=0时,使Q=0、
=1。
(2)比较器
C1、C2是两个电压比较器。
比较器有两个输入端,分别标有+号和-号,如果用U+和U-表示相应输入端上所加的电压,则当U+>U-时其输出为高电平,U+<U-时输出为低电平,两个输入端基本上不向外电路索取电流,即输入电阻趋近于无穷大。
(3)分压器
三个阻值均为5kΩ的电阻串联起来构成分压器(555也因此而得名),为比较器C1和C2提供参考电压,C1之+端U+=2VCC/3、C2之-端U-=VCC/3。
如果在电压控制端CO另加控制电压,则可改变C1、C2的参考电压。
工作中不使用CO端时,一般都通过一个0.01μF的电容接地,以旁路高频干扰。
(4)晶体管开关和输出缓冲器
晶体管TD构成开关,其状态受Q端控制,当
为0时TD截止、为1时TD导通。
输出缓冲器就是接在输出端的反相器G3,其作用是提高定时器的带负载能力和隔离负载对定时器的影响。
综上所述可知,555定时器不仅提供了一个复位电平为2VCC/3、置位电平为VCC/3,且可通过
端直接从外部进行置0的基本RS触发器,而且还给出了一个状态受该触发器
端控制的晶体管开关,因此使用起来极为灵活。
UTH
U
uo
TD的状态
X
X
0
UOL
导通
>2VCC/3
>VCC/3
1
UOL
导通
<2VCC/3
>VCC/3
1
不变
不变
X
<VCC/3
1
UOH
截止
表
(2)555定时器的菜单
2.2.574LS121
TTL集成器件74121是一种不可重复触发集成单稳态触发器。
关于定时:
单稳态电路的定时取决于定时电阻和定时电容的数值。
74121的定时电容连接在芯片的10、11引脚之间。
若输出脉宽较宽,而采用电解电容时,电容C的正极连接在C输出端(10脚)。
图(6)74LS121管脚图
表(3)74LS121的功能表
3单元电路原理设计
3.1抢答电路
图(7)抢答电路图
这个电路的工作原理过程:
当主持人控制开关S置于"清零"端时,RS触发器的R非端均为0,4个触发器输出(Q4—Q1)全部置0,使74LS48的BI的非=0,显示器灯灭;74LS148的选通输入端ST的非=0,使之处于工作状态,此时锁存电路不工作。
当主持人把开关S置于"开始"时,优先编码器和锁存电路同时处于工作状态,即抢答器处于等待工作状态,等待输入端的信号输入,当有选手将键按下时(如按下S2),74LS148的输出Y2Y1Y0的非=110,YEX的非=0,经RS锁存后,CTR=1,BI的非=1,74LS279处于工作状态,Q4Q3Q2=010,74LS48处于工作状态,经74LS148译码后,显示器显示为"2"。
此外,CTR=1,使74LS148的ST的非为高电平,74LS148处于禁止工作状态,封锁其他按键的输入。
当按键松开即按下时,74LS148的YEX的非为高电平,但由于CTR维持高电平不变,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以及抢答电路的准确性。
如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“除”,电路复位。
3.2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1个7段数码管即相关电路组成。
具体电路如图3所示。
一块74LS192实现减法计数,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。
74LS192的预置数控制端实现预置数,由节目主持人根据共阴极七段数码显示管BS201A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,输出低电平到时序控制电路,控制74LS48使0闪烁,同时以后选手抢答无效。
图(8)定时电路图
3.3报警电路
由555定时器和三极管构成的报警电路如图所示。
其中555构成多谐振荡器,振荡频率
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。
图(9)报警电路图
3.4时序控制电路
时序控制电路是抢答器设计的关键,因为它要完成以下三项功能:
(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人正常抢答工作状态。
(2)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。
(3)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。
图(10)时序控制电路图
4总电路图设计
5元件清单列表
序号
元器件名称
数量
1
74LS148
1
2
74LS279
1
3
74LS148
1
4
74LS48
1
5
74LS48
1
6
74LS48
1
7
74LS192
1
8
74LS192
1
9
NE555
1
10
NE555
1
11
74LS00
1
12
74LS121
1
13
510Ω
1
14
510Ω
8
23
1KΩ
1
24
4.7KΩ
1
25
5.1KΩ
1
26
10KΩ
1
27
15KΩ
1
28
68KΩ
1
29
100KΩ
1
30
0.10UF
1
31
10UF
1
32
1OUF
1
33
1000UF
1
34
发光二级管
1
35
发光二极管
1
36
共阴极显示器
2
6设计总结
“电子技术课程设计”是点在技术课程的实践性教学环节,是对我学习电子技术综合性的训练。
通过本次课程设计我收获良多,使我认识到了自己所学的专业知识的实用性和重要性。
本次设计我选择的是三人抢答计时器的设计,本次设计使我对课本上的知识进行了复习和运用。
这是我第一次接触课程设计,所以起初不知该如何下手,后来通过上网查询和查阅相关书籍资料,总算是有点眉目了。
指导了如何下手,后面的工作相对就容易一些了。
埋头苦干的过程是苦涩的,在书山中查找资料的过程是疲倦的,但当课程设计完成时,收获的感觉是甜蜜的。
没有耕耘,哪来的收获的喜悦,不懂的付出怎么能知道回报的快乐,一份耕耘一份收获,有付出才有回报,就在这样的痛苦与快乐的交换中,我学到了知识,学到了做人的道理,收获了一份珍贵的财富。
这次实践使我认识到了我现在所学的知识还远远不够,在实际操作应用过程中还有些问题不能独立解决,所以我会在今后的学习中更加努力学习,学号自己的专业知识,来发展迅速的现代社会。
7参考文献
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清华大学出版社.2002.9
[2]陈明荧.8051单片机课程设计实训教材[M].北京:
清华大学出版社,2004.3.
[3]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京:
清华大学出版社,第2版,2003.
[4]汪德彪.MCS-51单片机原理及接口技术[M].北京:
电子工业出版社,2003.
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- 三人 抢答 电子 综合 课程设计