八位抢答器数电课设报告.docx
- 文档编号:7579259
- 上传时间:2023-01-25
- 格式:DOCX
- 页数:25
- 大小:319.18KB
八位抢答器数电课设报告.docx
《八位抢答器数电课设报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《八位抢答器数电课设报告.docx(25页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
八位抢答器数电课设报告
八路抢答器电路的设计
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
Abstract
Thisarticledescribesaseriesofcommonlyusedintegratedcircuitdesignwith74showseight-waydigitalansweringdevicecircuitdesignideasandfeatures.TheResponderResponderadditiontoabasicfunction,butalsowithatimer,timeandalarmfunctions.Hostswitchbydefaultfortheanswerintimeforthedefaulttime,thesystemwillautomaticallycountdowntocomplete.Ifpeopleanswerintherequiredtime,thenthetimewillautomaticallystopandanswerinthedigitalcontrolcircuittodisplaythemedianplayer.Beacircuitdisplaycountdowntime,buzzeralarm.Ifnobodyanswerinaspecifiedtimeperiod,willbeshownthecircuit00,whilethesystemwillbesentinthebuzzersound,suggestingthathostthisroundofResponderinvalid,analarmfunction.
NIMultisimsoftwarecombinesintuitivecaptureandpowerfulsimulationtoquickly,easilyandefficientlyonthecircuitdesignandverification.WithNIMultisim,youcanimmediatelycreateacompletelibraryofcircuitcomponents,anduseindustry-standardSPICEcircuitsimulatorimitatingbehavior.ThisdesignistheuseofMultisimcircuitdiagramdrawingsoftwareandsimulation.
Keywords:
8-wire,answeringracer,design,timing,counting,alarming,Multisim
目录
摘要I
AbstractII
1.设计准备1
1.1引言1
1.2Multism介绍1
2.设计方案选择2
2.1采用数字电路2
2.2采用单片机3
2.3采用PLC3
2.4方案选择4
3.数字电路多路智能竞赛抢答器原理图设计5
3.1设计任务及系统功能简介5
3.2数字抢答器总体方框图5
3.3单元电路设计6
3.3.1抢答器电路设计6
3.3.2定时电路设计10
3.3.3秒脉冲产生电路11
3.3.4报警电路的设计12
3.3.5时序控制电路13
4.电路的部分仿真16
4.1抢答电路的仿真16
4.2秒脉冲波形仿真16
4.3定时电路的仿真17
4.4全局电路的仿真18
5.抢答器实物的制作21
5.1抢答部分实物的制作21
5.2定时电路部分实物的制作21
5.3报警电路实物的制作21
5.4控制模块以及秒脉冲产生电路21
6.设计过程的问题和解决办法22
6.1元器件的选择问题22
6.2设计中出现的问题22
7.课程设计小结23
8.参考文献24
9.元器件清单25
1.设计准备
1.1引言
工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛,抢答器是必要设备。
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,我准备就本次课设的机会充分运用自己了解的数字电路知识制作一个低成本但又能满足学校需要的八路数显抢答器。
1.2Multism介绍
Multisim是加拿大图像交互技术公司(InteractiveImageTechnoligics简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。
工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图,并对电路行为进行仿真。
Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容,这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计,这也使其更适合电子学教育。
通过Multisim和虚拟仪器技术,PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
图1Multisim登陆画面
2.设计方案选择
制作抢答器可以用好多的方法,可以用单片机来完成,它的功能强大制作简单,并且外围的元件也很少;也可以用PLC来实现,他的制作也是比较简单;还可以用我们学过的EDA技术来制作;最后也可以用数字电路来实现,它的原理比较简单,集成块的价格也比较便宜且很容易购买,与我们学完的〈〈数字电路〉〉联系紧密,能将我们所学知识用于实际,对巩固所学知识有重要意义,用了一些成型电路,如NE555标准秒脉冲电路等,使总体方案易于实现。
2.1采用数字电路
图2数字电路实现
图2所示的定时抢答器的工作过程是:
接通电源时,节目主持人将开关置于“清除”位置,抢答器处于禁止工作状态,编号显示器灭灯,定时显示器显示设定的时间,当节目主持人宣布“抢答开始”,同时将控制开关拨到“开始”位置,,抢答器处于工作状态,定时器倒计时。
当定时时间到,却没有选手抢答时,系统报警,并封锁输入电路,禁止选手超时后抢答。
当选手在定时时间内按动抢答键时,抢答器要完成以下四项工作:
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,然后由译码显示电路显示编号;
②扬声器发出短暂声响,提醒节目主持人注意;
③控制电路要对输入编码电路进行封锁,避免其他选手再次进行抢答;
④控制电路要使定时器停止工作,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,主持人操作控制开关,使系统回复到禁止工作状态,以便进行下一轮抢答。
2.2采用单片机
原理方框图如图3
此电路完成的功能如图3所示,当主持人宣布抢答开始的时候,按下开始按钮,此时电路进入抢答状态,选手的输入采用了扫描式的输入,之后把相应的信息送往单片机,再由单片机输出到显示输出电路中。
此时有人第一按下相应的抢答按钮,经过单片机的控制选择,在八段显示器上显示相应的号码,并锁存,同时禁止其他按钮的输入。
图3单片机实现
2.3采用PLC
原理框图如图4
此电路的功能如图4所示,当主持人打开启动开关后,在设定时间TO内,如果某组抢先按下抢答按钮,则驱动音效电路①发出声响,指示灯LI亮,并且在8段数码管显示器上显示出抢答成功的组号,此时电路实现互锁,其他组再按下抢答按钮为无效;
如果在时间TO内,无人应答,则驱动音效电路②发出声响,指示灯L2亮,表示抢答者均放弃该题;
在抢答成功后,主持人打开限时开关SW2,启动计时器,在设定的时间TI内回答有效,当到达设定时间TI时,驱动音效电路③,指示灯L3亮,表示答题时间到。
图4PLC实现
2.4方案选择
方案比较
数字电路
单片机
PLC
制作难度
低
一般
一般
实现难度
一般
低
低
价格
低
一般
高
电路原理
简单
一般
一般
设计难度
简单
高
一般
通过上面的方案比较,数字电路的制作方案比较容易实现,并且在原理方面也是比较简单,所以我选择采用第一种方案来完成抢答器电路。
3数字电路多路智能竞赛抢答器原理图设计
3.1设计任务及系统功能简介
1.基本功能:
(1)抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛,用八个一排的开关,选手将开关掷向ON端,表明选手抢答。
(2)设置一个系统清除和抢答控制开关J2,该开关由主持人控制,掷向接地端,清零处理,掷向另一端,抢答电路开始正常工作。
(3)抢答器具有锁存与显示功能。
即选手按动按钮,锁存相应的编号,扬声器发出声响提示,同时二极管发光,并在DPY_7-SEG七段数码管上显示选手号码。
选手抢答实行优先锁存,优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止
2.扩展功能:
(1)抢答器具有定时抢答功能,且一次抢答的时间由主持人设定(如35秒)。
当主持人启动"开始"键后,定时器进行减计时。
(2)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的时间,并保持到主持人将系统清除为止。
(3)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。
3.2数字抢答器总体方框图
如图5所示为总体方框图。
其工作原理为:
接通电源后,主持人将开关拨到"清零"状态,抢答器处于禁止状态,CD4511芯片连接的数码管处于熄灭状态。
显示二极管熄灭,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。
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,编码器被锁存,禁止下一位抢答。
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5抢答器总体框图
3.3单元电路设计
3.3.1抢答器电路设计
设计电路如图6所示。
电路选用优先编码器74LS148和锁存器74LS297来完成。
该电路主要完成两个功能:
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(显示电路采用七段数字数码显示管);二是禁止其他选手按键,其按键操作无效。
工作过程:
开关J2置于"清除"端时,RS触发器的R、S端均为0,4个触发器输出置0,当开关J2置于"开始"时,抢答器处于等待工作状态,当有选手将抢答按键按下时(如按下第四个开关时),74LS148的输出经RS锁存后,2Q2端输出为1使BI端为1,,七段显示电路CD4511处于工作状态,4Q3Q2Q=011,经译码显示为“3”。
将2Q2接EI端,可以优先锁存数据。
若是为设计优先抢答电路模块应使74LS148优先编码工作标志端(图中5号端)EI接BI端,当有人按下开关后,BI端为1,使编码器处于禁止状态,封锁其他按键的输入。
当按键松开即按下时,由于74LS148优先编码工作标志端(图中5号端)EI=1,所以74LS148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J2开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。
图6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、I7优先级别高于I5)则此时输出代码010,经RS触发器各位取反,这就是优先编码器的工作原理。
图774ls148管脚图
图874ls279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
表3CD4511真值表
输 入
输 出
LE
BI
LI
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
显示
X
X
0
X
X
X
X
1
1
1
1
1
1
1
8
X
0
1
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
2
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
3
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
4
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
5
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
6
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
7
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
8
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
9
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
图9CD4511引脚图
3.3.2定时电路设计
图10定时电路
图10可预置时间的定时电路原理及设计:
十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路,,CD4511译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。
具体电路如图所示。
两块74LS192实现减法计数,通过译码电路CD4511显示到数码管上,其时钟信号由Multism库中的矩形脉冲。
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。
按键掷向接地端进行预置数,掷向另一端开始减计数,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,
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。
3.3.3秒脉冲产生电路
我们可以用555定时器外接一些电阻,电容产生秒脉冲。
仿真使用的参数f=1.43/(2R2+R1)/C1,产生的近似为70Hz的脉冲,这样可以使仿真结果更明显,实际使用时,后面应接70倍的分频计。
也可以用晶振外加分频电路产生秒脉冲,电路分别如下。
图11555定时器产生脉冲电路
图12晶振产生秒脉冲电路
仿真过程采用555,因为仿真过程比较简单。
但因为555定时器组成的秒脉冲发生器长时间使用后,秒脉冲会变得不够准确,晶振电路不会出现这个问题。
因此在制作实物时选用晶振电路。
图1374LS192管脚图
表474LS192功能真值表
表4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。
3.3.4报警电路的设计
本报警电路由555定时器和三极管构成,其中555定时器构成外加电容和电阻构成多谐震荡器,振荡频率
=1.43/[(R3+2R2)C],4端接时序控制电路输出的控制信号,当4端为高电平时,多谐振荡器工作,输出为高电平时,三极管正常工作,推动扬声器发声进行一定周期性的报警。
4端为低电平时,多谐振荡器停止工作,模块电路如图14。
仿真过程直接用与非门控制蜂鸣器,都能达到报警的目的。
图14报警电路
3.3.5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。
图15抢答与定时的时序控制电路
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。
图16抢答器总体电路
4.电路的部分仿真
4.1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。
图17抢答电路的仿真
4.2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如图18,19所示。
图18秒脉冲仿真电路
图19仿真波形
4.3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0011,则屏幕应该显示为35
图20定时电路的仿真
启动仿真按钮,可看见数码管上的数字逐渐递减。
图21仿真结果
4.4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35,即倒计时为35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。
起始状态开关掷清零端和置数端,如图22
图22全局电路的仿真
第五号选手选答后,显示选手编号和抢答剩余时间。
抢答后电路如图23
图23抢答后的电路
5.抢答器实物的制作
5.1抢答部分实物的制作
抢答部分电路有一个主持人控制开关。
一个8位的排开关。
一个10K的限流电阻,接在开关两端。
一个100的限流电阻和一个发光二极管,作为抢答的报警,有人抢答时发光。
74LS148,74LS279,CD4511芯片各一片,共阴数码管一个。
按照抢答部分的电路将各芯片分布在电路板适当的位置上,进行焊接。
焊接时应该先将芯片底座焊好,然后将芯片插进去。
注意焊接时各个管脚之间的连接。
5.2定时电路部分实物的制作
定时部分有两片74LS192,两片CD4511,两个共阴数码管构成,开关一个,10K电阻一个。
其中开关用来控制置数端,因为焊接时节点之间相连很复杂,因此焊接过程要防止漏焊和虚焊,避免短路。
5.3报警电路实物的制作
报警部分由1K,15K,68K电阻一个,510电阻两个,100uF电容一个,两个0.1uF电容,一个三极管,一个蜂鸣器,一个555定时器组成,焊接过程应该注意三极管的三极,以及555定时器的管脚。
5.4控制模块以及秒脉冲产生电路
控制模块由一个
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 八位 抢答 器数电课设 报告
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)