八路搶答器的設(shè)計畢業(yè)論文1

1、八路搶答器的設(shè)計八路搶答器的設(shè)計 摘摘 要要 搶答器作為一種工具，已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識競賽場合。但搶答器的使用頻率較 低，且有的要么制作復雜，要么可靠性低。作為一個單位，如果專門購一臺搶答器雖然在經(jīng) 濟上可以承受，但每年使用的次數(shù)極少，往往因長期存放使（電子器件的）搶答器損壞，再 購置的麻煩和及時性就會影響活動的開展，因此設(shè)計了本搶答器。 本設(shè)計是以八路搶答為基本理念?？紤]到依需設(shè)定限時回答的功能，利用 80c51 單片機 及外圍接口實現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，利用單片機的定時器/計數(shù)器定時和計數(shù)的原理，將軟、硬件 有機地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進行計時，同時使數(shù)碼管能夠正確地顯示時間。用開 關(guān)

2、做鍵盤輸出，揚聲器發(fā)聲提示。同時系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)：在搶答中，只有開始后搶答才有效， 如果在開始搶答前搶答為無效；搶答限定時間和回答問題的時間可在 1-99s 設(shè)定；可以顯示 是哪位選手有效搶答和無效搶答，正確按鍵后有音樂提示；搶答時間和回答問題時間倒記時 顯示，滿時后系統(tǒng)計時自動復位及主控強制復位；按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法。 關(guān)鍵詞：80c51，led 數(shù)碼管，搶答器，計時 目目 錄錄 前言.1 第一章 緒 論.2 第二章設(shè)計要求、構(gòu)思理論依據(jù).3 2.1 設(shè)計要求 .3 2.2 設(shè)計構(gòu)思理論依據(jù) .3 第三章關(guān)鍵器件介紹.5 3.1 數(shù)碼管簡介 .5 3.2 555 定時器簡介.8

3、第四章電路設(shè)計.13 4.1 搶答電路 .13 4.2 音響電路.15 4.3 時序電路 .16 第五章電路實驗及調(diào)試.17 5.1 焊接 .17 5.2 調(diào)試出現(xiàn)的問題及解決方法.18 總結(jié).19 參考文獻.20 前 言 進入 21 世紀越來越來多的電子產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的日常生活中，例如企業(yè)、學校和電視 臺等單位常舉辦各種智力競賽, 搶答記分器是必要設(shè)備。過去在舉行的各種競賽中我們經(jīng)常 看到有搶答的環(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某 種程度上會因為主持人的主觀誤斷造成比賽的不公平性。人們于是開始尋求一種能不依人的 主觀意愿來判斷的設(shè)備來規(guī)范比賽。因此，為了克服

4、這種現(xiàn)象的慣性發(fā)生人們利用各種資源 和條件設(shè)計出很多的搶答器，從最初的簡單搶答按鈕，到后來的顯示選手號的搶答器，再到 現(xiàn)在的數(shù)顯搶答器，其功能在一天的趨于完善不但可以用來倒計時搶答，還兼具報警，計分 顯示等等功能，有了這些更準確地儀器使得我們的競賽變得更加精彩紛呈，也使比賽更突顯 其公平公正的原則。 今天隨著科技的不斷進步搶答器的制作也更加追求精益求精，人們擺脫了耗費很多元件 僅來實現(xiàn)用指示燈和一些電路來實現(xiàn)簡單的搶答功能，使第一個搶答的參賽者的編號能通過 指示燈顯示出來，避免不合理的現(xiàn)象發(fā)生。但這種電路不易于擴展，而且當有更高要求是酒 無法實現(xiàn)，例如參賽人數(shù)的增加。隨著數(shù)字電路的發(fā)展，數(shù)字搶

5、答器誕生了，它易于擴展， 可靠性好，集成度高，而且費用低，功能更加多樣話，是一種高效能的產(chǎn)品。而如今在市場 上銷售的搶答器大多采用可編程邏輯元器件，或利用單片機技術(shù)進行設(shè)計，本次設(shè)計主要利 用常見的 74ls 系列集成電路芯片和 555 芯片，并通過劃分功能模塊進行各個部分的設(shè)計， 最后完成了八路智力競賽搶答器的設(shè)計。 第一章 緒 論 眾所周知，科學技術(shù)的發(fā)展離不開實踐，實踐是促進科學技術(shù)發(fā)展的重要手段，應(yīng)用 起來更加廣泛，電子系統(tǒng)的功能越來越強大，電路圖也越來越復雜，印刷電路板的走線越 來越復雜和精密。計算機的應(yīng)用使得我們對各種復雜的電路設(shè)計工作變得簡單快捷。 “科學實踐是科學理論的源泉 ”

6、 ?；凇盎A(chǔ)研究，應(yīng)用研究，開發(fā)研究，生產(chǎn)研究 ” 四個方面，如果結(jié)合得好的話，經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)定會興旺發(fā)達。 驗證性實踐和訓練性的實踐主要是針對電子技術(shù)本門學科范圍內(nèi)的理論驗證和實際 技能的培養(yǎng)。 綜合性的實踐，屬于應(yīng)用型實踐，目的是培養(yǎng)學生綜合運用所學的理論的能力和解 決比較復雜的實際問題的能力。 設(shè)計性實踐，主要側(cè)重于某些理論知識的靈活運用。隨著自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，各 種新型電子器件和集成電路應(yīng)用越集中，使得更好更復雜的電路得以實現(xiàn)。電氣自動化工 具的集成設(shè)計環(huán)境，電子設(shè)計軟件 protel99se 軟件等的運用使得設(shè)計電路更加方便。 作為應(yīng)用電氣自動化專業(yè)的學生，更應(yīng)該熟練掌握各

7、種電路編輯軟件，作為專業(yè)必需 的技能更要及時地對這一類軟件的更新版本進行學習，其日趨強大的功能是對我們專業(yè)技 能的補充。 科學的進步要求我們在不斷的實踐中熟練各種制板的技術(shù)，并不斷地總結(jié)經(jīng)驗。這次 畢業(yè)設(shè)計對我來說非常重要，這是我第一次獨立地完成一篇相對完整的學科設(shè)計，好的開 頭是成功的第一步，我更應(yīng)該加倍努力去完成，盡力做到最好，為將來的學習及畢業(yè)設(shè)計 的完成奠定良好的基礎(chǔ)！ 搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種競賽、搶答場合中，它能迅速、客觀地 分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。早期的搶答器只由幾個三極管、可控硅、發(fā)光管等組成， 能通過發(fā)光管的指示辯認出選手號碼?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機(

8、如 mcs-51 型) 和數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號碼顯示、搶按前或搶按后的計時、選手 得分顯示等功能。 第二章 設(shè)計要求、構(gòu)思和理論依據(jù) 2.1 設(shè)計要求 基于單片機的八路控制搶答器，能夠及時快速地辨別選手的號碼并執(zhí)行主持人的命令。 八路搶答器功能為： 1、搶答器同時供 8 名選手或 8 個代表隊比賽，分別用 8 個按鈕 s1-s8 表示。 2、設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān) s9，該開關(guān)由主持人控制。 3、搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在led 數(shù) 碼管上顯示，同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編 號一直保持到主持

9、人將系統(tǒng)清除為止。 4、搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如30 秒） 。當主 持人啟動開始鍵后，計數(shù)器進行減一計數(shù)，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的 時間 0.5 秒左右。 5、參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效， 計數(shù)器停止工作，顯示器上顯 示選手的編號，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 6、如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示 0。 2.2 設(shè)計構(gòu)思和理論依據(jù) 2.2.1 設(shè)計思路 整個搶答器的設(shè)計主要是按鍵模塊。按鍵模塊可以通過at89s51 單片機內(nèi)部適當 的軟件編程來實現(xiàn)。 8051 中內(nèi)部 rom 是 4k，r

10、am 是 256b。本次設(shè)計的 8 路搶答器，用 89s51 單片機控制由主持人控制搶答開始和停止按鍵，選手按鍵后顯示選手序號和點亮相 應(yīng)指示燈，之后開始倒計時，到相應(yīng)時間，提醒選手時間將結(jié)束，啟動蜂鳴器，提醒選手 要及時作答從而更好把握作答時間。 根據(jù)設(shè)計我初步將系統(tǒng)分 3 為大功能模塊：主電路、控制電路和音響電路。可將主電路 分為一個十六進制（實現(xiàn)一分鐘倒記時答題時間）計數(shù)、譯碼、顯示電路；數(shù)據(jù)采集電路 （獲得優(yōu)先搶答選手的編號）分為 8 路搶答開關(guān)、八 d 數(shù)據(jù)鎖存器、優(yōu)先編碼器、加 1 電路； 控制電路分為鎖存控制、倒記時控制、音響控制；音響電路分為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、音振及喇叭 電路。 八

11、路搶答器的總體圖 具體設(shè)計方案如下： 接通電源后，主持人將開關(guān)撥到清除狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器和 指示燈滅燈，等主持人將開關(guān)置“開始”位置后，搶答器處于等待狀態(tài)，此時可以進行搶答。 搶答器完成：優(yōu)先判斷搶答的組號，并將編號進行鎖存，然后通過譯碼器將編號顯示 在七段數(shù)碼管上。 如果再次搶答必須由主持人操作清除和開始狀態(tài)的開關(guān)，即需要主持人清零。 2.2.2 設(shè)計理論依據(jù) 計時模塊最主要的是選手的按鍵，其它的都是簡單的編程問題。搶答器的關(guān)鍵在于選 手按下鍵所給出的脈沖，由單片機內(nèi)的程序?qū)︽I盤進行查詢，然后去執(zhí)行相應(yīng)的命令。 即大家所看到搶答過程。 第三章第三章 關(guān)鍵器件介紹關(guān)鍵器件介紹

12、 整個電路的電子器件有： 555 定時器，cd4511 以及若干電容和電阻。 我詳細介紹一下我所設(shè)計的這兩個電路中所用到的重要器件（數(shù)碼管和 555 定時器）： 3.1 數(shù)碼管簡介 3.1.1 數(shù)碼管結(jié)構(gòu) 數(shù)碼管由 8 個發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字0 9 符號及小數(shù)點。數(shù)碼管的外型結(jié)構(gòu)如圖 3-1 所示。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩 種結(jié)構(gòu)，分別如圖 3-2 和圖 3-3 所示。 10 9 8 7 6 g f gnd a b 1 2 3 4 5 dp. e d gnd c dp a b c d e f g dd +5v 圖 3-1 外型結(jié)構(gòu) 圖 3-2 共陰極

13、 圖 3-3 共陽極 3.1.2 數(shù)碼管工作原理 數(shù)碼管就是由簡單的半導體二極管構(gòu)成，而二極管就是一個pn 結(jié)，在一個 pn 結(jié)兩 端接上相應(yīng)的電極引線，外面用金屬（或玻璃、塑料）管殼封裝起來，就構(gòu)成了半導體二 極管。 共陽極數(shù)碼管的 8 個發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起，通常，公共陽 極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。當某段驅(qū)動電路的輸出端為 低電平時，則該端所連接的字段導通并點亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字 或字符。此時，要求段驅(qū)動電路能吸收額定的段導通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導 通電流來確定相應(yīng)的限流電阻。 3.1.3 數(shù)碼管字形選擇 要使

14、數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的數(shù)字或字符必須使段數(shù)據(jù)口輸出相應(yīng)的字形編碼。 表 3.1 數(shù)碼管字型編碼表 共 陽 極顯示 字符 字 形 dpgfedcba 字型碼 000001000111h 1111010111d7h 220011001032h 331001001092h 4411011001d4h 551001100098h 660001100018h 7711010011d3h 880001000010h 991001000090h 。 011111117fh 熄滅滅11111111ffh 靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時，相字型碼各位定義如下：數(shù)據(jù)線d0 與 a 字 段對應(yīng)，d1 字段與 b 字段

15、對應(yīng)，依此類推。如使用共陽極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0 表示 對應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為 1 表示對應(yīng)字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0 表示對應(yīng)字段 暗，數(shù)據(jù)為 1 表示對應(yīng)字段亮。 1、靜態(tài)顯示概念 對應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導通或恒定截止。這種顯示方式的各位數(shù)碼管相互獨立，公共 端恒定接地（共陰極）或接正電源（共陽極）。每個數(shù)碼管的 8 個字段分別與一個 8 位 i/o 口地址相連， i/o 口只要有段碼輸出，相應(yīng)字符即顯示出來，并保持不變，直到 i/o 口輸出新的段碼。采用靜態(tài)顯示方式，較小的電流即可獲得較高的亮度，且占用 cpu 時間少，編程簡單，顯示便于監(jiān)測和控制，但其占用的口線多，硬件電路復雜，成本

16、高，只適合于顯示位數(shù)較少的場合。 2、動態(tài)顯示概念 動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數(shù)碼管，這種逐位點亮顯示器的方式稱為位掃描。 通常，各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個8 位的 i/o 口控制；各位的位選線 （公共陰極或陽極）由另外的 i/o 口線控制。動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管分時輪流選通， 要使其穩(wěn)定顯示必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼， 在另一時刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯 示將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同的時刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效 應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人同時顯示的感覺。 采

17、用動態(tài)顯示方式比較節(jié)省 i/o 口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡單，但其亮度不如靜 態(tài)顯示方式，而且在顯示位數(shù)較多時， cpu 要依次掃描，占用 cpu 較多的時間。 cd4511 是一個用于驅(qū)動共陰極 led （數(shù)碼管）顯示器的 bcd 碼七段碼譯碼器，特 點如下： 具有 bcd 轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的 cmos 電路能提供較大的拉電流。 可直接驅(qū)動 led 顯示器。其引腳如圖 cd4511 其引腳圖 （1）鎖存功能 譯碼器的鎖存電路由傳輸門和反相器組成,1 腳相位輸出端，傳輸門的導通或截止由控 制端 le 的電平狀態(tài)。 當 le 為“0”電平導通，四位數(shù)碼管引腳圖以及封裝

18、尺寸。tg2 截止；管腳圖引腳圖及真值 表 封裝如下：。當 le 為“1”電平時，三位數(shù)碼管引腳圖以及封裝尺寸。tg1 截止，gs 為 片優(yōu)先編碼輸出端。tg2 導通，其實最簡單的方法是用 5v 電源，此時有鎖存作用。 （2）譯碼 cd4511 譯碼用兩級或非門擔任，pnp 三極管管腳圖 to-92 管腳圖：。為了簡化線路， 每組有一個控制端 g，先用二輸入端與非門對輸入數(shù) 據(jù) b、c 進行組合，另一種是 toslink 光纜接口，得出、四項，ua709,然后將 輸入的數(shù)據(jù) a、d 一起用或非門譯碼。引腳 電壓（v） 功能說明 1 9.2 vcc1 電源 2 4.8 垂直觸發(fā)輸入端 3 4.8

19、 單穩(wěn)多諧振蕩時 4 4.8 場幅控制端 5 .5 50/60hz 轉(zhuǎn)換場幅 6 4.8 鋸齒波電壓形成 7 4.6 場輸出交、直流 8 24.5 vcc2 電源 9 1.9 泵電源輸出端 10 1.5 防自激負反饋輸 11 0 地 12 15 場掃描輸出端 13 24 場輸出電源。 3.23.2 555555 定時器簡介定時器簡介 555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。 555 定時器成本低， 性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特 觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子 測量及自動控制等方面

20、。 555 定時器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如下圖 555 定時器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖 3.2.1 555 定時器的應(yīng)用 （1）構(gòu)成施密特觸發(fā)器，用于 ttl 系統(tǒng)的接口，整形電路或脈沖鑒幅等； （2）構(gòu)成多諧振蕩器，組成信號產(chǎn)生電路； （3）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于定時延時整形及一些定時開關(guān)中。 555 應(yīng)用電路采用這 3 種方式中的 1 種或多種組合起來可以組成各種實用的電子電路， 如定時器、分頻器、元件參數(shù)和電路檢測電路、玩具游戲機電路、音響告警電路、電源交 換電路、頻率變換電路、自動控制電路等 。 3.2.2 555 定時器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理 它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三

21、個等值串聯(lián)電阻，一個 rs 觸發(fā)器，一個放電管 t 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓vcc /3 和 2vcc /3 555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 rs 觸發(fā)器 和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 a1 的反 相輸入端的電壓為 2vcc /3，a2 的同相輸入端的電壓為 vcc /3。若觸發(fā)輸入端 tr 的 電壓小于 vcc /3，則比較器 a2 的輸出為 1，可使 rs 觸發(fā)器置 1，使輸出端 out=1。如果閾值輸入端 th 的電壓大于 2vcc/3，同時 tr 端的電壓大于 vcc /3，則 a1 的輸出為 1，a

22、2 的輸出為 0，可將 rs 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。 (1)它的各個引腳功能如下： 1 腳：外接電源負端 vss 或接地，一般情況下接地。 2 腳：低處發(fā)端 3 腳：輸出端 vo 4 腳：是直接清零端。當此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論tr、th 處 于何電平,時基電路輸出為 “0” ，該端不用時應(yīng)接高電平。 5 腳：vc 為控制電壓端，若此端外接電壓，則改變內(nèi)部兩個比較器的基準電壓，當 該端不用時，應(yīng)將該端串入一只 0.01uf 電容接地，以防引入干擾。 6 腳：tha 高觸發(fā)端。 7 腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。 8 腳：外接電源 vcc

23、，雙極型時基電路 vcc 的范圍是 4.5-16v,cmos 型時基電路 vcc 的范圍為 3-18v。一般用 5v 在 1 腳接地，5 腳未外接電壓，兩個比較器 a1、a2 基準電 壓分別為 （3）555 的特點有： 1.只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍極廣， 可由幾微秒至幾小時之久。 2.其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負載。 3.它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。 555 的基電路的功能表如 3-1 所示 表 3-1 555 定時器的功能表 由電路框圖和功能表可以得出如下結(jié)論： 1.555 定時器有兩個閾值，分別是 4.5v 和 3

24、v 。 清零端高觸發(fā)端 th低觸發(fā)端 tlq放電管 t功能 00導通直接清零 101x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài) 1101截止置1 1001截止置1 1110導通清零 2.輸出端 3 腳和放電端 7 腳的狀態(tài)一致，輸出低電平對應(yīng)放電管飽和，在7 腳外 接有上拉電阻時， 7 腳為低電平。輸出高電平對應(yīng)放電管截止，在有上拉電阻時，7 腳 為高電平。 3輸出端狀態(tài)的改變有滯回現(xiàn)象，回差電壓為1.5v 。 4輸出與觸發(fā)輸入反相。 3.2.3 555 定時器與觸發(fā)器的聯(lián)系 1. 555 定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 圖 2 上圖為由 555 定時器和外接定時元件 r、c 構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 d 為鉗位二極管，

25、 穩(wěn)態(tài)時 555 電路輸入端處于電源電平，內(nèi)部放電開關(guān)管t 導通，輸出端 vo 輸出低電平， 當有一個外部負脈沖觸發(fā)信號加到 vi 端。并使 2 端電位瞬時低于 1/3vcc，低電平比較 器動作，單穩(wěn)態(tài)電路即開始一個穩(wěn)態(tài)過程，電容c 開始充電， vc 按指數(shù)規(guī)律增長。當 vc 充電到 2/3vcc 時，高電平比較器動作，比較器 a1 翻轉(zhuǎn)，輸出 vo 從高電平返回低 電平，放電開關(guān)管 t 重新導通，電容 c 上的電荷很快經(jīng)放電開關(guān)管放電，暫態(tài)結(jié)束，恢 復穩(wěn)定，為下個觸發(fā)脈沖的來到作好準備。波形圖見圖3。 圖 3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形圖 暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間 tw（即為延時時間）決定于外接元件r、c 的

26、大小。 tw=1.1rc 通過改變 r、c 的大小，可使延時時間在幾個微秒和幾十分鐘之間變化。當這種單穩(wěn) 態(tài)電路作為計時器時，可直接驅(qū)動小型繼電器，并可采用復位端接地的方法來終止暫態(tài)， 重新計時。此外需用一個續(xù)流二極管與繼電器線圈并接，以防繼電器線圈反電勢損壞內(nèi) 部功率管。 2. . 555 定時器接成多諧振蕩器 多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在電 路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個暫穩(wěn)態(tài)自行 相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。 圖 4 多諧振 蕩器和工作波 形 接通 電源后， 假定是高 電平，則 t

27、截止， 電容 c 充 電。充電 回路是 vccr1r2 c地，按指數(shù)規(guī)律上升，當上升到時（ th、端電平大于），輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。 是低電平，t 導通，c 放電，放電回路為 cr2t地，按指數(shù)規(guī)律下降，當下降到時 （th、端電平小于），輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，放電管t 截止，電容再次充電，如此周而復 始，產(chǎn)生振蕩，經(jīng)分析可得 輸出高電平時間 t=(r1+r2)cln2 輸出低電平時間 t=r2cln2 振蕩周期 t=(r1+2r2)cln2 第 4 章 電路設(shè)計 搶答器現(xiàn)在廣泛的應(yīng)用于生活實踐中及各個領(lǐng)域，那么我們所熟悉的搶答器，又有幾 部分構(gòu)成呢？搶答器的電路的構(gòu)成：搶答電路、音響電路、時序電路。

28、 4.1 搶答電路 搶答電路的功能有兩個：一是能分辨出選手按鍵的的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號， 供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無效。其電路圖如下： 工作過程：開關(guān) s 置于“清除”端時，rs 觸發(fā)器的端均為 0，5 個觸發(fā)器輸出置 0，r 使 74ls148 的0，使之處于工作狀態(tài)。當開關(guān) s 置于“開始”時，搶答器處于等待工作st 狀態(tài)，當有選手將鍵按下時（如按下 s5） ，74ls148 的輸出,經(jīng) rs 鎖存 210 010y yy 0exy 后,2q=1,74ls48 處于工作狀態(tài)，5q4q3q=101，且 1q=0，則經(jīng)譯碼顯示為“5” 。此外，1bi 2q，使 74

29、ls148 的，處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下st 時，74ls148 的此時由于仍有 2q，使，所以 74ls148 仍處于禁止狀態(tài)，1exyst 確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將 s 開 關(guān)重新置于“清除”然后再進行下一輪搶答。 若按下 s0，經(jīng) rs 鎖存器后，1q=1，74ls148 的輸出,經(jīng) rs 鎖存后, 210 111y yy 0exy 2q=1,74ls48 處于工作狀態(tài)，5q4q3q=000，且 1q=1,所以經(jīng)譯碼顯示為“8” 。保證搶1bi 答者的優(yōu)先性與上述類似。 若所按的是其他開關(guān)(s1、s2、s3、s

30、4、s6、s7)的工作過程與按下開關(guān) s5 的工作過程 相似，只是 5q4q3q 的輸出會發(fā)生變化。 優(yōu)先判決器 優(yōu)先判決器主要是由 74ls148 集成優(yōu)先編碼器等組成。該編碼器有 8 個信號輸入端，3 個二進制碼輸出端，選通輸入端，選通輸出端和擴展端。其功能表如表 2 所示。stsyexy 從功能表中可以看出當“0”時，編碼器工作，而當“1”時，則不論 8 個輸入端stst 為何種狀態(tài)，輸出端均為“1” ，且端和端為“1” ，編碼器處于非工作狀態(tài),這種情況syexy 被稱為輸入低電平有效。 表 2 優(yōu)先編碼器 74ls148 功能表 輸入輸出 st 0i1i2i3i4i5i6i7i 2y1

31、y0y syexy 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 01 0 0 0 1 1 1 0 1 11 0 0 0 1 1 1 1 1 0 01 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 11 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 01 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 0 注：表中代表任意狀態(tài) 鎖存器 sr 鎖存器是該設(shè)計中保證多個開關(guān)隨后觸發(fā)而不產(chǎn)生紊亂的重要部分，因?qū)嶒炇也荒芴?供現(xiàn)成的鎖存器，則用兩個與非門(與非門由集成電路 74ls00

32、提供)組成了一個 sr 鎖存器， 連線如圖 3 所示，其真值表見表 3。 表 3 用與非門組成的 sr 鎖存器的特性表 d s d rq * q 1 100 1 111 0 101 0 111 1 001 1 011 0 001 0 011 注：sd、rd的 0 狀態(tài)同時消失以后狀態(tài)不定。 譯碼器 本設(shè)計中選用的譯碼器型號是74ls48（共陰） ，其引腳排列如圖6 所示，其中、 3 a 、 bcd 碼輸入端，、 、 、 譯 碼輸出端，輸出“1”有效， 2 a 1 a 0 a a y b y c y d y e y f y g y 用來驅(qū)動共陰極 led 數(shù)碼管。 測燈輸入端，“0”時，譯碼輸出

33、全為“1” ，數(shù)碼管七段同時電亮，以檢查ltlt 數(shù)碼管各段能否正常發(fā)光。 滅燈輸入端，“0”時，譯碼輸出全為“0” 。 rbo/bibi 作為輸出端使用時，稱滅“0”輸出端，在 a=b=c=d=0時，而且 =0 時，才會輸出低電rbirbo 平，表示譯碼器把不希望顯示的零熄滅了。熄零輸入端。用來熄滅不希望顯示的零rbi 4.2 音響電路 由 555 定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖 3-3 所示： u1 1 dis 7 out 3 rst 4 8 thr 6 con 5 tri 2 gnd vcc 555_virtual r1 15kohm c1 0.1uf r3 68kohm 5v vcc

34、 r2 510ohm r4 1kohm q1 bjt_npn_virtual r5 510ohm 5v vcc c2 100uf 200hz u2 圖 4.2 報警電路 其中 555 構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率為： f0=1/(r1+2r2)*c*ln2=1.43/(r1+2r2)*c 其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。pr 為控 制信號，當 pr 為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振不再工作。 4.2.1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 設(shè)音響提示時間為 2 秒左右，可采用一脈寬為 2 秒的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實現(xiàn)。實現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)觸 發(fā)器的方法有很多，可以用與非門或者非門電路實現(xiàn)微分型單穩(wěn)、利用施密特觸發(fā)器實現(xiàn)單 穩(wěn)、集

35、成單穩(wěn)等。現(xiàn)采用 555 定時器實現(xiàn)，注意其脈寬的計算公式為 tw=1.1rc.若一個負脈 沖觸發(fā)信號到來，將有效觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生一個脈寬為 2 秒的正脈沖。 4.2.2 音頻振蕩器及喇叭電路 利用 555 定時器實現(xiàn)頻率約 1khz 的音頻振蕩器，因 555 定時器有較強的功率輸出能力， 可以直接推動喇叭輸出。 當單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進入暫穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生一個正脈沖時，控制 555 定時器開始工作，發(fā)出響聲；當單 穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器自動返回穩(wěn)態(tài)后，555 定時器清零，不能發(fā)聲。 4.3 時序電路 時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下三項功能： 主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時

36、電路進入 正常搶答工作狀態(tài)， 當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。 當設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。 根據(jù)上面的功能要求以及圖 3.2.1 和圖 3.2.2，設(shè)計的時序控制電路如圖 3.2.4 所示： 1 2 13 12 u1a 74ls11d & 2 1 1 u3a 74ls04d 2 1 1 u4a 74ls04d bus bus cp 1q u2a 1 2 3 74ls00d & _ st 圖 3.2.4(a) 搶答與定時電路的時序控制電路 圖 3.2.4(b) 報警電路的時序控制電路 圖中，門 g1的作用是控制時鐘

37、信號 cp 的放行與禁止，門 g2的作用是控制 74ls148 的 輸入使能端 st。圖 3-4（a）的工作原理是：主持人控制開關(guān)從“清零”位置撥到“開始” 位置時，來自于圖 3-1 中的 74ls279 的輸出 ctr=0，經(jīng) g3反相，a=1，則從 555 輸出端來的 時鐘信號 cp 能夠加到 74ls192 的 cpd時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時，在定時時間未 到時，來自于圖 3-2 的 74ls192 的借位輸出端 bo2=1，門 g2的輸出 st=0，使 74ls148 處于 正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求；當選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，ctr=1，經(jīng) g3 反相，a=0，封鎖 cp 信號，定時器處于保持狀態(tài)，門 g2的輸出 st=1，74ls148 處于禁止工 作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求；當定時時間到時，來自于圖 3-2 的 74ls192 的借位輸出端 bo2=0，門 g2的輸出 st=1，74ls148 處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答，門 g1同時處 于關(guān)門狀態(tài)，封鎖 cp 信號，使定時電路為 00 狀態(tài)，從而實