數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)及原理畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)及原理數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)及原理 摘 要 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展,數(shù)字電路以其自身的特點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng) 域.在知識(shí)競(jìng)賽中,特別是做搶答題目的時(shí)候,靠視覺是很難判斷出哪組先搶答成 功.本次設(shè)計(jì)的搶答器目的就是解決這些問(wèn)題.整體的電路可以分為兩部分：第一 部分是搶答電路,第二部分是定時(shí)、報(bào)警電路.搶答器具有鎖存與顯示功能；定時(shí)、 報(bào)警電路不僅可以對(duì)搶答及回答問(wèn)題的時(shí)間進(jìn)行定時(shí),而且即使兩組的搶答時(shí)間 相差幾微秒,也可分辨出哪組優(yōu)先答題.整個(gè)電路按單元分可分為編碼單元,鎖存 單元,加法器單元,設(shè)定搶答時(shí)間單元,和譯碼單元五個(gè)部分.本設(shè)計(jì)對(duì)各單元所需 的元器件進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,并附

2、上了電路圖,最終完成了設(shè)計(jì)目的. 關(guān)鍵詞：搶答器；數(shù)字電路；定時(shí)；譯碼；鎖存 abstract with the rapid development of computer technology, digital circuit with its own characteristics has been widely used in various fields. and in the knowledge competition, especially when do vies to answer first subject, it is difficult to judge by visua

3、l out which section first vies to answer first success. the design of the purpose is vies to answer first to solve these problems. the whole circuit can be divided into two parts: the first part is vies to answer first circuit, the second part was the timing, alarm circuit. vies to answer first inst

4、ruments have lock to save and display; timing, alarm circuit can not only to vies to answer first and answer problem of time for timing, and even if the two groups of vies to answer first time is a few microseconds, also can distinguish which group of preferred the answer. the whole circuit as a uni

5、t points can be divided into coding units, lock cds yuan, adder unit, set vies to answer first time unit, and decode unit of five parts. the design of each unit required components is introduced in detail, and attach the circuit diagram, eventually completed the design purpose. key words: vies to an

6、swer first device; digital circuit; timing; decoding; lock to save 目 錄 1 引言.1 2 設(shè)計(jì)任務(wù)目的及要求.1 2.1 設(shè)計(jì)目的.1 2.2 設(shè)計(jì)要求.1 3 工作原理及設(shè)計(jì)方案.2 3.1 原理框圖.2 3.2 設(shè)計(jì)思路 .3 3.3 設(shè)計(jì)流程圖 .3 3.4 設(shè)計(jì)方案 .4 4 單元電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).5 4.1 編碼單元.5 4.2 鎖存單元.6 4.3 加法器單元.7 4.4 設(shè)定搶答時(shí)間單元.8 4.5 譯碼單元.9 4.6 秒脈沖電路.9 4.7 報(bào)警電路.10 5 選用 74 系列芯片實(shí)現(xiàn)的理由：.11 6 實(shí)驗(yàn)

7、工具.11 7 接線要求.11 8 改進(jìn)設(shè)想及建議.12 9 實(shí)驗(yàn)結(jié)果.12 10 心得體會(huì).12 參考文獻(xiàn).13 致謝.14 1 引言 數(shù)字技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展最快的學(xué)科之一,隨著當(dāng)代社會(huì)的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,數(shù) 字微電子技術(shù)和半導(dǎo)體制造工藝的進(jìn)步, 數(shù)字邏輯器件已從 20 世紀(jì) 60 年代的 小規(guī)模集成電路(ssi)發(fā)展到目前的中、大規(guī)模集成電路(msi,lsi)及超大規(guī)模 集成電(vlsi),特別是用于數(shù)字電路或數(shù)字系統(tǒng)的可編程邏輯器件.目前數(shù)字電 子技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、電子測(cè)量?jī)x表、電視、雷達(dá)、通 信等各個(gè)領(lǐng)域.例如在現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)中,數(shù)字測(cè)量?jī)x表不僅比模擬測(cè)量?jī)x表精度 高,功能

8、高,而且容易實(shí)現(xiàn)測(cè)量的自動(dòng)化和智能化.隨著集成技術(shù)的發(fā)展,尤其是 中,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展,數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用范圍將會(huì)更廣泛地 滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門,并將產(chǎn)生越來(lái)越深刻的影響.特別是“信息高速公 路”（information superhighway）時(shí)代. 在許多比賽活動(dòng)中,為了準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者,通常設(shè)置 一臺(tái)數(shù)字電子搶答器,通過(guò)數(shù)顯、燈光及音響等多種手段指示出第一搶答者,記 分、犯規(guī)及獎(jiǎng)勵(lì)記錄等多種功能.該設(shè)計(jì)就是針對(duì)上述各種要求設(shè)計(jì)出的供數(shù)名 選手參賽使用的數(shù)字式競(jìng)賽搶答器.在此次課程設(shè)計(jì)中由于時(shí)間和條件的問(wèn)題. 我們應(yīng)用我們所學(xué)的數(shù)字電路作為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)一

9、個(gè)以中小規(guī)模的組成的電子搶 答器. 搶答器主要用于選手做搶答題時(shí),選手進(jìn)行搶答,搶到題的選手來(lái)回答問(wèn)題. 搶答器不僅考驗(yàn)選手的反應(yīng)速度同時(shí)也要求選手具備足夠的知識(shí)面和一定的勇 氣.選手們都站在同一個(gè)起跑線上,體現(xiàn)了公平公正的原則. 2 設(shè)計(jì)任務(wù)目的及要求 2.1 設(shè)計(jì)目的 通過(guò)課程設(shè)計(jì),對(duì)數(shù)字邏輯的基本內(nèi)容有進(jìn)一步的了解,特別是時(shí)序邏輯電路 的設(shè)計(jì).能把學(xué)到的數(shù)字邏輯理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐,操作.在提高動(dòng)手能力的同時(shí)對(duì) 常用的集成芯片有一定的了解,在電路設(shè)計(jì)方面有感性的認(rèn)識(shí).而且在進(jìn)行電路設(shè) 計(jì)的時(shí)候遇到問(wèn)題,通過(guò)獨(dú)立的思考有利于提高解決問(wèn)題的能力.在經(jīng)過(guò)課程設(shè)計(jì) 后,更明白數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)的一般方

10、法,以及在遇到困難怎么排除問(wèn)題. 2.2 設(shè)計(jì)要求 我選擇的課程任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè) 8 位數(shù)字搶答器. 設(shè)計(jì)要求包括： 1. 搶答器同時(shí)供 8 名選手或 8 個(gè)代表隊(duì)比賽,分別用 8 個(gè)按鈕 s0 s7 表示. 2. 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān) s,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(dòng)按鈕,鎖存相應(yīng)的編號(hào),并在優(yōu)先搶 答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止. 4. 搶答器具有定時(shí)搶答功能,且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如,30 秒）.當(dāng)主 持人啟動(dòng)開始鍵后,定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí). 5. 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答,搶答有效,定時(shí)器停止工作,顯示器上顯 示選手的編

11、號(hào)和搶答的時(shí)間,并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止. 6. 如果定時(shí)時(shí)間已到,無(wú)人搶答,本次搶答無(wú)效,系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)指示燈報(bào)警并禁 止搶答,定時(shí)顯示器上顯示 00. 3 工作原理及設(shè)計(jì)方案 搶答器是為競(jìng)賽參賽者答題時(shí)進(jìn)行搶答而設(shè)計(jì)的一種優(yōu)先判決器電路,競(jìng)賽 者可以分為若干組,搶答時(shí)各組對(duì)主持人提出的問(wèn)題要在最短的時(shí)間內(nèi)做出判斷, 并按下?lián)尨鸢存I回答問(wèn)題.當(dāng)?shù)谝粋€(gè)人按下按鍵后,則在顯示器上顯示該組的號(hào)碼,同 時(shí)電路將其他各組按鍵封鎖,使其不起作用.回答完問(wèn)題后,由主持人將所有按鍵 恢復(fù),重新開始下一輪搶答.搶答器具有定時(shí)搶答功能,且每次搶答的時(shí)間可以由 主持人設(shè)定（如 30 秒）.當(dāng)主持人啟動(dòng)開始鍵后,

12、定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí). 參賽選手 在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答,搶答有效,定時(shí)器停止工作,顯示器上顯示選手的編號(hào) 和搶答的時(shí)間,并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止.如果定時(shí)時(shí)間已到,無(wú)人搶答,本 次搶答無(wú)效,系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)指示燈報(bào)警并禁止搶答,定時(shí)顯示器上顯示 00. 因此要完成搶答器的邏輯功能,該電路至少應(yīng)包括輸入開關(guān)、數(shù)字顯示、判 別組控制以及組號(hào)鎖存等部分. 3.1 原理框圖 圖 1 原理框圖 3.2 設(shè)計(jì)思路 1. 搶答器供 8 名選手比賽,分別用 8 個(gè)按鈕 s0 s7 表示.這個(gè)功能只需要通過(guò) 管腳分配把按鈕分配到實(shí)驗(yàn)版上的撥動(dòng)開關(guān) sw0 到 sw7,讓每個(gè)選手撥動(dòng)開關(guān) 后產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)就可以了.

13、不同的選手撥動(dòng)按鈕發(fā)出信號(hào)通過(guò) 74ls148 編碼器 進(jìn)行編碼,編碼后輸出信號(hào)進(jìn)行下一步的譯碼和鎖存. 2. 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān) s,該開關(guān)由主持人控制.在這里首先通過(guò) 管腳分配把開關(guān) s 分配到相應(yīng)一個(gè)撥動(dòng)開關(guān),這個(gè)就是開關(guān) sw16.該開關(guān)聯(lián)到相 應(yīng)的線路,這個(gè)線路通過(guò)與非門連接其他信號(hào),從而達(dá)到清零的功能. 3. 搶答器具有鎖存與顯示功能.即選手按動(dòng)按鈕,鎖存相應(yīng)的編號(hào),并將優(yōu)先搶 答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止.74ls373 具有鎖存功能,可以在 一個(gè)選手按下按鈕后進(jìn)行鎖存,其他的選手不能再搶答.鎖存相應(yīng)的編號(hào)時(shí),由于 編碼器編的是從 0 到 7,如果 0

14、號(hào)選手搶答,與清零的時(shí)候可能造成混淆,所以要加 上加法器,對(duì)編碼器的 0 到 7 都加上 1.加法器是用 74ls83,這樣在后面的 74ls47 譯碼器上就可以顯示 1 到 8 的號(hào)碼. 4. 搶答器具有定時(shí)搶答功能,且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如,30 秒）.當(dāng) 主持人啟動(dòng)開始鍵后,定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí).74ls192 具有減法功能,通過(guò)使用 74ls192 可以對(duì)設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行自減,只需要給定 74ls192 秒脈沖就可以.同時(shí) 74ls192 結(jié)合 74ls47 可以對(duì)所設(shè)定的搶答時(shí)間和選手搶答的時(shí)間顯示出來(lái). 5. 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答,搶答有效,定時(shí)器停止工作,顯示器上顯

15、示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間,并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止.選手進(jìn)行搶答,通 過(guò)編碼器,鎖存器,加法器,譯碼器等顯示出來(lái).當(dāng)某個(gè)選手搶答有效,通過(guò) 74ls148 編碼器的 gsn 端口連接到控制清零端的與非門就可以進(jìn)行禁止其他選手的搶答,同 時(shí)把該選手的號(hào)碼顯示在數(shù)碼管上,同時(shí)通過(guò) 74ls148 編碼器的 gsn 端口可以 停止 74ls192 的脈沖,從而讓脈沖停止,達(dá)到顯示搶答時(shí)間的效果. 6. 如果定時(shí)時(shí)間已到,無(wú)人搶答,本次搶答無(wú)效,系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)指示燈報(bào)警并禁 止搶答,定時(shí)顯示器上顯示 00.當(dāng)時(shí)間到的時(shí)候,減法器 74ls192 的十位的 ldn 端口發(fā)出一個(gè)高電平,在這個(gè)端口上連接

16、上一個(gè)顯示燈,作為報(bào)警用.同時(shí)減法器 74ls192 的十位的 bon 端口會(huì)發(fā)出一個(gè)低電平,可以連接到脈沖上,讓脈沖停止, 數(shù)碼管上顯示的是 00. 3.3 設(shè)計(jì)流程圖 圖 2 流程圖 3.4 設(shè)計(jì)方案 整體的電路可以分為兩部分,一個(gè)是搶答電路,第二部分是定時(shí)、報(bào)警電路. 1 .搶答的部分：搶答器供 8 名選手比賽,分別用 8 個(gè)按鈕 s0 s7 表示.通過(guò)管腳 分配把按鈕分配到實(shí)驗(yàn)版上的撥動(dòng)開關(guān) sw0 到 sw7,讓每個(gè)選手撥動(dòng)開關(guān)后產(chǎn) 生相應(yīng)的信號(hào).不同的選手撥動(dòng)按鈕發(fā)出信號(hào)通過(guò) 74ls148 編碼器進(jìn)行編碼,編 碼后輸出信號(hào)進(jìn)行下一步的譯碼和鎖存.設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān) s

17、,開 關(guān)由主持人控制.通過(guò)管腳分配把開關(guān) s 分配到相應(yīng)一個(gè)撥動(dòng)開關(guān) sw16.該開關(guān) 聯(lián)系到一個(gè)相應(yīng)的線路,這個(gè)線路通過(guò)與非門連接其他信號(hào),從而達(dá)到清零的功能.搶 答器具有鎖存與顯示功能.即選手按動(dòng)按鈕,鎖存相應(yīng)的編號(hào),并將優(yōu)先搶答選手 的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止.74ls373 具有鎖存功能,可以在一個(gè)選 手按下按鈕后進(jìn)行鎖存,其他的選手不能在有選手搶答后再進(jìn)行搶答.鎖存相應(yīng)的 編號(hào)時(shí),由于編碼器編的是從 0 到 7,如果 0 號(hào)選手搶答,與清零的時(shí)候可能造成混 淆,所以要加上加法器,對(duì)編碼器的 0 到 7 都加上 1.加法器是使用 74ls83,加 1 后 在就可以在數(shù)碼顯示管

18、上顯示 1 到 8 的號(hào)碼. 2. 定時(shí)、報(bào)警部分：一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如 30 秒）.當(dāng)主持人啟動(dòng) 開始鍵后,定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí).74ls192 具有減法功能,通過(guò)使用 74ls192 可以對(duì) 設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行自減.74ls192 進(jìn)行工作的時(shí)候需要給定秒脈沖.同時(shí) 74ls192 結(jié) 合 74ls47 可以對(duì)所設(shè)定的搶答時(shí)間和選手搶答的時(shí)間顯示出來(lái).參賽選手在設(shè) 定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答,搶答有效,定時(shí)器停止工作,顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶 答的時(shí)間,并可以保持到主持人將系統(tǒng)清除為止.選手進(jìn)行搶答,通過(guò)編碼器,鎖存 器,加法器,譯碼器,顯示出來(lái).當(dāng)某個(gè)選手搶答有效,通過(guò) 74ls148 編碼

19、器的 gsn 端口連接到控制清零端的與非門就可以進(jìn)行禁止其他選手的搶答,同時(shí)把該選手 的號(hào)碼顯示在數(shù)碼管上,而且通過(guò) 74ls148 編碼器的 gsn 端口可以停止 74ls192 的脈沖,從而讓脈沖停止,達(dá)到顯示搶答時(shí)間的效果.若定時(shí)時(shí)間已到,無(wú) 人搶答,本次搶答無(wú)效,系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)指示燈報(bào)警并禁止搶答,定時(shí)顯示器上顯示 00.當(dāng)時(shí)間到的時(shí)候,減法器 74ls192 的十位的 ldn 端口發(fā)出一個(gè)高電平,在這個(gè) 端口上連接上一個(gè)顯示燈,作為報(bào)警用.同時(shí)減法器 74ls192 的十位的 bon 端口 會(huì)發(fā)出一個(gè)低電平,可以連接到脈沖上,讓脈沖停止輸?shù)郊臃ㄆ魃?那么數(shù)碼管顯 示的是 00. 4 單

20、元電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 整個(gè)電路分為編碼單元,鎖存單元,加法器單元,設(shè)定搶答時(shí)間單元,和譯碼單元 五個(gè)部分.下面分別對(duì)各個(gè)單元進(jìn)行詳細(xì)的介紹. 4.1 編碼單元 在選手按動(dòng)按鈕后,發(fā)出相應(yīng)的信號(hào).使用 74ls148 對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼,優(yōu)先判 決器是由 74ls148 集成優(yōu)先編碼器等組成.該編碼器有 8 個(gè)信號(hào)輸入端,3 個(gè)二進(jìn) 制碼輸出端,輸入使能端 ei,輸出使能端 eo 和優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志 gs.其功能 表如 圖 3 所示.從功能表中可以看出當(dāng) ei“0”時(shí),編碼器工作,而當(dāng) ei“1”時(shí),則不論 8 個(gè)輸入端為何種狀態(tài),輸出端均為“1”,且 gs 端和 eo 端 為“1”,編碼器處于非工

21、作狀態(tài),這種情況被稱為輸入低電平有效. 表 1 優(yōu)先編碼器 74ls148 功能表 輸 入輸 出 ei i0 i1 i2 i3 i4 i5 i6 i7 a2 a1 a0 gs eo 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 0 0 00 0 0 0 1 0 0 10 0 1 0 1 0 0 1 10 1 0 0 1 0 0 1 1 10 1 1 0 1 0 0 1 1 1 11 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 11 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 11 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 11 1 1 0 1 （表中代表任意狀態(tài)）

22、 由 74ls148 集成優(yōu)先編碼器組成的優(yōu)先判決器如圖所示,當(dāng)搶答開關(guān) s0 s7 中的一個(gè)按下時(shí),編碼器輸出相應(yīng)按鍵對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼,低電平有效.編碼器 輸出 aoa2、工作狀態(tài)標(biāo)志 gs 作為鎖存器電路的輸入信號(hào),而輸入使能端 ei 端應(yīng)和鎖存器電路的 q0 端相聯(lián)接,目的是為了在 ei 端為“1”時(shí)鎖定編碼器的 輸入電路,使其它輸入開關(guān)不起作用.具體實(shí)現(xiàn)電路為： 圖 3 編碼單元 4.2 鎖存單元 表 2 74ls373 功能表 egdq lhhh lhll llxq 上表是 74ls373 的真值表,表中：l低電平；h高電平；x不定態(tài)； q建立穩(wěn)態(tài)前 q 的電平；g輸入端,與 803

23、1ale 連高電平：暢通無(wú)阻； 低電平：關(guān)門鎖存.d使能端,接地.當(dāng) g=“1”時(shí),74ls373 輸出端 1q8q 與輸入端 1d8d 相同；當(dāng) g 為下降沿時(shí),將輸入數(shù)據(jù)鎖存. 那么按照實(shí)驗(yàn)的要求,編碼器的輸入就只有三個(gè),因此只用到 q1 到 q3,而 q4 接上 74ls148 的 gsn,再和 74ls373 的輸出 d4 通過(guò)與非門連接起來(lái),輸?shù)?74ls373 的 g 端口.從而達(dá)到鎖存的目的.具體電路圖為： 圖 4 鎖存單元 4.3 加法器單元 由于選手輸入的是 0 到 7,所以要每個(gè)都加上 1,讓數(shù)碼管顯示的是 1 到 8,因此要 使用加法器.加法器的真值表為： a1a3 b1

24、b3 a2a4 b2b4 | s1s3 s2s4 c2c4 | s1s3 s2s4c2c4 l l l l | l l l | h l l h l l l | h l l | l h l l h l l | h l l | l h l h h l l | l h l | h h l l l h l | l h l | h h l h l h l | h h l | l l h l h h l | h h l | l l h h h h l | l l h | h l h l l l h | l h l | h h l h l l h | h h l | l l h l h l h | h h

25、l | l l h h h l h | l l h | h l h l l h h | l l h | h l h h l h h | h l h | l h h l h h h | h l h | l h h h h h h | l h h | h h h 因此要使加法器加上 1,那么,令 74ls83 的 a1,a2,a3 對(duì)應(yīng) 74ls373 的 q1,q2,q3 作為輸入的數(shù)據(jù),而 b1,b2,b3,b4,a4 則接地.具體的電路圖為： 圖5 加法單元 4.4設(shè)定搶答時(shí)間單元 74ls192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器.(bcd,二進(jìn)制), cpu為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端,cpd為減計(jì)數(shù)時(shí)

26、鐘輸入端. ld為預(yù)置輸入控制端,異步預(yù)置. cr為復(fù)位輸入端,高電平有效,異步清除. co為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出, bo為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出. 因此設(shè)定脈沖輸入后,需要使用兩個(gè)74ls192,一個(gè)作為個(gè)位,一個(gè)作為十位.個(gè)位 的bo連接到十位的脈沖輸入,十位的bo就連接到脈沖,表示時(shí)間到的時(shí)候脈沖不 對(duì)74ls194作用.具體的電路如下： 圖6 設(shè)數(shù)單元 4.5譯碼單元 譯碼為編碼的逆過(guò)程.它將編碼時(shí)賦予代碼的含義“翻譯”過(guò)來(lái).實(shí)現(xiàn)譯碼的 邏輯電路成為譯碼器.譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系.74ls47是輸出 低電平有效的七段字形譯碼器,它在這里與數(shù)碼管配

27、合使用.具體的連接電路為： 圖7 譯碼單元 4.6 秒脈沖電路 兩塊 74ls192 實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù),通過(guò)譯碼電路 74ls48 顯示到數(shù)碼管上,其時(shí)鐘 信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供.用 555 定時(shí)器組成多諧振蕩器輸出方波脈沖,頻率為 1hz.設(shè)計(jì)電路如下.在此電路中根據(jù)產(chǎn)生脈沖振蕩頻率的計(jì)算公式 f= ,取,c=10即可以實(shí)現(xiàn).為了從視覺上觀 2ln)2( 1 21 crr kr15 1 kr65 2 f 察秒脈沖,特設(shè)置一脈沖指示燈. 表 4 555 定時(shí)器的功能表 清零端 dr高觸發(fā)端 th低觸發(fā)端tlqn+1放電管 t功能 00導(dǎo)通直接清零 1 cc v 3 2 cc v 3 1 0導(dǎo)通置

28、0 1 cc v 3 2 cc v 3 1 1截止置 1 1 cc v 3 2 cc v 3 1 qn不變保持 圖 8 555 引腳圖 圖 9 秒脈沖電路 4.7 報(bào)警電路 將搶答報(bào)警電路與到時(shí)報(bào)警電路放在一起,由一個(gè)電阻,一個(gè)三極管與一個(gè) 蜂鳴器控制. 報(bào)警時(shí)序控制電路由 74ls123 完成,其引腳圖如下： 圖 10 74ls123 引腳圖 5選用74系列芯片實(shí)現(xiàn)的理由： 74 系列芯片價(jià)格便宜,用其實(shí)現(xiàn),成本較低基本能滿足學(xué)校場(chǎng)合需要； 與我們學(xué)過(guò)的 數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì) 聯(lián)系緊密.能將們所學(xué)知識(shí) 用于實(shí)際,對(duì)鞏固所學(xué)知識(shí)有重要意義. 用了一些成型電路,如 ne555 標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖電路等,使

29、總體方案易于實(shí)現(xiàn). 所用芯片均在數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì) 課程中學(xué)過(guò),設(shè)計(jì)起來(lái)難度降 低. 6 實(shí)驗(yàn)工具 鉗子,鑷子,剪刀,數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱,各種顏色的導(dǎo)線若干,萬(wàn)用表等. 7 接線要求 設(shè)計(jì)的電路比較復(fù)雜,接線也就比較復(fù)雜,為了便于檢查電路,美觀等原因,必 須對(duì)接線統(tǒng)一要求.要求接線要橫平豎直,接線間盡量少交叉.而每一個(gè)模塊最好 用一種顏色的線接,這樣便于區(qū)分.同時(shí)插入面包板的部分要長(zhǎng)度適宜,不要太長(zhǎng), 否則會(huì)在內(nèi)部相交；也不要太短,否則會(huì)接觸不良.特別注意的是：在接每一個(gè)元 件前,必須對(duì)每一個(gè)元件進(jìn)行檢測(cè),以確保接在面包板上的元件是好的,以減少出 錯(cuò)的概率；在接每一個(gè)模塊前要對(duì)總體的電路和部分電路

30、有一個(gè)總體的把握,以 減少連線的交叉. 8 改進(jìn)設(shè)想及建議 （1）設(shè)計(jì)的作品主要是用 74 系列集成芯片來(lái)完成的,在焊接的過(guò)程中由于芯片 的引腳過(guò)多,布線工作不是很方便.有時(shí)候還可能因?yàn)槟骋桓€沒(méi)有焊牢,造成電 路的不穩(wěn)定,這些都是有待改進(jìn)的.我的想法是根據(jù)單片機(jī)原理及相關(guān)知識(shí)對(duì)設(shè) 計(jì)進(jìn)行一些改進(jìn). （2）完成電路的設(shè)計(jì)后,進(jìn)行了電路的模擬,采用的方法是在面包板上進(jìn)行模擬,雖 然結(jié)果是模擬出來(lái)了,但是效率很低.面包板存在著很多的不確定性.比如板上有 些插孔不可用等因素可能導(dǎo)致模擬失敗,即便有些時(shí)候設(shè)計(jì)是對(duì)的.因此我建議 學(xué)習(xí)一些常用電路仿真工具,如 ewb、max-plus ii 等 eda

31、軟件對(duì)設(shè)計(jì)出的電路 進(jìn)行仿真和模擬,這樣既可以提高效率,又可以提高模擬的準(zhǔn)確性. 9 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 按照設(shè)計(jì)時(shí)的思路,把電路圖連接好.經(jīng)過(guò)改錯(cuò),編譯,分配管腳,然后就可以 看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果.我的管腳分配為：sw0 到 sw7 為選手的編號(hào),分別為 1 到 8.sw8 到 sw11 為設(shè)定搶答時(shí)間的個(gè)位,sw12 到 sw15 是設(shè)定搶答時(shí)間的十位.sw16 為設(shè) 定搶答時(shí)間的置位端.sw17 為開始鍵.實(shí)驗(yàn)結(jié)果為： 主持人先按下置位端,就可以設(shè)定搶答時(shí)間,按照個(gè)位和十位的撥動(dòng)開關(guān)設(shè)定,在 對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管上可以看到相應(yīng)的搶答時(shí)間.然后主持人就可以按下開關(guān)讓選手搶 答,這時(shí)候搶答時(shí)間開始自減,在這個(gè)時(shí)間內(nèi),

32、如果有選手搶答,數(shù)碼管上會(huì)顯示 相應(yīng)的選手號(hào),在這個(gè)時(shí)候,如果有其他的選手也按下了搶答按鈕,顯示器不會(huì)顯 示.如果在搶答時(shí)間內(nèi)沒(méi)有人搶答,顯示搶答時(shí)間的數(shù)碼管就會(huì)顯示 00,而且有 報(bào)警燈閃.當(dāng)主持人要進(jìn)行下一輪的搶答,可以撥動(dòng)開關(guān) sw16 作為清零,重新開 始搶答. 綜上所述,實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合最初設(shè)計(jì)的要求及目的. 10 心得體會(huì) 本文詳細(xì)介紹了搶答器的設(shè)計(jì)方案,功能及在設(shè)計(jì)過(guò)程中所做的改進(jìn).這種搶 答器主要是基于 74 系列集成芯片,成本較低,且基本能夠使用于學(xué)校的一些活動(dòng) 中.本課程設(shè)計(jì)基本完成了設(shè)計(jì)的要求,能夠?qū)崿F(xiàn)全部的功能.能八路搶答,能定 時(shí)搶答,也能報(bào)警,清零. 在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候,遇到不少的問(wèn)題.一開始不知道該使用什么芯片去做實(shí)驗(yàn),只 能上網(wǎng)查資料熟悉芯片的功能,