具有定時功能的八路數(shù)顯搶答器的設計.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡，如有侵權，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除具有定時功能的八路呼叫器的設計一 摘要: 本文介紹了一種用74系列常用集成電路設計的數(shù)碼顯示八路呼叫器的電路組成、設計思路及功能。該呼叫器除具有基本的呼叫功能外，還具有定時、計時和報警功能。工作人通過時間預設開關預設供呼叫的時間，系統(tǒng)將完成自動倒計時。若在規(guī)定的時間內(nèi)有人呼叫，則計時將自動停止；若在規(guī)定的時間內(nèi)無人呼叫，則系統(tǒng)中的蜂鳴器將發(fā)響。 關鍵詞: 八路, 呼叫器, 設計,定時，計時，呼叫 Abstract： In this paper, the electric circuit and designing thought of an answering racer based on the common-used series of 74 IC with 8-wire is introduced, and its function is also described. The answering races function includes timing, counting, and alarming, besides the basic function of an answering racer. The host sets the provided time for the answering race through the time-setting switch, after this the system will count down the time automatically. If anybody answer the question on time, the counting of time will stop; If nobody answer the question on time, the alarm will give out some sound, helping the host know the race in this turn is of no use, so the function of alarming is achieved. Keywords: 8-wire, answering racer, design, timing, counting, alarming 引言： 本設計的目的是為了做一個八路呼叫器，主要的應用的場所是在醫(yī)院中。隨著醫(yī)療水平的提高，病人對醫(yī)護人員的要求也在提高。作為病人而言希望當自己有需要的是能夠及時得到護理，而本設計的目的就是將病人的需求信息及時的通知給醫(yī)護人員，這樣即減輕醫(yī)護人員的負擔同時又可以達到醫(yī)護的實時性，促進人性化管理，提高醫(yī)護水平，更好的為病人提供服務。本設計的實現(xiàn)很簡單，可以將本設計中的按鍵安裝在不同病人的病床旁邊，然后通過導線匯總在醫(yī)護室里，當有病人按下需要醫(yī)護按鍵時，通過編碼電路產(chǎn)生與病床相對用的編碼，而后通過鎖存器將編碼信息鎖存起來，接下來一方面將鎖存的編碼通過譯碼電路產(chǎn)生相應的譯碼在數(shù)碼管上顯示呼叫的病床號，同時產(chǎn)生觸發(fā)信號觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路使其產(chǎn)生暫穩(wěn)態(tài)輸出一段脈沖信號，脈沖信號再輸入到手動控制和報警電路中，改變多諧振蕩器的輸出，進而驅動喇叭工作，作用就是及時通知醫(yī)護人員有病人需要醫(yī)護，同時通過數(shù)碼管可以準確的向醫(yī)護人員顯示病人的床位。醫(yī)護人員可以通過控制按鈕來解除喇叭的工作。本設計的一大特色是應用了優(yōu)先編碼器，可以根據(jù)病人需要醫(yī)護的程度的不同，事先在安排病床時作出區(qū)分。當有兩個以上病人按下醫(yī)護按鍵時，通過優(yōu)先編碼器將優(yōu)先顯示要求醫(yī)護程度高的病人的病床號。本設計是基于數(shù)字電路完成其功能的，所用到的器件除優(yōu)先編碼器74LS148外全部為數(shù)電課本講述過的。二、設計任務及系統(tǒng)功能簡介 1.基本功能： （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S0 S7表示。（2） 設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。（3） 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，揚聲器發(fā)出聲響提示，并在DPY_7-SEG七段數(shù)碼管上顯示選手號碼。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人將系統(tǒng)清除為止。 2.擴展功能： （1） 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如30秒）。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時。 （2） 參賽選手在設定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。在這段（3） 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00。 三、實現(xiàn)的原理與電路 1數(shù)字搶答器總體方框圖如圖1所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關撥到清零狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設定時間；主持人將開關置;開始狀態(tài)，宣布開始搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作清除和開始狀態(tài)開關。總體框圖 圖12單元電路設計 (1) 搶答器電路設計電路如圖2所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS297 來完成。該電路主要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字數(shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：開關S置于清除端時，RS觸發(fā)器的 R、S端均為0，4個觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端）0，使之處于工作狀態(tài)。當開關S置于開始時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將搶答按鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后，CTR=1,RBO(圖中4端) =1,七段顯示電路74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經(jīng)譯碼顯示為“5”。此外，CTR，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端），處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74LS148的 此時由于仍為CTR，使優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端），所以74LS148仍處于禁止狀態(tài)，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開關重新置“清除”然后再進行下一輪搶答。74LS148為8線3線優(yōu)先編碼器，表1為其功能表。表一(2) 定時電路原理及設計：該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制同步加減計數(shù)器74LS192減法計數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個7段數(shù)碼管即相關電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預置數(shù)控制端實現(xiàn)預置數(shù)，由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設定一次搶答的時間，通過預置時間電路對計數(shù)器進行預置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG 上，當有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時， 輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。下面結合圖4具體講一下標準秒脈沖產(chǎn)生電路的原理。結合圖4，圖中電容C的放電時間和充電時間分別為 ， 于是從NE555的3端輸出的脈沖的頻率為 ，結合我們的實際經(jīng)驗及考慮到元器件的成本，我們選擇的電阻值為R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得 ，即秒脈沖。 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S0 S7表示。（2） 設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。（3） 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，揚聲器發(fā)出聲響提示，并在DPY_7-SEG七段數(shù)碼管上顯示選手號碼。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人將系統(tǒng)清除為止。2.擴展功能：（1） 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如30秒）。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時。（2） 參賽選手在設定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。在這段（3） 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00。三、實現(xiàn)的原理與電路1數(shù)字搶答器總體方框圖如圖1所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關撥到清零狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設定時間；主持人將開關置;開始狀態(tài)，宣布開始搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作清除和開始狀態(tài)開關?？傮w框圖 圖12單元電路設計 (1) 搶答器電路設計電路如圖2所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS297 來完成。該電路主要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字數(shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：開關S置于清除端時，RS觸發(fā)器的 R、S端均為0，4個觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端）0，使之處于工作狀態(tài)。當開關S置于開始時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將搶答按鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后，CTR=1,RBO(圖中4端) =1,七段顯示電路74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經(jīng)譯碼顯示為“5”。此外，CTR，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端），處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74LS148的 此時由于仍為CTR，使優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端），所以74LS148仍處于禁止狀態(tài)，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開關重新置“清除”然后再進行下一輪搶答。74LS148為8線3線優(yōu)先編碼器，表1為其功能表。表一(2) 定時電路原理及設計：該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制同步加減計數(shù)器74LS192減法計數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個7段數(shù)碼管即相關電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預置數(shù)控制端實現(xiàn)預置數(shù)，由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設定一次搶答的時間，通過預置時間電路對計數(shù)器進行預置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG 上，當有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時， 輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。下面結合圖4具體講一下標準秒脈沖產(chǎn)生電路的原理。結合圖4，圖中電容C的放電時間和充電時間分別為， 于是從NE555的3端輸出的脈沖的頻率為，結合我們的實際經(jīng)驗及考慮到元器件的成本，我們選擇的電阻值為R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得 ，即秒脈沖。74LS373產(chǎn)品編號：JCDL74373產(chǎn)品名稱：八D鎖存器 產(chǎn)品型號：74373產(chǎn)品單價：0.8元/只單個重量：1.2克起售數(shù)量：5只其他說明：拆機購買方法 其他電子元器件74LS373數(shù)字電路074LS37374ls373中文資料(引腳,內(nèi)部結構,參數(shù),工作原理及應用電路) 74ls373是常用的地址鎖存器芯片，它實質(zhì)是一個是帶三態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器，在單片機系統(tǒng)中為了擴展外部存儲器，通常需要一塊74ls373芯片，本文將介紹74ls373的引腳圖,內(nèi)結構圖、主要參數(shù)及在單片機系統(tǒng)中的就用電路.74ls373引腳排列圖 74ls373內(nèi)部結構圖上表是74LS373的真值表，表中： L低電平； H高電平； X不定態(tài)； Q0建立穩(wěn)態(tài)前Q的電平； G輸入端，與8031ALE連高電平：暢通無阻低電平：關門鎖存。圖中OE使能端，接地。 當G=“1”時，74LS373輸出端1Q8Q與輸入端1D8D相同； 當G為下降沿時，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。E G 功能 0 0 直通Qi = Di 0 1 保持（Qi保持不變） 1 X 輸出高阻 74ls373工作原理簡述:(1).1腳是輸出使能(OE),是低電平有效,當1腳是高電平時,不管輸入3、4、7、8、13、14、17、18如何,也不管11腳(鎖存控制端,G)如何,輸出2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部呈現(xiàn)高阻狀態(tài)(或者叫浮空狀態(tài));(2).當1腳是低電平時,只要11腳(鎖存控制端,G)上出現(xiàn)一個下降沿,輸出2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)立即呈現(xiàn)輸入腳3、4、7、8、13、14、17、18的狀態(tài). 鎖存端LE 由高變低時，輸出端8 位信息被鎖存，直到LE 端再次有效。 當三態(tài)門使能信號OE為低電平時，三態(tài)門導通，允許Q0Q7輸出，OE為高電平時，輸出懸空。2、圖3.1.1 74LS148引腳圖輸入輸出EII0I1I2I3I4I5I6I7A2A1A0GSEO1xxxxxxxx11111011111111111100xxxxxxx0000010xxxxxx01001010xxxxx011010010xxxx0111011010xxx01111100010xx011111101010x01111111100100111111111101 圖3.1.2 優(yōu)先編碼器74ls148功能表74ls148邏輯表達式使能端OE(芯片是否啟用)的邏輯方程： OE =I0I1I2I3I4I567IE 當OE輸入IE=1時，禁止編碼、輸出(反碼)： A2,A1,A0為全1。當OE輸入IE=0時，允許編碼，在I0I7輸入中，輸入I7優(yōu)先級最高，其余依次為：I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等級排列。 從以上的的功能表中可以得出，74ls148輸入端優(yōu)先級別的次序依次為I7，I6，I0 。當某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級別高的輸入端沒有低電平輸入時，輸出端才輸出相應該輸入端的代碼。例如：I5=0且I6=I7=1(I6、I7優(yōu)先級別高于I5) 則此時輸出代碼010 (為(5)10=(101)2的反碼)這就是優(yōu)先編碼器的工作原理。/info/commonIC/0075025.html設計報告 編寫實訓的總結報告是對學生寫科學論文和科研總結報告能力的訓練。通過寫報告，不僅把設計、組裝、調(diào)試的內(nèi)容進行全面總結，而且把實踐內(nèi)容上升到理論高度?？偨Y報告應包括以下幾點： (1)課題名稱 (2)內(nèi)容摘要 (3)設計內(nèi)容及要求(4)比較和選定設計的系統(tǒng)方案，畫出系統(tǒng)框圖 (5)單元電路設計、器件選擇。 (6)畫出完整的電路圖，并說明電路的工作原理。(7)組裝調(diào)試的內(nèi)容。包括： 使用的主要儀器和儀表 調(diào)試電路的方法和技巧。 測試的數(shù)據(jù)和波形并與計算結果比較分析。 調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法。 (8)總結電路的特點和方案的優(yōu)缺點，指出課題的核心及實用價值，提出改進意見和展望。(9)列出系統(tǒng)需要的元器件。 (10)列出參考文獻。(11)收獲、體會。實訓大綱電子技術與實踐（1）實訓大綱一、實訓目的與任務電子技術與實踐（1）實訓是繼“電子技術與實踐（1）”理論課之后開出的實踐教學環(huán)節(jié)。其目的是訓練學生綜合運用學過的數(shù)字電子技術基礎的基本知識，獨立設計比較復雜的數(shù)字電路的能力。通過實訓， 熟練運用各功能模塊，并應用這些模塊來設計數(shù)字系統(tǒng)，掌握自頂向下的系統(tǒng)設計方法。二、實訓的教學要求 通過技能實訓使學生掌握設計所用硬件電路的工作原理，設計出滿足要求的總體電路。能較熟練地使用仿真軟件對電路進行設計和仿真，并能進行實物制作及調(diào)試。三、實訓的基本內(nèi)容學生按給定的題目進行設計，題目的難度要保證中等水平的學生在教師的指導下在一周內(nèi)能獨立完成設計任務。題目要綜合運用所學的電子技術與實踐（1）課程的基本知識。 在設計一個電子電路系統(tǒng)時，首先必須明確系統(tǒng)的設計任務，根據(jù)任務進行方案選擇，然后對方案中的各部分進行電路的設計、器件選擇，最后將各部分連接在一起，畫出一個符合設計要求的完整的系統(tǒng)電路圖。1、明確系統(tǒng)的設計任務要求 對系統(tǒng)的設計任務進行具體分析，充分了解系統(tǒng)的性能、指標、內(nèi)容及要求，以便明確系統(tǒng)應完成的任務。 2、方案選擇 這一步的工作要求是，把系統(tǒng)要完成的任務分配給若干個單元電路，并畫出一個能表示各單元功能的整機原理框圖。 3、單元電路的設計、器件選擇 根據(jù)系統(tǒng)的指標和功能框圖，明確各部分任務，進行各單元電路的設計、器件選擇。4、電路圖及實物的制作。 四、實訓項目的基本內(nèi)容 1、多功能數(shù)字鐘的電路設計數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)“時”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計時裝置。由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的使用，使得數(shù)字鐘的精度、穩(wěn)定度遠遠超過了機械鐘表。鐘表的數(shù)字化在提高報時精度的同時，也大大擴展了它的功能，諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、定時啟閉路燈等。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非常現(xiàn)實的意義。（1）設計目的掌握數(shù)字鐘的設計、組裝與調(diào)試方法。熟悉集成電路的使用方法。（2）設計任務與要求時鐘顯示功能，能夠以十進制顯示“時”、“分”、“秒”。具有快速校準時、分、秒的功能。計時準確度，每天計時誤差不超過1s。整點自動報時，在離整點10s時，便自動發(fā)出鳴叫聲，步長1s，每隔1s鳴叫一次，前四響是低音，最后一響為高音，最后一響結束為整點。選做：鬧鐘功能，可按設定的時間鬧時。日歷顯示功能。將時間的顯示擴展為“年”、“月”、“日”。（3）數(shù)字鐘的基本原理及電路設計一個具有計時、校時、報時、顯示等基本功能的數(shù)字鐘主要由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時電路、報時電路等七部分組成。石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器得到秒脈沖，秒脈沖送入計數(shù)器計數(shù)，計數(shù)結果通過“時”、“分”、“秒”譯碼器譯碼，并通過顯示器顯示時間。數(shù)字鐘的整機邏輯框圖如下： 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率準確、電路結構簡單、頻率易調(diào)整，它是電子鐘的核心，用它產(chǎn)生標準頻率信號，再由分頻器分成秒時間脈沖。用反相器與石英晶體構成的振蕩電路如圖所示。利用兩個非門G1和G2自我反饋，使它們工作在線形狀態(tài)，然后利用石英晶體Z1來控制振蕩頻率。振蕩器振蕩頻率的精度與穩(wěn)定度基本上決定數(shù)字鐘的準確度,晶振頻率越高，計時準確度越高。目前常見的石英晶振頻率是4MHz時，則振蕩器輸出頻率為4MHZ。石英晶體振蕩電路分頻器時間標準信號的頻率很高，要得到秒脈沖，需要分頻電路。例如，振蕩器輸出4MHZ信號，可通過D觸發(fā)器（如74LS74）進行4分頻變成1MHZ，也可以將10分頻計數(shù)器74LS160（或74LS90）行4分頻變成1MHZ，然后送到10分頻計數(shù)器74LS160（或74LS90），經(jīng)過6次10分頻而獲得1HZ的方波信號。計數(shù)器整個計數(shù)器電路由秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器串接而成。秒計數(shù)器和分計數(shù)器各自由一個十進制計數(shù)器和一個六進制計數(shù)器串接組成，形成兩個六十進制計數(shù)器。時計數(shù)器可由兩個十進制計數(shù)器串接并通過反饋接成二十四制計數(shù)器。譯碼器譯碼器由六片74LS247（或74LS48）組成，74LS247驅動器是與8421BCD編碼計數(shù)器配合用的7段譯碼驅動器。一片74LS247驅動一只數(shù)碼，72LS247是集電極開路輸出，為了限制數(shù)碼管的導通電流，在72LS247的輸出與數(shù)碼管的輸入端之間均應串有限流電阻。顯示器 本系統(tǒng)用七段發(fā)光數(shù)碼管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字，發(fā)光數(shù)碼管有兩種：共陽極或共陰極。74LS247驅動器是低電平輸出，采用共陽極數(shù)碼管。校時電路剛接通電源或走時不準時，都需要進行時間校準。實現(xiàn)校時電路的方法有很多，采用基本R-S觸發(fā)器構成單脈沖發(fā)生器是其中的一種，電路如圖。（4）調(diào)試要點畫出整個系統(tǒng)的電路圖，并列出所需器件清單。采購器件，并按電路圖接線，認真檢查電路是否正確，注意器件管腳的連接，“懸空端”、“清零端”、“置1端”要正確處理。.調(diào)試振蕩器電路，用示波器觀察振蕩頻率輸出。將振蕩輸出頻率送入各分頻器，觀察其輸出頻率是否符合設計要求。檢查各級計數(shù)器的工作情況。觀察校時電路的功能是否滿足校時要求。當分頻器和計數(shù)器調(diào)試正常后，觀察電子鐘是否正常準確地工作。2、交通燈控制電路設計 由一條主干道和一條支干道的匯合點形成十字交叉路口，為確保車輛安全、迅速地通行，在交叉路口的每個入口處設置了紅、綠、黃三色信號燈。紅燈亮禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮則給行駛中的車輛有時間?？吭诮芯€外。實現(xiàn)紅、綠燈的自動指揮對城市交通管理現(xiàn)代化有著重要的意義。（1）設計目的掌握交通燈控制電路的設計、組裝與調(diào)試方法。熟悉數(shù)字集成電路的設計和使用方法。（2）設計任務與要求用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號燈。當主干道允許通行亮綠燈時，支干道亮紅燈，而支干道允許亮綠燈時，主干道亮紅燈。主支干道交替允許通行，主干道每次放行30s、支干道20s。設計30s和20s計時顯示電路。在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉換過程中間，要亮5s的黃燈作為過渡，以使行駛中的車輛有時間停到禁止線以外，設置5s計時顯示電路。（3）交通燈控制電路基本原理及電路設計實現(xiàn)上述任務的控制器整體結構如圖計時器主 控 制 器譯碼驅動電路主干道信號燈支干道信號燈主控制器主控電路是本課題的核心，它的輸入信號來自車輛的檢測信號和30s、20s、5s三個定時信號，它的輸出一方面經(jīng)譯碼后分別控制主干道和支干道的三個信號燈，另一方面控制定時電路啟動。主控電路屬于時序邏輯電路，可采用狀態(tài)機的方法進行設計。主控電路的輸入信號有：主干道有車A1，無車A0；支干道有車B1，無車B0；主干道有車過30s為L1，未過30s為L=0；支干道有車過20s為S1，未過20s為S0；黃燈亮過5s為P1，未過5s為P0。主干道和支干道各自的三種燈（紅、黃、綠），正常工作時，只有4種可能，即4種狀態(tài)：主綠燈和支紅等亮，主干道通行，啟動30s定時器，狀態(tài)為S0；主黃燈和支紅燈亮，主干道停車，啟動5s定時器， 狀態(tài)為S1；主紅燈和支綠燈亮，支干道通行，啟動20s定時器，狀態(tài)為S2；主紅燈和支黃燈亮，支干道停車，啟動5s定時器，狀態(tài)為S3?？捎?個JK觸發(fā)器表達上述四種狀態(tài)的分配和轉換。計時器電路這些計時器除需要秒脈沖作時鐘信號外，還應受主控器的狀態(tài)和傳感器信號的控制。例如30s計時器應在主、支干道都有車，主控器進入S0狀態(tài)（主干道通行）時開始計時，等到30s后往主控器送出信號（L1）并產(chǎn)生復零脈沖使該計數(shù)器復零。同樣20s計時器必須在主、支干道都有車，主控器進入S2狀態(tài)時開始計數(shù)，而5s計時器則要在進入S1或S3狀態(tài)時開始計數(shù)，待到規(guī)定時間分別輸出S1、P1信號，并使計數(shù)器復零。設計中30s計數(shù)器可以采用兩個十進制計數(shù)器T210級連成三十進制計數(shù)器，為使復零信號有足夠的寬度，可采用基本RS觸發(fā)器組成反饋復零電路。按同樣的方法可以設計出20s和5s計時電路，與30s計時電路相比，后兩者只是控制信號和反饋信號的引出端不同而已。譯碼驅動電路A、信號燈譯碼電路主控器的四種狀態(tài)分別要控制主、支干道紅黃綠燈的亮與滅。令燈亮為“1”，燈滅為“0”，主干道紅黃綠等分別為R、Y、G，支干道紅黃綠等分別為r、y、g，則信號燈譯碼電路真值表為：信號燈譯碼電路真值表輸入輸出Q2Q1RYGryg00001100010101001010001011100001由真值表可進一步得到各燈的邏輯表達式，進而確定其電路形式。B、計時顯示譯碼電路 計時顯示實際是一個定時控制電路，當30s、20s、5s任一計數(shù)器計數(shù)時，在主支干道各自可通過數(shù)碼管顯示出當前的計數(shù)值。計數(shù)器輸出的七段數(shù)碼顯示用BCD碼七段譯碼器驅動即可，具體設計可參考課題一電子數(shù)字鐘的譯碼、顯示部分。時鐘信號發(fā)生器電路產(chǎn)生穩(wěn)定的“秒”脈沖信號，確保整個電路裝置同步工作和實現(xiàn)定時控制。此電路與課題一數(shù)字鐘的秒脈沖信號產(chǎn)生電路相同，可參閱其中晶體振蕩電路、分頻電路的設計。如果計時精確度要求不高，也可采用RC環(huán)形多諧振蕩器。傳感器設計中用開關代替?zhèn)鞲衅?，主干道有車A1，無車A0；支干道有車B1，無車B0；（4）調(diào)試要點畫出整機電路圖，并列出所需器件清單。采購器件，并按電路圖接線，認真檢查電路是否正確，注意器件管腳的連接，“懸空端”、“清零端”、“置1端”要正確處理。秒脈沖信號發(fā)生器與計時電路的調(diào)試與上一設計相同。主控器電路的調(diào)試，可用邏輯開關S1、S2、S3、S4、S5分別代替A、B、L、S、P信號，秒脈沖作時鐘信號，在S1S5不同狀態(tài)時，主控器狀態(tài)應按狀態(tài)轉換圖轉換。如果以上邏輯關系正確，即可與計時器輸出L、S、P相接，進行動態(tài)調(diào)試。此時，A，B信號仍用邏輯開關S1、S2代替。信號燈譯碼調(diào)試亦是如此，先用兩個邏輯開關代替Q2、Q1，當Q2、Q1分別為00、01、10、11時，6各發(fā)光二極管應按設計要求發(fā)光。各單元電路均能正常工作后，即可進行總機調(diào)試。3、四人智力競賽搶答器（1）設計目的掌握四人智力競賽搶答器電路的設計、組裝與調(diào)試方法。熟悉數(shù)字集成電路的設計和使用方法。（2）設計任務與要求設計任務設計一臺可供4名選手參加比賽的智力競賽搶答器。 用數(shù)字顯示搶答倒計時間，由“9”倒計到“0”時，無人搶答，蜂鳴器連續(xù)響0.5秒。選手搶答時，數(shù)碼顯示選手組號，同時蜂鳴器響0.5秒，倒計時停止。設計要求A、4名選手編號為：1，2，3，4。各有一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號對應，也分別為1，2，3，4。B、給主持人設置一個控制按鈕，用來控制系統(tǒng)清零（搶答顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。C、搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，該選手編號立即鎖存，并在搶答顯示器上顯示該編號，同時揚聲器給出音響提示，封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。D、搶答器具有定時（9秒）搶答的功能。當主持人按下開始按鈕后，定時器開始倒計時，定時顯示器顯示倒計時間，若無人搶答，倒計時結束時，揚聲器響，音響持續(xù)0.5秒。參賽選手在設定時間（9秒）內(nèi)搶答有效，搶答成功，揚聲器響，音響持續(xù)0.5秒，同時定時器停止倒計時，搶答顯示器上顯示選手的編號，定時顯示器上顯示剩余搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。E、如果搶答定時已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效。系統(tǒng)揚聲器報警（音響持續(xù)0.5秒），并封鎖輸入編碼電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器顯示0。F、用石英晶體振蕩器產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖信號，作為定時計數(shù)器的CP信號。（3）四人智力競賽搶答器電路原理及設計電路主要由脈沖產(chǎn)生電路、鎖存電路、編碼及譯碼顯示電路、倒計時電路和音響產(chǎn)生電路組成。當有選手搶答時，首先鎖存，阻止其他選手搶答，然后編碼，再經(jīng)4線7段譯碼器將數(shù)字顯示在顯示器上同時產(chǎn)生音響。主持人宣布開始搶答時，倒計時電路啟動由9計到0，如有選手搶答，倒計時停止。電路系統(tǒng)結構如圖：揚聲器數(shù)碼顯示脈沖電路倒計時器譯碼器數(shù)碼顯示揚聲器鎖存器編碼轉換電路譯碼器主持人選手以鎖存器為中心的編碼顯示電路搶答信號的判斷和鎖存可采用觸發(fā)器或鎖存器。若以四D觸發(fā)器74LS175為中心構成編碼鎖存系統(tǒng)，編碼的作用是把鎖存器的輸出轉化成8421BCD碼，進而送給7段顯示譯碼器。其真值表為： 鎖存器輸出 編碼器輸出Q4Q3Q2Q1DCBA00010001001000100100001110000100搶答信號的鎖存可通過D觸發(fā)器的輸出相“與”反饋門控觸發(fā)脈沖實現(xiàn)，當無人搶答時，4個D觸發(fā)器的輸出Q非相與，為“1”時，脈沖能夠進入觸發(fā)器，有一人搶答時，與門中有一個變?yōu)椤?”，使脈沖不能進入觸發(fā)器，從而防止其他人搶答。脈沖產(chǎn)生電路：采用石英晶體振蕩器可產(chǎn)生高精度的秒脈沖，電路可參考多功能數(shù)字鐘設計中的時鐘電路。倒計時顯示電路：該電路可采用十進制同步減計數(shù)器74LS190，主持人宣布開始時，按下按鈕，同時使計數(shù)器置數(shù)為“9”，并在脈沖作用下開始倒計時并在顯示器上顯示，到零時停止。 音響電路：可以利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121產(chǎn)生定寬的搶答輸出脈沖，接入蜂鳴器，根據(jù)脈沖寬度可計算得蜂鳴器鳴叫時間。再由主持人、選手、倒計時共同控制它的輸入，使其在主持人開始、選手搶答、倒計時到零時都能鳴叫。 （2）數(shù)碼顯示器在數(shù)字系統(tǒng)中，需要將測量或運算結果用十進制數(shù)碼直觀地顯示出來。數(shù)碼顯示器是用來顯示數(shù)字、文 字或符號的器件，現(xiàn)在已有多種不同類型的產(chǎn)品，廣泛應用于各種數(shù)字設備中，目前廣泛使用的顯示方式 有點陣式和分段式顯示器，常見的顯示器有半導體顯示器、液晶顯示器、熒光數(shù)碼顯示器等。下面僅介紹 半導體七段顯示器。半導體數(shù)碼管是分段式數(shù)碼顯示器件，它有7個字段，每段為一個半導體發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，簡稱LED），其字形結構如圖2（a）所示。發(fā)光二極管與普通二極管一樣，具有單向導電性。當外 加反向電壓時，發(fā)光二極管截止；當外加正向電壓且數(shù)值足夠大時，發(fā)光二極管導通，發(fā)光二極管能發(fā)出 清晰的光線。選擇不同字段發(fā)光，可顯示出不同的字形，例如當b，c段亮時，顯示1.半導體七段顯示器分為共陰極接法和共陽極接法兩種，分別如圖2（b），（c）所示。對于共陰極接法 ，若需某字段亮，則需使該字段為高電平；同理，對于共陽極接法，若需某字段亮，則需使該字段為低電平。圖2 半導體數(shù)碼管共陰極接法和共陽極接法發(fā)光二極管正向工作電壓一般為1.53V，驅動電流需要幾毫安至十幾毫安。在實際應用中，應在每個二 極管支路串接限流電阻以防電流過大而損壞二極管。（3）七段顯示譯碼器74LS247七段顯示譯碼器的主要功能是把8421BCD碼譯成對應于數(shù)碼管的7個字段信號，驅動數(shù)碼管，顯示出相應 的十進制數(shù)碼。 74LS247功能表 圖3 74LS247引腳圖表2和圖3分別示出七段譯碼器74LS247（共陽接法）的功能表和引腳圖。A3,A2,A1,A0是8421BCD碼的4位 輸人信號，a,b,c,d,e,f,g是七段譯碼輸出信號，LT，RBI，BI為控制端。燈測試輸人端LT：當LT=0，BI1時，無論A3A0為何種狀態(tài)，a,b,c,d,e,f,g的狀態(tài)均為0，數(shù)碼管七段 全亮，顯示“8”字形，用以檢查七段顯示器各字段是否能正常工作。滅零輸入端RBI：當RBI0時，且LT1，BI0時，若A3A0的狀態(tài)均為0，則所有光段均滅，在數(shù)字顯 示中用以熄滅不必要的0。例如，顯示0021，21前面的兩個0是多余的，可以通過在對應位加滅零信號 （RBI0）的方法去掉多余的零。圖4 74LS247和半導體數(shù)碼管的連接圖滅燈輸人/滅零輸出端BI：當BI0時，無論LT，RBI及數(shù)碼輸人A3A0狀態(tài)如何，輸出a,b,c,d,e,f,g均 為1，七段全滅，不顯示數(shù)字；當BI1時，顯示譯碼器正常工作。圖4所示為74LS247和共陽極TLR0501HRA半導體數(shù)碼管連接圖。74ls04引腳圖74LS04引腳功能及真值表：常用芯片74ls32引腳圖管腳功能真值表作者：來源：本站原創(chuàng)點擊數(shù)： 4068更新時間：2007年12月21日74LS32是四2輸入或門，常用在各種數(shù)字電路以及單片機系統(tǒng)中。 表達式為：Y=A+B 引腳排列圖管腳功能：左下1-1A，2-1B， 3-1Y；4-2A，5-2B，6-2Y；7-GND； 右起：右上8-3Y，9-3A，10-3B；11-4Y，12-4A， 13-4B；14-VCC 其中A，B為輸入端，Y為輸出端，GND為電源負極，VCC為電源正極。 電子和單片機元件資料庫里還有很多資料下載，歡迎到首頁查找。A B 0-0 0 00 1 11 0 11 1 1 一 設計任務與要求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S0 S7表示。 2. 設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。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定（如30秒）。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時，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. 參賽選手在設定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，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00。 二、設計原理與參考電路1數(shù)字搶答器總體方框圖 如圖所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關撥到清除狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設定時間；選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作清除和開始狀態(tài)開關。2單元電路設計本搶答器僅用兩塊數(shù)字芯片便實現(xiàn)了數(shù)顯搶答的功能，與其他搶答器電路相比，有結構簡單、成本低、制作方便的優(yōu)點。實用可靠、成本極低，十分適合學校教學使用。設計原理圖：原理圖見上圖所示，為常用的四七段譯碼器，其為試燈腳；為消隱（滅燈）腳，和接高電平（電源）；端為選通腳，開始搶答前接低電平。1、2、6、7腳為碼輸入端，915腳為七個輸出端，直接驅動數(shù)碼二極管顯示器，接通電源開關，數(shù)碼管顯示“”。CD4511真值表如下：3鎖存電路與7段顯示譯碼器74LS30引腳圖07為8個搶答按鍵，是碼段譯碼器。74LS30是輸入與非門.初始狀態(tài)下，驅動數(shù)碼管顯示，即、這六個筆畫為，僅筆畫為，現(xiàn)將筆畫信號用三極管9013反相，這樣，在初始狀態(tài)下，74LS30的個輸入端便全為，其輸出為，使段譯碼器處在譯碼狀態(tài)，這時按鍵信號可以輸入。又因顯示除以外的其他數(shù)字時，a這個圖畫信號至少有一個是，使74LS30輸出，相應地，段譯碼器處于鎖存狀態(tài)。所以當某一按鍵按下時，74LS30就輸出鎖存信號，使段譯碼器將已鍵入的數(shù)字鎖存顯示。這樣，后按下的鍵就不起作用了，數(shù)碼管就只顯示最先按下的鍵號，起到了搶答的作用。和組成積分電路對鎖存信號作短暫的延時，其作用是讓數(shù)字電路有足夠的響應時間，使鎖存穩(wěn)定，以免顯示亂碼。8為復位鍵，該鍵在主持人喊“開始”前按下，按下后數(shù)碼管顯示。4. 數(shù)碼管引腳圖5所需的實驗器材：a.實驗電路面包板一塊b.CD4511、74LS30、共陰譯碼管各1只c.二極管9只、開關9只、0.01uf電容1只、9013三極管1只d.100K電阻4只、10K電阻2只、2K電阻1只三一些錯誤1 顯示器上不顯示數(shù)字，我們從后級往前級進行測試，首先用1.52V的電壓作用各個筆段,看對應各筆段是否亮,判斷是否完好。若完好則繼續(xù)檢測CD4511芯片是否完好。在CD4511的A、B、C、D四個輸入端隨意輸入一組二進制數(shù)碼（用高低電平表示1和0，此處注意要用到8V以上的電源電壓），看是否能顯示數(shù)字。無顯示的故障一般問題出在這兩個環(huán)節(jié)。2 若顯示器上顯示的是不符合要求的數(shù)字，在設計原理正確的前提下，首先通過測試判斷CD4511的輸出ag與LED管的ag筆段是否連接