畢業(yè)設(shè)計(jì)八路搶答器設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)論文 論文題目 八位數(shù)字搶答器 指導(dǎo)老師 班級(jí)及學(xué)號(hào) 學(xué)生姓名 摘 要：介紹了一種用74系列常用集成電路設(shè)計(jì)的數(shù)碼顯示八路搶答器的電路組成、設(shè)計(jì)思路及功能。該搶答器除具有基本的搶答功能外，還具有定時(shí)、計(jì)時(shí)和報(bào)警功能。主持人通過時(shí)間預(yù)設(shè)開關(guān)預(yù)設(shè)供搶答的時(shí)間，系統(tǒng)將完成自動(dòng)倒計(jì)時(shí)。若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)有人搶答，則計(jì)時(shí)將自動(dòng)停止，搶答電路數(shù)碼管上顯示選手編號(hào)。蜂鳴器發(fā)生報(bào)警，二極管發(fā)光，定是電路顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間。若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)無人搶答，定是電路顯示00，同時(shí)系統(tǒng)中的蜂鳴器將發(fā)響，提示主持人本輪搶答無效，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。ni multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對(duì)

2、電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。本設(shè)計(jì)就是利用multisim軟件進(jìn)行電路圖的繪制并進(jìn)行仿真。關(guān)鍵詞: 八路, 搶答器, 設(shè)計(jì),定時(shí)，計(jì)時(shí)，報(bào)警 abstract： introduces a kind of commonly used with 74 series ic design of digital display is composed of zhuhai circuit responder, design concept, function. this contest is a basic vies except function outside, still have timing, timi

3、ng and alarm function. host through time for vies preset switch preset time, the system will complete automatic countdown. if the stipulated time someone contest, is timing will automatically stop, vies to answer first circuit digital tube demonstrated contestant numbers. buzzer happen alarm, diode

4、luminescence, settle is circuit display countdown time. if the stipulated time no contest, is surely circuit, and system of display 00 buzzer will send ring, tip host this contest null and void, realize alarm function. ni multisim software combines the intuitive capture and powerful simulation, can

5、quickly, easily and effectively to circuit design and verified. this design is the use of the circuit drawing multisim software and simulate.keywords: octuple, vies to answer first editor, design, timing, timing, call the police緒論數(shù)字技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展最快的學(xué)科之一，數(shù)字邏輯器件已從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)

6、模集成電（vlsi）。相應(yīng)地，數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)方法在不斷地演變和發(fā)展，由原來的單一的硬件邏輯設(shè)計(jì)發(fā)展成三個(gè)分支，即硬件邏輯設(shè)計(jì)（中、小規(guī)模集成器件）、軟件邏輯設(shè)計(jì)（軟件組裝的lsi和vsi，如微處理器、單片機(jī)等）及兼有二者優(yōu)點(diǎn)的專用集成電路（asic）設(shè)計(jì)。 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)生越來越深刻的影

7、響。隨著現(xiàn)代社會(huì)的電子科技的迅速發(fā)展，要求我們要理論聯(lián)系實(shí)際，數(shù)字電子邏輯課程設(shè)計(jì)的進(jìn)行使我們有了這個(gè)非常關(guān)鍵的機(jī)會(huì)，通過這種綜合性訓(xùn)練，我們要達(dá)到以下的目的和要求：1.結(jié)合課程中所學(xué)的理論知識(shí)，獨(dú)立設(shè)計(jì)方案。達(dá)到學(xué)有所用的目的.2.學(xué)會(huì)查閱相關(guān)手冊(cè)與資料，通過查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料，進(jìn)一步熟悉常用電子器件類型和特性，并掌握合理選用的原則，培養(yǎng)獨(dú)立分析與解決問題的能力。 對(duì)于搶答器我們大家都知道那是用于選手做搶答題時(shí)用的，選手進(jìn)行搶答，搶到題的選手來回答問題。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。 第1章 mult

8、isim 10基本操作1.1.1 ni multisim 10系統(tǒng)簡(jiǎn)介ni multisim10是美國(guó)國(guó)家儀器公司（ni，national instruments）最新推出的multisim最新版本。它用軟件的方法虛擬電子與電工元器件，虛擬電子與電工儀器和儀表，實(shí)現(xiàn)了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。它是一個(gè)原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件。ni multisim10的元器件庫提供數(shù)千種電路元器件供實(shí)驗(yàn)選用，同時(shí)也可以新建或擴(kuò)充已有的元器件庫，而且建庫所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊(cè)中查到，因此也很方便的在工程設(shè)計(jì)中使用。它具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析

9、和穩(wěn)態(tài)分析、時(shí)域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，以幫助設(shè)計(jì)人員分析電路的性能。利用ni multisim10可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與虛擬實(shí)驗(yàn)，與傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)方法相比，具有如下特點(diǎn)：設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)可以同步進(jìn)行，可以邊設(shè)計(jì)邊實(shí)驗(yàn)，修改調(diào)試方便；設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)用的元器件及測(cè)試儀器儀表齊全，可以完成各種類型的電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)；可方便地對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行測(cè)試和分析；可直接打印輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、測(cè)試參數(shù)、曲線和電路原理圖；實(shí)驗(yàn)中不消耗實(shí)際的元器件，實(shí)驗(yàn)所需元器件的種類和數(shù)量不受限制，實(shí)驗(yàn)成本低，實(shí)驗(yàn)速度快，效率高；設(shè)計(jì)

10、和實(shí)驗(yàn)成功的電路可以直接在產(chǎn)品中使用。1.1.2 文件基本操作 與windows常用的文件操作一樣，multisim7中也有： new-新建文件、open-打開文件、save-保存文件、save as-另存文件、print-打印文件、print setup-打印設(shè)置和exit-退出等相關(guān)的文件操作。 以上這些操作可以在菜單欄file子菜單下選擇命令，也可以應(yīng)用快捷鍵或工具欄的圖標(biāo)進(jìn)行快捷操作。 1.1.3 元器件基本操作常用的元器件編輯功能有：90 clockwise-順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90、90 countercw-逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90、flip horizontal-水平翻轉(zhuǎn)、flip vertical

11、-垂直翻轉(zhuǎn)、component properties-元件屬性等。這些操作可以在菜單欄edit子菜單下選擇命令，也可以應(yīng)用快捷鍵進(jìn)行快捷操作。原始圖像 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度 水平翻轉(zhuǎn) 垂直翻轉(zhuǎn)1.1.4 文本基本編輯 對(duì)文字注釋方式有兩種：直接在電路工作區(qū)輸入文字或者在文本描述框輸入文字，兩種操作方式有所不同。1. 電路工作區(qū)輸入文字 單擊place / text命令或使用ctrl+t快捷操作，然后用鼠標(biāo)單擊需要輸入文字的位置，輸入需要的文字。用鼠標(biāo)指向文字塊，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選擇color命令，選擇需要的顏色。雙擊文字塊，可以隨時(shí)修改輸入的文字。2. 文本描述框輸入

12、文字 利用文本描述框輸入文字不占用電路窗口，可以對(duì)電路的功能、 實(shí)用說明等進(jìn)行詳細(xì)的說明，可以根據(jù)需要修改文字的大小和字體。單擊view/ circuit description box命令或使用快捷操作ctrl+d ，打開電路文本描述框，在其中輸入需要說明的文字，可以保存和打印輸入的文本。 1.1.5 圖紙標(biāo)題欄編輯 單擊place / title block命令，在打開對(duì)話框的查找范圍處指向multisim / titleblocks目錄，在該目錄下選擇一個(gè)*.tb7圖紙標(biāo)題欄文件，放在電路工作區(qū)。 用鼠標(biāo)指向文字塊，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選擇modify title block d

13、ata命令。如下圖所示： 1.1.6 子電路創(chuàng)建 子電路是用戶自己建立的一種單元電路。將子電路存放在用戶器件庫中，可以反復(fù)調(diào)用并使用子電路。利用子電路可使復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模塊化、層次化，可增加設(shè)計(jì)電路的可讀性、提高設(shè)計(jì)效率、縮短電路周期。創(chuàng)建子電路的工作需要以下幾個(gè)步驟：選擇、創(chuàng)建、調(diào)用、修改 。子電路選擇： 把需要?jiǎng)?chuàng)建的電路放到電子工作平臺(tái)的電路窗口上，按住鼠標(biāo)左鍵，拖動(dòng)，選定電路。被選擇電路的部分由周圍的方框標(biāo)示，完成子電路的選擇。子電路創(chuàng)建： 單擊place/replace by subcircuit命令，在屏幕出現(xiàn)subcircuit name的對(duì)話框中輸入子電路名稱sub1 ，單點(diǎn)ok

14、，選擇電路復(fù)制到用戶器件庫，同時(shí)給出子電路圖標(biāo)，完成子電路的創(chuàng)建。子電路調(diào)用： 單擊place/subcircuit命令或使用ctrl+b快捷操作，輸入已創(chuàng)建的子電路名稱sub1，即可使用該子電路。子電路修改： 雙擊子電路模塊，在出現(xiàn)的對(duì)話框中單擊edit subcircuit命令，屏幕顯示子電路的電路圖，直接修改該電路圖。子電路的輸入/輸出： 為了能對(duì)子電路進(jìn)行外部連接，需要對(duì)子電路添加輸入/輸出。單擊place / hb/sb connecter命令或使用ctrl+i快捷操作，屏幕上出現(xiàn)輸入/輸出符號(hào)，將其與子電路的輸入/輸出信號(hào)端進(jìn)行連接。帶有輸入/輸出符號(hào)的子電路才能與外電路連接。1.

15、2 multisim 10電路創(chuàng)建1.2.1 元器件1. 選擇元器件 在元器件欄中單擊要選擇的元器件庫圖標(biāo)，打開該元器件庫。在屏幕出現(xiàn)的元器件庫對(duì)話框中選擇所需的元器件，常用元器件庫有13個(gè)：信號(hào)源庫、基本元件庫、二極管庫、晶體管庫、模擬器件庫、ttl數(shù)字集成電路庫、cmos數(shù)字集成電路庫、其他數(shù)字器件庫、混合器件庫、指示器件庫、其他器件庫、射頻器件庫、機(jī)電器件庫等。1. 選擇元器件 在元器件欄中單擊要選擇的元器件庫圖標(biāo)，打開該元器件庫。在屏幕出現(xiàn)的元器件庫對(duì)話框中選擇所需的元器件，常用元器件庫有13個(gè)：信號(hào)源庫、基本元件庫、二極管庫、晶體管庫、模擬器件庫、ttl數(shù)字集成電路庫、cmos數(shù)字集

16、成電路庫、其他數(shù)字器件庫、混合器件庫、指示器件庫、其他器件庫、射頻器件庫、機(jī)電器件庫等。3. 元器件操作 選中元器件，單擊鼠標(biāo)右鍵，在菜單中出現(xiàn)下列操作命令：cut：剪切copy：復(fù)制flip horizontal：選中元器件的水平翻轉(zhuǎn)；flip vertical：選中元器件的垂直翻轉(zhuǎn)；90 clockwise：選中元器件的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90；90 countercw：選中元器件的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90；color：設(shè)置器件顏色edit symbol：設(shè)置器件參數(shù)help：幫助信息4. 元器件特性參數(shù) 雙擊該元器件，在彈出的元器件特性對(duì)話框中，可以設(shè)置或編輯元器件的各種特性參數(shù)。元器件不同每個(gè)選項(xiàng)下將對(duì)應(yīng)

17、不同的參數(shù)。 例如：npn三極管的選項(xiàng)為： label - 標(biāo)識(shí) display - 顯示 value - 數(shù)值 fault - 故障第2章 主要元器件介紹2.1. 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求1） 設(shè)計(jì)內(nèi)容1、 利用各種器件設(shè)計(jì)一個(gè)八路智力競(jìng)賽搶答器2、 并用protel或ewb畫原理圖與印制板電路圖。3、 總結(jié)檢驗(yàn)電路設(shè)計(jì)的結(jié)果2） 設(shè)計(jì)要求1、搶答器同時(shí)供八名選手或八個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用八個(gè)按鈕s0s7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、搶答器具有鎖存于顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并且優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人講系統(tǒng)清零為止。4、搶答器具有定時(shí)搶答

18、功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定。當(dāng)主持人啟動(dòng)開始鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時(shí)間在3秒左右，與此同時(shí)，指示燈會(huì)亮，提示搶答開始。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號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。6、如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。2.2元器件的功能和作用2.2.1 十進(jìn)制可逆集成計(jì)數(shù)器74ls192圖2-1 74ls192邏輯符號(hào)表2-1 74ls192功能表 該器件為雙時(shí)鐘工作方式，cp+是加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入，cp-是減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入，均為上升沿觸發(fā)

19、，采用8421 bcd碼計(jì)數(shù)。 cr為異步清0端，高電平有效。 ld為異步預(yù)置控制端，低電平有效，當(dāng)cr=0、ld=0時(shí)預(yù)置輸入端d、c、b、a的數(shù)據(jù)送至輸出端，即qdqcqbqa=dcba。 進(jìn)位輸出和借位輸出是分開的。 oc為進(jìn)位輸出，加法計(jì)數(shù)時(shí)，進(jìn)入1001狀態(tài)后有負(fù)脈沖輸出，脈寬為一個(gè)時(shí)鐘周期。 ob為借位輸出，減法計(jì)數(shù)時(shí)，進(jìn)入0000狀態(tài)后有負(fù)脈沖輸出，脈寬為一個(gè)時(shí)鐘周期。2.2.2 bcd-七段顯示譯碼器74ls48圖2-2 74ls48引腳圖表2-2 74ls48功能表 要求輸出015時(shí)，滅燈輸入（bi）必須開始時(shí)保持高電平。如果不滅，則動(dòng)態(tài)滅燈輸入（rbi）必須開路或?yàn)楦唠娖健?/p>

20、 將一低電平直接加于滅燈輸入（bi）時(shí)，則不管其他輸入為任何電平，所有各段輸出都關(guān)閉。 當(dāng)動(dòng)態(tài)滅燈輸入/動(dòng)態(tài)滅燈輸出（bi/rbo）開路或者保持高電平而試燈輸入為高電平時(shí)，所有各段輸出都關(guān)閉并且動(dòng)態(tài)滅燈輸出（rbo）處于低電平（響應(yīng)條件）。 當(dāng)滅燈輸入/動(dòng)態(tài)滅等輸出（bi/rbo）開路或者保持高電平而試燈輸入為低電平時(shí)，則所有各段都開通。 bi/rbo是線與邏輯，作滅燈輸入（bi）或動(dòng)態(tài)滅燈（rbo）之用，或兩者兼用。2.2.3 不可重復(fù)觸發(fā)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74ls121 引出端符號(hào)： cext 外接電容端 q 正脈沖輸出端 /q 負(fù)脈沖輸出端 rext/cext 外接電阻/電容端 rint

21、內(nèi)電阻端 b 正觸發(fā)輸入端 a1、a2 負(fù)觸發(fā)輸入端 圖2-3 74ls121引腳圖表2-3 74ls121功能表輸入輸出a1a2bqqlxhlhxlhlhxxllhhhxlhhhhhhlxxl說明：1.外接電容接在 cext（正）和 rext/cext 之間 2.如用內(nèi)定時(shí)電阻，須將 rint 接 vcc 3.為了改善脈沖寬度的精度和重復(fù)性，可在 rext/cext 和 vcc 之間接外 接電阻，并且 rint 開路。 2.2.4 8線-3線優(yōu)先編碼器74ls148 圖2-4 74ls148引腳圖 圖2-5 74ls279管腳圖74ls148為8線3線優(yōu)先編碼器，表4為其功能表. 表2-4

22、74ls148真值表輸入輸出eii0i1i2i3i4i5i6i7a2a1a0gseo1xxxxxxxx11111011111111111100xxxxxxx0000010xxxxxx01001010xxxxx011010010xxxx0111011010xxx01111100010xx011111101010x01111111100100111111111101從以上的的功能表中可以得出，74ls148輸入端優(yōu)先級(jí)別的次序依次為i7，i6，i0 。當(dāng)某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級(jí)別高的輸入端沒有低電平輸入時(shí)，輸出端才輸出相應(yīng)該輸入端的代碼。例如：i5=0且i6=i7=1(i6、i7優(yōu)先級(jí)

23、別高于i5) 則此時(shí)輸出代碼010，經(jīng)rs觸發(fā)器各位取反，這就是優(yōu)先編碼器的工作原理。74ls279在接法上有點(diǎn)不同，其中上圖所示的1s1,及1s2要連接到一起，和1r1一起組成sr觸發(fā)器，輸出為1q1，這里千萬不能把1s1誤認(rèn)為和1r1是一組的。但是，1s3卻和1r2是一組的，所以在接芯片連線的時(shí)候要特別注意。起初就是由于沒有注意到這里的不同，結(jié)果造成接線錯(cuò)誤，因此不能得出正確結(jié)果。當(dāng)s為低電平，r為高電平時(shí)，輸出q為高電平；當(dāng)s為高電平，r為低電平時(shí)，輸出q為低電平；當(dāng)s和r均為高電平時(shí)，q鎖存已建立的電平；當(dāng)s和r均為低電平時(shí)，q為不穩(wěn)定的高電平狀態(tài)。2.2.4 555定時(shí)器 （1）單穩(wěn)

24、態(tài)觸發(fā)器 由555構(gòu)成的無穩(wěn)電路也是多諧振蕩電路的一種，是555電路中應(yīng)用最廣的一類，電路的變化形式也最多。下圖為間接反饋型方波振蕩電路，振蕩電阻是連在電源vcc上的。公式：ta = 0.693 * ra，tb = 0.693 * rb，f = 0.722 / (ra * c) 。 圖2-6 由555定時(shí)器構(gòu)成的無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（2）多諧振蕩器由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如下圖所示，其工作波形如b圖所示。接通電源后，電容c被充電，vc上升，當(dāng)vc上升到2/3vcc時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，同時(shí)放電bjt t導(dǎo)通，此時(shí)vo為低電平，電容c通過r2和t放電，使vc下降。當(dāng)vc下降到1/3vcc時(shí)，觸發(fā)器又被

25、置位，vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器c放電所需的時(shí)間為tpl=0.7r2c當(dāng)c發(fā)電結(jié)束時(shí)，t截止，vcc將通過r1、r2向電容器c充電，vc有1/3vcc上升到2/3vcc所需的時(shí)間為tph=0.7(r1+r2)c 當(dāng)vc上升到2/3vcc時(shí)，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個(gè)周期的方波，其頻率為 f=1.43/（r1+2r2）*c（a）電路圖 （b）工作波形圖2-7 由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器第3章 設(shè)計(jì)原理與電路3.1 數(shù)字搶答器總體方框圖圖3-1 數(shù)字搶答器總體框圖說明： 上圖為該搶答器的總體框圖，其工作原理是：在接通電源的情況下，要進(jìn)行搶答之前，主持人根據(jù)題目難度設(shè)置搶答

26、時(shí)間，將開關(guān)撥到“清除”狀態(tài)，編號(hào)指示燈滅。搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，定時(shí)器顯示設(shè)置的時(shí)間，此時(shí)，主持人可以將開關(guān)撥到“開始”狀態(tài)，宣布開始搶答開始。定時(shí)器進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答過程完成，此次搶答結(jié)束，在這個(gè)過程中，優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、并且揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警信號(hào)告訴此次搶答結(jié)束。如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有人搶答，到時(shí)間結(jié)束時(shí)就后發(fā)出報(bào)警聲，再次搶答無效，比賽也會(huì)結(jié)束。3.2單元電路設(shè)計(jì)3.2.1 搶答器電路圖3-2 數(shù)字搶答器電路工作原理：如圖，該電路實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：一是能夠過分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼器顯示電路顯示編號(hào)；二是禁止其他選手之后按鍵無效。工作

27、過程：當(dāng)開關(guān)處于清除端時(shí)，74ls279的rs 觸發(fā)器段均為0信號(hào)，所以四個(gè)觸發(fā)器端均輸出為0，此時(shí)st為0，根據(jù)74ls148功能表可以看出，該芯片處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)達(dá)到“開始”端時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手按下鍵時(shí)，及有一個(gè)輸入端為低電平，根據(jù)74ls148功能表可知，y1，y2，y3處于一種輸出狀態(tài)，yex輸出為0，所以1q輸出為1，74ls48處于工作狀態(tài)。若是為設(shè)計(jì)優(yōu)先搶答電路模塊應(yīng)使74ls148 優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端）ei接bi端，當(dāng)有人按下開關(guān)后，bi端為1，使編碼器處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入，譯碼器將顯示第一個(gè)按下鍵的選手號(hào)碼。當(dāng)按鍵松開即按下時(shí)，由

28、于74ls148優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端）ei，所以74ls148處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將j2開關(guān)重新置“清除”然后再進(jìn)行下一輪搶答。因?yàn)橹挥?名選手，編號(hào)從0000到0111，所以74ls48 芯片的a3端不需要用到，所以可以直接置地。如果沒有選手按鍵的話，七段顯示譯碼器就會(huì)一直不亮，直到最后此次比賽結(jié)束。3.2.2 定時(shí)電路圖3-3 可預(yù)制時(shí)間的定時(shí)電路工作原理： 如圖所示，分為兩個(gè)部分，一是秒脈沖，由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路，根據(jù)公式振蕩周期為f=0.722/(ra*c)，可計(jì)算出該振蕩器的振蕩頻率為1hz，由

29、于是方波脈沖，所以一個(gè)周期內(nèi)有一個(gè)上升沿。另一部分是可預(yù)置時(shí)間的減計(jì)數(shù)器，對(duì)于預(yù)置端可以采用十進(jìn)制8421bcd碼設(shè)置，當(dāng)555振蕩器發(fā)出一個(gè)脈沖時(shí)，74ls192的cp-端就接受一個(gè)信號(hào)，在cp脈沖的上升沿預(yù)置數(shù)就開始自減，當(dāng)各位減少到0時(shí)，bo2就會(huì)輸出一個(gè)負(fù)脈沖，cp2-就會(huì)開始減少1，然后74ls192二開始再自減1，直到預(yù)置數(shù)最后變成00，最后在bo2輸出一個(gè)周期的負(fù)脈沖。在時(shí)間未到時(shí)，bo2一直到是輸出正脈沖，除非最后變成00時(shí)，才會(huì)輸出負(fù)脈沖，這就可以作為定時(shí)到的信號(hào)，如果是時(shí)間到了，輸出是零，時(shí)間不到，輸出是1。另外，假如有選手按鍵的話，則最后不會(huì)計(jì)數(shù)器不會(huì)因?yàn)樽詼p為00而最后

30、輸出負(fù)脈沖，而是應(yīng)為秒脈沖輸出與1q的非相與后當(dāng)作脈沖輸入74ls192的。當(dāng)沒有選手按鍵時(shí)，1q的非為0，所以cp脈沖就會(huì)停止輸入，時(shí)間就會(huì)停止，所顯示的時(shí)間就是該選手搶答的時(shí)間，但此時(shí)的定時(shí)到信號(hào)還是1。74ls192的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)，由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵擲向接地端進(jìn)行預(yù)置數(shù)，擲向另一端開始減計(jì)數(shù)，并將時(shí)間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管dpy_7-seg 上。3.2.3 報(bào)警電路圖3-4 報(bào)警電路工作原理：該報(bào)警電路有555定時(shí)器和三極管構(gòu)成，有555定時(shí)器構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩器，其輸

31、出信號(hào)可以經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器。pr為控制信號(hào)，當(dāng)pr為高電平時(shí)，4端接高電平，振蕩器正常工作，當(dāng)為低電平時(shí)，振蕩器停止工作，不會(huì)發(fā)聲。因?yàn)閬硪粋€(gè)高電平是該報(bào)警電路會(huì)發(fā)聲，但是只有在一個(gè)周期內(nèi)發(fā)聲，這個(gè)周期非常短，只是多諧振蕩器的一個(gè)周期，只有一秒鐘，所以中間需要加一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，根據(jù)555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的功能原理，這樣可以延長(zhǎng)這個(gè)周期，是發(fā)聲信號(hào)加長(zhǎng)，該定時(shí)器用到的電阻是510，電容是100uf，根據(jù)公式計(jì)算得到的周期是0.5秒。3.2.4 時(shí)序控制電路 圖3-5 時(shí)序控制電路工作原理：時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能：主持人將控制開關(guān)撥到開始位置時(shí)，搶答電路和定時(shí)電

32、路進(jìn)人正常搶答工作狀態(tài)。 當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間 根據(jù)上面的功能要求以及圖六，設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如圖11所示。圖中，門g4 的作用是控制時(shí)鐘信號(hào)cp的放行與禁止，門g2的作用是控制74ls148的輸人使能端 。圖八的工作原理是：主持人根據(jù)題目難易程度設(shè)置搶答時(shí)間，默認(rèn)搶答時(shí)間是30秒，控制開關(guān)s從清除位置撥到開始位置時(shí)，搶答控制開關(guān)s信號(hào)為高電平1，來自于圖六中的74ls279的輸出 2q2=0，經(jīng)g1反相， a1，定時(shí)到信號(hào)也是高電平1，所以g3的輸出信號(hào)為高電平，則時(shí)鐘信號(hào)cp能夠加到74ls192的減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端down，定時(shí)電

33、路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)。同時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，則定時(shí)到信號(hào)為 1，門g2的輸出為0，使 74ls148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，2q21，經(jīng) g1反相， a0，使b = 0，封鎖 cp信號(hào)，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門g2的輸出 ei =1，74ls148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，則定時(shí)到信號(hào)為0，2q2 =1，74ls148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時(shí)， 門g4處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖 cp信號(hào)，使定時(shí)電路保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求。集成單穩(wěn)觸發(fā)器74ls121用于控制報(bào)警電路及發(fā)聲的時(shí)間，其工作原理如下：

34、當(dāng)主持人將開關(guān)撥到開始鍵時(shí)，s信號(hào)從0變成1，是上升的，但是定時(shí)到信號(hào)還是1，gs由于74ls148已經(jīng)開始工作所以為0，所以根據(jù)74ls121功能表可以看到pr會(huì)有一個(gè)高電平輸出，所以揚(yáng)聲器就會(huì)發(fā)出聲音。在最后結(jié)束時(shí)候，如果沒有選手按鍵但是時(shí)間已經(jīng)結(jié)束，這時(shí)候s是1，gs因?yàn)闆]有選手按鍵而為1，而又因?yàn)槎〞r(shí)到信號(hào)而又有一個(gè)負(fù)脈沖輸入，所以pr會(huì)輸出一個(gè)正脈沖，從而使揚(yáng)聲器發(fā)聲。假如有選手按鍵，gs會(huì)從1變成0，定時(shí)到信號(hào)還是1，所以最后也會(huì)有一個(gè)正脈沖輸出，揚(yáng)聲器也會(huì)發(fā)生的。 搶答控制開關(guān)閉合后，74ls121的b端輸入為上升沿，而a1為低電平，根據(jù)功能表可知，q端輸出一個(gè)正脈沖，報(bào)警電路揚(yáng)

35、聲器發(fā)聲；如果搶答時(shí)間內(nèi)有選手按下?lián)尨鸢粹o，gs有高電平變?yōu)榈碗娖?，a1端輸入一個(gè)下降沿，而b端為高電平，故q輸出一個(gè)正脈沖，揚(yáng)聲器發(fā)聲；如果無人搶答，定時(shí)器減為00時(shí)bo端將輸出一個(gè)負(fù)脈沖，a2輸入一個(gè)下降沿，b端為高電平，此時(shí)q輸出一個(gè)正脈沖，揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲。 第四章 供電電路設(shè)計(jì)4.1 引 言 電子電路要正常工作，電源必不可少，并且電源性能對(duì)電路、電子儀器和電子設(shè)備的使用壽命、使用性能等影響很大，尤其在帶有感性負(fù)載的電路和設(shè)備(如電機(jī))中，對(duì)電源的性能要求更高。在很多應(yīng)用直流電機(jī)的場(chǎng)合中，要求為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路提供1個(gè)其輸出能從+3 v開始連續(xù)可調(diào)(+3v+9 v)的直流電源，并且要求電源

36、有保護(hù)功能。實(shí)際上就是要求設(shè)計(jì)一個(gè)具有足夠調(diào)壓范圍和帶負(fù)載能力的直流穩(wěn)壓電源電路。該電路的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)，其要求是輸出電壓從+3v開始連續(xù)可調(diào)；所選器件和電路必須達(dá)到在較寬范圍內(nèi)輸出電壓可調(diào)；輸出電壓應(yīng)能夠適應(yīng)所帶負(fù)載的啟動(dòng)性能。此外，電路還必須簡(jiǎn)單可靠，能夠輸出足夠大的電流。 4.2 電路的設(shè)計(jì)符合上述要求的電源電路的設(shè)計(jì)方法有很多種，比較簡(jiǎn)單的有3種：(1)晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路。電路框圖如圖4-1所示，該電路中，輸出電壓uo經(jīng)取樣電路取樣后得到取樣電壓，取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較得到誤差電壓，該誤差電壓對(duì)調(diào)整管的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，從而使輸出電壓發(fā)生變化，該變化與由于供電電壓

37、ui發(fā)生變化引起的輸出電壓的變化正好相反，從而保證輸出電壓uo為恒定值(穩(wěn)壓值)。因輸出電壓要求從0 v起實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，因此要在基準(zhǔn)電壓處設(shè)計(jì)輔助電源，用于控制輸出電壓能夠從0 v開始調(diào)節(jié)。4-1 串聯(lián)式穩(wěn)壓電源電路單純的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源電路很簡(jiǎn)單，但增加輔助電源后，電路比較復(fù)雜，由于都采用分立元件，電路的可靠性難以保證。(2)采用三端集成穩(wěn)壓器電路。如圖4-2所示，它采用輸出電壓可調(diào)且內(nèi)部有過載保護(hù)的三端集成穩(wěn)壓器，輸出電壓調(diào)整范圍較寬，設(shè)計(jì)一電壓補(bǔ)償電路可實(shí)現(xiàn)輸出電壓從+3 v起連續(xù)可調(diào)，因要求電路具有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，需設(shè)計(jì)一軟啟動(dòng)電路以適應(yīng)所帶負(fù)載的啟動(dòng)性能。該電路所用器件較少，成本

38、低且組裝方便、可靠性高。4-2 電路結(jié)構(gòu)框圖(3)用單片機(jī)制作的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。該電路采用可控硅作為第一級(jí)調(diào)壓元件，用穩(wěn)壓電源芯lm337,lm337作為第二級(jí)調(diào)壓元件，通過at89cs51單片機(jī)控制繼電器改變電阻網(wǎng)絡(luò)的阻值，從而改變調(diào)壓元件的外圍參數(shù)，并加上軟啟動(dòng)電路，獲得+3v+9v，0.1 v步長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)能力可達(dá)1 a，同時(shí)可以顯示電源電壓值和輸出電流值的大小。其硬件電路主要包括變壓器、整流濾波電路、壓差控制電路、穩(wěn)壓及輸出電壓控制電路、電壓電流采樣電路、掉電前重要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、單片機(jī)、鍵盤顯示等幾部分，硬件部分原理圖如圖4-3所示。4-3 用單片機(jī)制作的的穩(wěn)壓可調(diào)電源正、負(fù)端壓差控制電

39、路的作用是減少lm317和lm337輸入端和輸出端的壓差以降低lm317和lm337的功耗。穩(wěn)壓電路由三端穩(wěn)壓芯片lm317(負(fù)壓用lm337)及外圍器件組成，輸出電壓控制電路采用繼電器控制的電阻網(wǎng)絡(luò)。電阻網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)電阻都需要精密匹配，電阻的精密程度直接影響輸出電壓的精度。電壓電流采樣電路由單片機(jī)控制實(shí)時(shí)對(duì)當(dāng)前電壓電流進(jìn)行采樣，以修正輸出電壓值。掉電前重要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路用以保存當(dāng)前設(shè)置的電壓值，可以方便用戶在重新上電后不用設(shè)置，而且也不會(huì)因?yàn)殡妷褐颠^高損壞用戶設(shè)備。該電源穩(wěn)定性好、精度高，并且能夠輸出24v范圍內(nèi)的可調(diào)直流電壓，且其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，但是電路比較復(fù)雜，成本較高，使用

40、于要求較高的場(chǎng)合。在實(shí)際中，如果對(duì)電路的要求不太高(這種情況較多)，多采用第二種設(shè)計(jì)方案。4.4 實(shí)際電路設(shè)計(jì)選可調(diào)式三端穩(wěn)壓器cw317（如圖4-4所示），cw317系列穩(wěn)壓器能輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，其特性參數(shù)vo=+1.2v+37v，iomax=1.5a，最小輸入、輸出電壓差（vi-vo）min=3v, 最大輸入、輸出電壓差（vi-vo）max=40v。集成穩(wěn)壓器的輸出電壓uo與穩(wěn)壓電源的輸出電壓相同。組成的穩(wěn)壓電源如圖4-5所示，穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流、過熱保護(hù)電路，r1與rp電壓輸出調(diào)節(jié)電路，輸出電壓vo1.25（1+rp/ r1）r1的值為120歐240歐，流經(jīng)r1的泄放電流為5ma10

41、ma。rp為精密可調(diào)電位器，電容c2與rp并聯(lián)組成濾波電路，以減小輸出的紋波電壓。圖4-4 cw317管腳圖 圖4-5 穩(wěn)壓電路圖2.2選電源變壓器、整流二極管及濾波電容：選用功率為20w的變壓器，整流二極管選用1n4007,將交流電壓u1變成脈動(dòng)的直流電壓，在經(jīng)過濾波電容濾除紋波，濾波電容c可由紋波電壓vo pp ，和穩(wěn)壓系數(shù)sv來確定，本實(shí)驗(yàn)中采用2只2200f/25v的電容并聯(lián)。如圖4-6所示，通過橋式整流電路整流前后電壓、電流波形圖如圖4-7所示。 圖4-6整流電路 圖4-7 整流前后波形圖 4.5 電路的工作原理：直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)目的是在電路輸出端要輸出直流電壓及電流，電路的輸

42、入端接入220v交流電，由變壓器完成將有效值為220v的交流電壓轉(zhuǎn)換為有效值為15v左右的電路輸入端的電壓。其次，利用單向橋式整流電路完成將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，完成這一任務(wù)主要是依靠二極管的單向?qū)щ娮饔?，四只二極管接成電橋的形式，把輸入的正弦電壓通過整流變?yōu)閱畏较虻娜}動(dòng)電壓。之后通過濾波電路來濾除紋波電壓，再經(jīng)過可調(diào)穩(wěn)壓電路最后從輸出端可以得到變化范圍包含vo=+3v+9v的輸出電壓。電路工作原理的分布電路圖參照實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容“2.1設(shè)計(jì)方案”。完整集成直流穩(wěn)壓電源電路原理圖如圖3-1所示。圖4-8 集成直流穩(wěn)壓電源電路原理圖4.6 直流穩(wěn)壓電源原理電路圖4-9 直流穩(wěn)壓電源 protel原

43、理圖4.7電路安裝應(yīng)注意的問題首先在變壓器的副邊接入保險(xiǎn)絲，以防電路短路損壞變壓器或其他器件。先安裝集成穩(wěn)壓電路，再安裝整流濾波電路，最后安裝變壓器，（注意：安裝過程中應(yīng)當(dāng)安裝一級(jí)測(cè)一級(jí)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決）。對(duì)于穩(wěn)壓電路則主要測(cè)試集成穩(wěn)壓器是否能正常工作，其輸入端加適當(dāng)?shù)闹绷麟妷?，調(diào)節(jié)可變電阻器rp1，輸出電壓隨之變化說明穩(wěn)壓電路正常工作。整流濾波電路主要是檢查整流二極管是否接反，安裝前用萬用表測(cè)試其正、反電阻。接入電源變壓器，整流輸出電壓vi應(yīng)為正。斷開交流電源，將整流濾波電路與穩(wěn)壓電路相連，再接通電源，輸出電壓vo為規(guī)定值，說明各級(jí)電路均正常工作，可以進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試。4.8 實(shí)

44、驗(yàn)功能測(cè)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果：4.8.1試驗(yàn)功能測(cè)試：（1）輸出電壓：直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓vo接負(fù)載電阻，輸入端接220v的交流電壓，用萬用表測(cè)量輸出電壓vo，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，觀察vo的變化范圍。 紋波電壓：疊加在輸出電壓vo上的交流分量通常為mv級(jí)，測(cè)試時(shí)可以將其放大后用示波器觀察其峰-峰值vo pp，也可用交流電壓表測(cè)量其有效值，但是應(yīng)注意，由于紋波電壓不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定誤差。 穩(wěn)壓系數(shù)：在負(fù)載電流io以及實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度t不變的情況下，輸入電壓的變化引起輸出電壓的相對(duì)變化，把整流過后得到的輸入電壓先后增大、減小10%，得到vi與此同時(shí)認(rèn)真觀察輸出電壓vo得到vo，然后通過公式（1）即得到穩(wěn)壓系數(shù)sv 公式（1）4.8.2實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果：4-1 測(cè)試結(jié)果見表輸出電壓vo紋波電壓vo pp穩(wěn)壓系數(shù)svvi=20.01vvi=4.00vvo=9.320vvo=0.002v1.6v22.4v3mv1.0710310第五章 pcb圖及3d效果圖5.1 八位搶答器的pcb圖5.11 未布線前的八位搶答器pcb圖 頂層放置各種芯片，還有開關(guān)及按鈕，指示燈等器件；底層放置電容，電阻等元器件，這樣是電路看起來比較美觀，同時(shí)也給布線帶來方便。5.1.2 布線后的八位搶答器pcb圖5.1.3 八位搶答器3d效果圖5.2 電源電路的pcb圖及3d效果圖5.2.1電源電路的pcb圖5.2.1