四路搶答器課程設(shè)計(jì)

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)課題： 四路搶答器(含電源)課程設(shè)計(jì)系 別： 機(jī)械工程系專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化姓 名： MA學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師：XXXXXXXXXXX學(xué)院2015年 12月 16日目錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)1 1.2 設(shè)計(jì)要求12 方案比較13搶答器基本結(jié)構(gòu)及功能介紹2 3.1 搶答器的基本結(jié)構(gòu)2 3.2 系統(tǒng)框圖3 3.3功能介紹34單元模塊設(shè)計(jì)4 4.1穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換模塊4 4.2 基本搶答模塊4 4.3 倒計(jì)時(shí)模塊5 4.4犯規(guī)模塊6 4.5 555振蕩電路75 四路搶答器仿真分析76實(shí)習(xí)體會(huì)總結(jié)107附錄（主要元器件說(shuō)明）11 7.1 555定時(shí)器11 7.2穩(wěn)

2、壓電路780512 7.3雙下降沿 J-K 觸發(fā)器74LS11213 7.4優(yōu)先編碼器74ls14714 7.5D觸發(fā)器74ls17515 7.6七段譯碼器74LS247168參考文獻(xiàn)171、 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)4路搶答器（含直流電源）制作1.2 設(shè)計(jì)要求基本要求：(1) 在搶答開(kāi)始后，若有參賽者按下?lián)尨鸢粹o，能準(zhǔn)確判斷出最先按下?lián)尨鸢粹o的參賽選手，并把其編號(hào)顯示出來(lái)。(2) 成功搶答后，若再有人按下?lián)尨鸢粹o，搶答狀態(tài)不發(fā)生改變。(3)具有復(fù)位功能，按下復(fù)位按鈕，可進(jìn)入下一次搶答準(zhǔn)備階段。（4）要完成作品的仿真演示（用proteus仿真軟件實(shí)現(xiàn)）和實(shí)物制作（萬(wàn)能板上焊接電路），且作

3、品設(shè)計(jì)中只能用編碼器、譯碼器、定時(shí)器、電阻、電容、與或非門等基本器件或芯片，不可以用單片機(jī)或PLC等控制器。（5）作品工作電壓只提供交流220V電源，作品中所用其他電壓由交流220V電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換供給，電源轉(zhuǎn)換電路須自行設(shè)計(jì)制作。發(fā)揮部分：（1）搶答開(kāi)始后要有20S搶答倒計(jì)時(shí)，成功搶答后要有60S回答問(wèn)題倒計(jì)時(shí)。（2）若搶答者違規(guī)，能實(shí)現(xiàn)用指示燈記錄違規(guī)情況，達(dá)到一定違規(guī)次數(shù)后有相應(yīng)處理措施。（3）在實(shí)現(xiàn)上述功能外，可自行設(shè)計(jì)增加具有創(chuàng)新特色的搶答器附加功能。2方案比較方案1：采用采用晶振來(lái)給D觸發(fā)器上升沿脈沖和給定時(shí)電路提供脈沖，需要分頻電路對(duì)其分頻，但只要一個(gè)晶振。方案2：采用555定時(shí)器觸

4、發(fā)器上升沿脈沖和給定時(shí)電路提供脈沖，雖然不需要分頻電路但需要兩個(gè)555定時(shí)器分別給D觸發(fā)器上升沿脈沖和給定時(shí)電路提供脈沖。 經(jīng)過(guò)對(duì)比兩方案的優(yōu)缺點(diǎn)，決定采用方案2。然后利用軟件proteus來(lái)進(jìn)行仿真調(diào)試再進(jìn)行逐步改進(jìn)。3搶答器基本結(jié)構(gòu)及功能介紹3.1 搶答器的基本結(jié)構(gòu)圖3.1整個(gè)電路框圖如圖3.2所示，主要分為四部分，基本搶答模塊、穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換模塊、倒計(jì)時(shí)模塊和犯規(guī)模塊。其中基本搶答模塊由74ls175型四上升沿D觸發(fā)器、編碼器、555多諧震蕩器、譯碼器和數(shù)碼管顯示等組成。穩(wěn)壓電源模塊模塊由變壓器，整流橋及穩(wěn)壓模塊等組成，其作用是為模塊提供5V電源。倒計(jì)時(shí)模塊由555多諧震蕩器電路，74LS

5、192十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器電路，譯碼器電路，數(shù)碼管電路及脈沖蜂鳴器等組成。犯規(guī)模塊由四個(gè)LED及兩個(gè)74LS112JK觸發(fā)器組成。3.2系統(tǒng)框圖 當(dāng)主持人宣布開(kāi)始，定時(shí)電路開(kāi)始秒脈沖電路的作用而進(jìn)行倒記時(shí)，并通過(guò)譯碼器在顯示器中顯示。當(dāng)選手首先按某一開(kāi)關(guān)鍵時(shí)，可通D觸發(fā)器電路被鎖存，在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的開(kāi)關(guān)電平信息，同時(shí)為防止其它開(kāi)關(guān)隨后觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂，最先產(chǎn)生的輸出電平變化又反過(guò)來(lái)將觸發(fā)電路鎖定。然后在譯碼器中譯碼，將觸發(fā)器輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)。最后在顯示電路中顯示出所按鍵選手的號(hào)碼。若有多個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)按下時(shí)，則在它們之間存在著隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題，結(jié)果可能是它們中的任一個(gè)產(chǎn)生有效輸出。如

6、圖3.2搶答按鈕D觸發(fā)器邊碼電路譯碼電路主持人控制開(kāi)關(guān)控制電路報(bào)警電路555多諧震蕩電路定時(shí)電路譯碼電路顯示電路顯示電路 圖3.23.3功能介紹 （1）搶答器最多可供4名選手參賽，編號(hào)為14號(hào)，各隊(duì)分別用一個(gè)按鈕別為 控制，并設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位和搶答控制開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)由主持人控制。 （2） 搶答器具有的隊(duì)號(hào)由LED數(shù)碼管顯示出來(lái)，直到主持人清零時(shí)脈沖蜂鳴器響一下。 （3） 復(fù)位鍵及搶答控制鍵（由主持人控制），當(dāng)復(fù)位鍵被按下時(shí)搶答電路清零，脈沖蜂鳴器響一下，當(dāng)松開(kāi)后則允許搶答。輸入搶答信號(hào)由搶答按鈕開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。 （4）有搶答信號(hào)輸入即即任意一搶答按鈕按下時(shí)，顯示出相對(duì)應(yīng)的組別號(hào)碼。此時(shí)再按其他任何一個(gè)

7、搶答器開(kāi)關(guān)均無(wú)效，指示燈依舊“保持” 第一個(gè)開(kāi)關(guān)按下時(shí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)不變。 （5）搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間為20秒。當(dāng)節(jié)目主持人啟動(dòng)“開(kāi)始”鍵后，要求定時(shí)器立即減計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示。（6）參加選手在未開(kāi)始搶答時(shí)按下?lián)尨疰I選手對(duì)應(yīng)犯規(guī)指示燈亮至主持人按下復(fù)位按鈕。 （7）參加選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答，搶答有效，當(dāng)選手按下?lián)尨鸢粹o后立即作答，定顯示器上顯示選手的編號(hào)，選手對(duì)應(yīng)的LED燈亮起并倒計(jì)時(shí)60秒時(shí)間，選手應(yīng)在60秒內(nèi)完成作答，60秒時(shí)間到后脈沖蜂鳴器響一下，選手停止作答。 （8）如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，本次搶答無(wú)效，脈沖蜂鳴器響一下，封鎖輸入電路，禁止選手

8、超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器上無(wú)顯示。 4單元模塊設(shè)計(jì) 41穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換模塊圖4.1如圖4.1所示，先由變壓器（圖中略）把交流電工頻220V降壓為26V，然后后再由整流橋進(jìn)行整流成直流電，接著由7805穩(wěn)壓模塊進(jìn)行穩(wěn)壓后供給所有模塊5v電壓。為了加強(qiáng)電源的穩(wěn)定性分別在7405穩(wěn)壓模塊前后加兩個(gè)電容來(lái)濾掉高頻與低頻信號(hào)。42基本搶答模塊圖4.2電路見(jiàn)圖4.2所示，該電路主要完成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)譯碼顯示電路顯示編號(hào)（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）。工作過(guò)程：由是倒計(jì)時(shí)模塊顯示值控制清零端，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)模塊顯示值為0時(shí)，D觸發(fā)器為復(fù)位狀態(tài)，使整個(gè)模塊處于等待工作狀態(tài)；當(dāng)?shù)褂?jì)

9、時(shí)模塊顯示值非0時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)。當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時(shí)（如2隊(duì)按下），74LS147編碼輸出并取反，經(jīng)74LS247譯碼器接到七段顯示電路處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=010,經(jīng)譯碼顯示為“2”。此外，MR1，使D觸發(fā)器工作標(biāo)志端1，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開(kāi)即按下時(shí)，74LS147的 此時(shí)由于仍為CTR1，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端為1，所以74LS147仍處于禁止?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復(fù)位按鈕按下然后才可能進(jìn)行。 4.3倒計(jì)時(shí)模塊圖4.3該部分由基本搶答模塊的基礎(chǔ)上修改和添加一些功能，使得電路的功能更加豐富

10、、產(chǎn)品更加符合實(shí)際要求。如圖4.3所示，發(fā)揮部分由555多諧震蕩器電路，74LS192十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器電路，譯碼器電路，數(shù)碼管電路及脈沖式蜂鳴器電路組成。由555產(chǎn)生一秒鐘的脈沖給U974ls92，把U9接成減計(jì)數(shù)器送給譯碼器74LS247譯碼后經(jīng)數(shù)碼管顯示個(gè)位。十位顯示的脈沖由U9TCD端提供。當(dāng)兩數(shù)碼管顯示都為0時(shí)555產(chǎn)生的脈沖斷開(kāi)，即不輸入到計(jì)數(shù)器中技術(shù)，且變0的同時(shí)脈沖蜂鳴器響一下。4.4 犯規(guī)模塊圖4.4該部分主要是用來(lái)防止在主持人沒(méi)按下開(kāi)始時(shí)選手搶答，由74LS112JK觸發(fā)器構(gòu)成，直接置位端接高電平，J端和倒計(jì)時(shí)模塊的顯示聯(lián)動(dòng)，當(dāng)顯示為00時(shí)為高電平，即當(dāng)對(duì)應(yīng)cp脈沖來(lái)時(shí)進(jìn)行置

11、位操作。Cp脈沖端接對(duì)應(yīng)的搶答按鈕。k端接地，R端與復(fù)位按鈕聯(lián)動(dòng)。4.5 555振蕩電路本系統(tǒng)需要產(chǎn)生頻率為500KHZ的脈沖信號(hào)，用于觸發(fā)器的CP信號(hào)，及頻率為1HZ信號(hào)用于計(jì)時(shí)電路。以上電路可用555定時(shí)器組成，也可用石英晶體組成的振蕩器經(jīng)過(guò)分頻得到。5 四人搶答器仿真分析按照總體電路圖在仿真軟件proteus7.5上一一選擇芯片并進(jìn)行連接，然后啟動(dòng)開(kāi)關(guān)觀察。下面，我們分兩部分對(duì)設(shè)計(jì)出的電路進(jìn)行proteus7.5仿真。我們將各部分電路在proteus7.5上連接好后，為各個(gè)電阻和電容選取適當(dāng)值，為各個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)置好適當(dāng)?shù)逆I盤打開(kāi)數(shù)值（例如，為某一開(kāi)關(guān)設(shè)為1連接，則啟動(dòng)proteus7.5m仿

12、真按鈕后，在鍵盤上按1則此開(kāi)關(guān)就由斷開(kāi)狀態(tài)變?yōu)檫B接狀態(tài)）然后打開(kāi)proteus7.5的開(kāi)關(guān)，即可根據(jù)顯示器上顯示的數(shù)字以及二極管的亮滅情況來(lái)判斷電路設(shè)計(jì)是否成功。（1）犯規(guī)仿真圖5.1圖5.2（2） 開(kāi)始仿真圖5.3（3） 搶答仿真圖5.4（4） 復(fù)位仿真圖5.56 實(shí)習(xí)體會(huì)總結(jié)這一課程設(shè)計(jì)使我們將課堂上的理論知識(shí)有了進(jìn)步的了解，并增強(qiáng)了對(duì)數(shù)字電子技術(shù)這門課程的興趣。了解了更多電子元件的工作原理。但同時(shí)也暴露出我在知識(shí)上掌握不足等缺點(diǎn)。其次在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中由于我們頻繁的使用一電子設(shè)計(jì)軟件如：proteus，因此使我熟悉了軟件的使用，同時(shí)在電腦的電子設(shè)計(jì)和繪圖操作上有了進(jìn)一步提高。加上在設(shè)計(jì)過(guò)程

13、中遇到了一些問(wèn)題，使得我得查找相關(guān)資料，從而增長(zhǎng)知識(shí)的同時(shí)增強(qiáng)解決問(wèn)題和動(dòng)手的能力，鍛煉我做事細(xì)心、用心、耐心的能耐。這一課程設(shè)計(jì)，使我向更高的精神和知識(shí)層次邁向一大步。所以在以后的學(xué)習(xí)生活中，我會(huì)努力學(xué)習(xí)，培養(yǎng)自己獨(dú)立思考的能力，積極參加多種設(shè)計(jì)活動(dòng)，培養(yǎng)自己的綜合能力，從而使得自己成為一個(gè)有綜合能力的人才而更加適應(yīng)社會(huì)。本次課程設(shè)計(jì)對(duì)于我的課題的基本要求實(shí)現(xiàn)了，并且還完成了一定的發(fā)揮部分。這次課程設(shè)計(jì)時(shí)間有點(diǎn)匆忙，雖然大部分的功能都實(shí)現(xiàn)了，但是還是會(huì)存在不完美的地方，實(shí)在是時(shí)間有點(diǎn)緊，沒(méi)辦法做長(zhǎng)時(shí)間的修改。設(shè)計(jì)進(jìn)行地比較成功，對(duì)常用的芯片無(wú)論是從功能上，還是構(gòu)造上都在了更深的了解，更重要的

14、是鍛煉了我們的動(dòng)手能力，平時(shí)看書(shū)都能看得明白，但是到了仿真的時(shí)候還是會(huì)出現(xiàn)很多的問(wèn)題，有時(shí)候一個(gè)小失誤致使整個(gè)電路工作狀態(tài)出現(xiàn)錯(cuò)誤，但是還是能過(guò)一次次的調(diào)試，一次次地去修改最后得出了成品。也學(xué)了一個(gè)新的軟件，這也是很重要的。7主要元器件說(shuō)明7.1 555定時(shí)器555定時(shí)器電路是一個(gè)中規(guī)模的集成電路，可以由TTL電路或CMOS電路構(gòu)成。它是一種能產(chǎn)生時(shí)間延遲和多種脈沖信號(hào)的控制電路。只要在外部配上幾個(gè)適當(dāng)?shù)碾娮柙?，就可以?gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。多諧振蕩器以及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與整形電路，在工業(yè)自動(dòng)控制，定時(shí)，仿聲和防盜報(bào)警等方面有廣泛的應(yīng)用。定時(shí)器電路包含兩個(gè)比較器，由差分放大器和恒流源組成。兩

15、個(gè)比較器結(jié)構(gòu)完全相同。CA1比較器和CA2比較器兩個(gè)高精度比較器，R-S雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，放電三極管和功率輸出級(jí)構(gòu)成。當(dāng)控制端5腳無(wú)外加控制電壓及直流電路時(shí)，CA1的反相輸入端的基準(zhǔn)電壓=2Vcc/3,同相輸入端6腳為閾值電壓輸入端，用于監(jiān)測(cè)外接定時(shí)電路的電容上的電壓；CA2的同相輸入端的基準(zhǔn)電壓=Vcc/3，反相輸入端2腳為觸發(fā)電壓輸入端，兩電壓比較器的輸出控制R-S雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)點(diǎn)工作狀態(tài)。4腳為復(fù)位端，當(dāng)其為低電平時(shí)，電路優(yōu)先復(fù)位。3腳輸出為低電平?？刂齐妷憾?是比較器CA1的基準(zhǔn)電壓端，通過(guò)外接元件或電壓源可改變控制端的電壓值，即可改變比較器CA1,CA2的參考電壓。不用時(shí)可將它與地之間接一個(gè)

16、0.01F電容，以防止干擾電壓引入。555的電源電壓范圍上+4.518V，輸出電流可達(dá)100200mA，能直接驅(qū)動(dòng)型電機(jī)，繼電器和低阻抗揚(yáng)聲器。其外引線排列圖為雙列直插式，如圖7.1圖7.17.2穩(wěn)壓電路78057.3雙下降沿 J-K 觸發(fā)器74LS112 112 為帶預(yù)置和清除端的兩組 J-K 觸發(fā)器，共有 54/74S112 和 54/74LS112 兩種線路 結(jié)構(gòu)型式，其主要電特性的典型值如下：型號(hào)FMAXPDCT54S112/CT74S112125MHz150mWCT54LS112/CT74LS11245MHz20mW管腳圖：引出端符號(hào)：CLK1、CLK2時(shí)鐘輸入端（下降沿有效）J1、

17、J2、K1、K2數(shù)據(jù)輸入端Q1、Q2、/Q1、/Q2輸出端CLR1、CLR2直接復(fù)位端（低電平有效）PR1、PR2直接置位端（低電平有效）功能表：說(shuō)明：H高電平 L低電平 X任意 高到低電平跳 Q0穩(wěn)態(tài)輸入條件建立前的Q的電平/ Q0穩(wěn)態(tài)輸入條件建立前Q的電平或Q0 的補(bǔ)碼 *不定7.4優(yōu)先編碼器74ls147147 為 10 線4 線優(yōu)先編碼器，共有 54/74147 和 54/74LS147 兩種線路結(jié)構(gòu)型式， 其主要電特性的典型值如下：型號(hào)tpdPDCT54147/CT7414710ns230mWCT54LS147/CT74LS14715ns60mW147 將 9 條數(shù)據(jù)線（19）進(jìn)行

18、4 線 BCD 編碼，即對(duì)最高位數(shù)據(jù)線進(jìn) 行譯碼。當(dāng) 19 均為高電平時(shí)，編碼輸出（ABCD）為十進(jìn)制零。故不 需單設(shè)/IN0 輸入端。管腳圖：引出端符號(hào)：19編碼輸入端(低電平有效) ABCD編碼輸出端(低電平有效)7.5 D觸發(fā)器74ls175四上升沿 D 觸發(fā)器（有公共清除端）54175/7417554S175/74S17554LS175/74LS175簡(jiǎn)要說(shuō)明邏輯符號(hào)175 為四上升沿 D觸發(fā)器， 共有 54175/74175 、54S175/74S175，54LS175/74LS175 三種線路結(jié)構(gòu)形式。其主要電特性的典型值如下：型號(hào)fmPD54163/7416335MHz150mW54S163/74S163110MHz300mW54LS163/74LS16340MHz55mW當(dāng)清除端（）為低電平時(shí)，輸出端 Q 為低電平。CR在時(shí)鐘（CP）上升沿作用下，Q 與數(shù)據(jù)端（D）相一致。當(dāng) CP 為高電平或低電平時(shí)，D 對(duì) Q 沒(méi)有影響。引出端符號(hào)CP時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）CR清除端（低電平有效）1D4D數(shù)據(jù)輸入端1Q4Q輸出端14互補(bǔ)輸出端QQ極限值電源電壓7V輸入電壓54/74175，54/74S1755.5V54/74LS1757V工作環(huán)境溫度54××