八路搶答器課程設計報告

XX物電系電子信息工程XX物電系電子信息工程 課程設計 八路搶答器第第頁共19定時搶答的功能以及報警功能。圖2.2所示電路的工作過程是：接通電源后，主持人將控制開關置于〃清除〃處，此時搶答器處于禁止狀態(tài)，選手不能進行搶答，定時顯示器顯示設定的時間(30s),當主持人將控制開關置于〃開始〃時，揚聲器發(fā)出聲響，搶答器處于工作狀態(tài)，同時定時器開始倒計時。當選手在定時時間內按動搶答鍵時，電路要完成以下功能：(1)優(yōu)先編碼電路判斷搶答者的編號，并由鎖存器進行鎖存，然后通過譯碼顯示電路在數(shù)碼管上顯示搶答者的編號；(2)揚聲器發(fā)出短暫聲響；(3)控制電路對其余輸入編碼進行封鎖，禁止其他選手進行搶答；(4)控制電路要使定時器停止工作，數(shù)碼管上顯示剩余的搶答時間，當選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關進行系統(tǒng)清零，使系統(tǒng)回復到禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答。當定時時間到，卻沒有選手搶答時，系統(tǒng)將報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。第三章電路設計方案的選擇：【方案一】原理：在選手搶答前，〃清除/起始〃開關S使基本RS觸發(fā)器輸出端Q為0,使集成8線-3線優(yōu)先編碼器禁止；當主持人按下〃清除/起始〃開關S時，基本RS觸發(fā)器輸出端Q為1,與優(yōu)先擴展輸出端Yex共同作用，使集成8線-3線優(yōu)先編碼器選通輸入端ST為0,允許編碼，等待數(shù)據(jù)輸入。此時優(yōu)先按動序號的組號立即通過編碼器按BCD421碼輸出，經(jīng)RS鎖存器74LS279將該數(shù)碼鎖存到LED顯示器上。與此同時，Yex（弓|腳為14）由1翻轉為0,與非門G1輸出為1,選通輸入端ST為L編碼器被禁止。此外，在Yex由1翻轉為0時，還驅動報警電路工作，發(fā)出聲音。74S00D選手控制開關一廠［=BAIOGOFOCOOOCOBOAU174S24D8xl0kohm圖74S00D選手控制開關一廠［=BAIOGOFOCOOOCOBOAU174S24D8xl0kohm圖【方案二】該方案即為筆者所采用的方案，它采用了74LS148來實現(xiàn)搶答器的選號，采用了74LS279芯片實現(xiàn)對號碼的鎖存，采用了74LS192實現(xiàn)十進制的減法計數(shù)，555芯片產生秒脈沖信號來共同實現(xiàn)倒計時，采用了74LS121單穩(wěn)態(tài)芯片來實現(xiàn)報警信號的輸出。確定方案在方案一中,主要多了一個基本RS觸發(fā)器，以及相對的74LS148引腳與74LS279之間連線的相應改變，這又涉及到之后的提高方案中的連線的改變。它有自身的優(yōu)點，即基本RS觸發(fā)器又相當一鎖存器(74LS279)z它可以對主持人的指令進行進一步的鎖存，這樣就可以增強它的抗干擾能力，但其線路過于復雜，另外此次實驗所用的電路板對電路設計的大小要求很高，而且在布局和焊接上要越精練越好，所以它不是首選方案。而由于方案二已能滿足基本設計和提高設計的要求，而且它的原理更簡單易懂，直觀明了，元件更少，連線更方便，焊接更可靠，且比較容易實現(xiàn)，所以最終選用了方案二單元電路設計搶答電路的設計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。選用優(yōu)先編碼74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能，其電路組成如圖3-1所示:圖3.2.1搶答電路其工作原理是：當主持人控制開關處于〃清零〃位置時，RS觸發(fā)器的R端為低電平，輸出端（4QH1Q全部為低電平。于是74LS48的BI=O,顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端ST=O,74LS148處于工作狀態(tài),此時鎖存電路不工作。當主持人將開關撥到〃開始〃位置時，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態(tài)，既搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端17、辰15、|4、|3、|2、|1、I。輸入信號，當有選手將鍵按下時（如按下S5）,74LS148的輸出Y2YiYo=O1OzYEx=O,經(jīng)RS鎖存器后，CTR=1BI=1,止匕時74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=1Q1經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器顯示出〃5〃0止矽卜，CTR=1使74LS148的ST端為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其它按鍵的輸入。當按下的鍵松開后,74LS148的Yex高電平，但由于CTF維持高電平不變,所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài)，其它按鍵的輸入信號仍不會被接受。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準確性。當優(yōu)先搶答者回答完問題后，主持人操作控制開關S,使搶答電路復位，以便進行下一輪搶答。定時電路的設計74LS48的7,6,2,3引腳接受來自74LS192的輸出信號并把它譯碼顯示在數(shù)碼管上。74LS192的9,10,11,15引腳完成時間設定功能，本設計要求定時30秒，所以把左邊的芯片的L15引腳接高電位，期于的全接低位，使的初始時間設定為30秒。555芯片完成產生秒脈沖的功能。工作過程為：搶答開始前，74LS192的置數(shù)端為低電位，處于初始狀態(tài)，數(shù)碼管顯示為30,5引腳接高電位。搶答開始后，秒脈沖沖推動右邊的芯片開始倒記時，同時右邊芯片產生的信號做為左邊芯片的CP信號推動左邊的芯片倒記時，完成十進制的倒記時功能。當有人搶答后1Q的輸出為L經(jīng)過非門后變?yōu)?,通過與門屏蔽了秒信號，停止記時，完成顯示搶答時間的功能。當記到了30秒時，左邊的芯片產生的定時到信號輸出為低電位，也屏蔽了秒信號，使得數(shù)碼管顯示為00o占R3ICkohm預置數(shù)據(jù)端DAOL*obnwodA02puAODC4“Fl。控制開關R115<ohm8U7VCCRST12R268kohmDIS0UTTHRTRICONGNDlOiFO.luFIQ5f5_VIRTUAL定時到信號3.2.2定時電路報警電路的設計由555定時器和三極管構成的報警電路如圖3-3所示:VCC5VVCC5VR4R1Ikohm8UI15kohmRSTVCCR2R3DISOUT68kohmTHR510ohmTRICl—O.luFCONGNDi555.VIRTUALQ1BJTNPNVIRTUALC2R5IIlOOuFU2510ohm200Hz圖323報警電路其中555構成多諧振蕩器，振蕩頻率為：fo=l/(R計2F2)*C*In2=1.43/(Ri+2F2)*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。時序電路的設計時序控制電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下三項功能:①主持人將控制開關撥到〃開始〃位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態(tài)②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。③當設定的搶答時間到，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,設計的時序控制電路如圖324所示:U3ACP定時到信號U1AB2UBus74LS11D時鐘信號U3ACP定時到信號U1AB2UBus74LS11D時鐘信號U2AST5—TSH-3U2AST5—TSH-3TR-A皿⑵4I+5VJ100K11U4A1」1Q——1~7211cnzin74LS00D圖324(A)搶答與定時電路的時序控制電路ITITEEYTtCERTCEXTGND圖3.2.4(B)報警電路的時序控制電路圖中，門G的作用是控制時鐘信號CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸入使能端ST0圖3-4(a)的工作原理是：主持人控制開關從〃清零〃位置撥到〃開始〃位置時，來自于圖3-1中的74LS279的輸出CTR=O經(jīng)G反相，A=l,則從555輸出端來的時鐘信號CP能夠加到74LS192的CFd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BQ=1,門

G2的輸出ST=Q使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能①的要求；當選手在定時時間內按動搶答鍵時，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②的要求；當定時時間到時，來自于圖3-2的74LS192的借位輸出端BQ=O,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G同時處于關門狀態(tài)，封鎖CP信號，使定時電路為00狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能③的要求，74LS121用于控制報警電路及發(fā)聲的時間。我做的搶答電路，能正常工作。焊接面焊接面第四章電路實驗與調試4.1焊接通過實驗原理圖進行實物焊接，焊接時能深刻體會到焊接工藝的重要性：各個芯片的引腳功能不能混淆，必須了解各個芯片的使用方法,內部結構以及使用時的注意事項，該接電源的一定要接電源，該接地的一定要接地，且不能有懸空。同時在電路板上要預先確定電源的正負端，便于區(qū)分及焊接。正確焊接各芯片個管腳連接必須查閱各種資料并記錄，以確保在焊接過程和調試過程中芯片不被燒壞，同時確保整個電路的正確性。在焊接完后每塊芯片都用萬用表檢測，看是否有短接等，還有焊接時要盡量使布線規(guī)范清晰明了，這樣才有利于在調試過程中檢查電路。4.2調試中出現(xiàn)的問題及解決方法(1)顯示電路不穩(wěn)定問題在完成電路的焊接進入調試階段時發(fā)現(xiàn)搶答器數(shù)碼管顯示選手編號不穩(wěn)定。主要表現(xiàn)在單選手按下?lián)尨疰I后數(shù)碼管顯示的不是選手當前號碼。因此著手對電路進食檢查，首先檢查數(shù)碼管看是否是關節(jié)焊接錯誤，后又檢查電路各個芯片管腳接錯均未發(fā)現(xiàn)問題，最后發(fā)現(xiàn)當觸動某按鍵連線時顯示正常由此判斷可能是因為出現(xiàn)了虛焊，遂將電路各焊點又仔細焊接了一遍，此時電路顯示正常。(2)控制開關無法控制電路在調試是發(fā)現(xiàn)當按下主持人開關時電路斷電，當松開后數(shù)碼管顯示始終為7,經(jīng)過一個多小時對電路用萬用表逐個檢查，發(fā)現(xiàn)是開關觸焊接錯誤，通過改正焊接后電路能正常工作。(3)數(shù)碼管不能正常倒計時在進入定時電路調試時，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常倒計時，出現(xiàn)亂碼。對這問題我們檢查了芯片是否完好，電路界限是否正確均未發(fā)現(xiàn)問題，后發(fā)現(xiàn)是由于在焊接時焊線有些地方出現(xiàn)部分短接，于是就將焊線重新理清，數(shù)碼管也能正常工作了。第五章設計總結我們學電子信息工程專業(yè)快樂在哪里？我們學了模電，數(shù)電，電路和protel,單純學習肯定沒有什么樂趣，樂趣在于用我們學習的知識做出東西來。東西做出來了，我們也就獲得了快樂。做得越多，自己能做出來的東西越多，當然我們就越快樂。這次數(shù)電設計，從我們接到老師給我們的任務后，我們就認真找資料，資料很多，網(wǎng)上更是繁雜。很快我們就找到了自己要做的東西，于是馬上proteus仿真，這一步就是關鍵了，經(jīng)過一個星期的反復修改，才終于弄好。然后是畫protel圖，這個我花了兩天，硬是有幾根飛線，算了，飛就飛吧。要做到十全十美不是不可能，只要花更多時間去畫，一定行的。由于時間問題，所以我就容許有幾根飛線了。焊接就