具有定時功能的八路數(shù)顯搶答器的設計

具有定時功能的八路數(shù)顯搶答器的設計,具有,擁有,具備,定時,功能,路數(shù),搶答,設計 2019/11/28,東北大學信息學院,1,一、設計任務與要求 1．設計一個智力競賽搶答器，可同時供8名選手或8個代表隊參加比賽，他們的編號分別是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應，分別是K0、K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7。,數(shù)字式搶答器的設計,2019/11/28,東北大學信息學院,2,2．給節(jié)目主持人設置一個控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零(編號顯示數(shù)碼管滅燈)和搶答的開始。 3．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，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號，同時揚聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其它選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。,2019/11/28,東北大學信息學院,3,4．搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間可以由主持人設定(30秒)。當節(jié)目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即進行倒計時，并用顯示器進行顯示，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)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時刻的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。,2019/11/28,東北大學信息學院,4,6．如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，系統(tǒng)進行短暫的報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答，定時顯示器上顯示00。,2019/11/28,東北大學信息學院,5,數(shù)字搶答器的總體框圖如圖8.34.1所示，它由主體電路和擴展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當選手按動搶答鍵時，能顯示選手的編號，同時能封鎖輸入電路，禁止其它選手搶答。擴展電路完成定時搶答的功能。,二、設計參考,2019/11/28,東北大學信息學院,6,搶答按鈕,優(yōu)先編碼電路,鎖存電路,譯碼電路,顯示電路,主持人開關(guān),控制電路,報警電路,秒脈沖電路,定時電路,譯碼電路,顯示電路,,,,,,,,,,,,,,,,總體框圖,2019/11/28,東北大學信息學院,7,1.畫出數(shù)字搶答器的總體框圖及完整的邏輯電路圖，并說明其設計原理及工作過程。 2.說明實驗中產(chǎn)生的故障現(xiàn)象及解決方法。 3.心得、體會和建議。,三、設計報告要求,數(shù)字式搶答器的設計 一、設計任務與要求 1．設計一個智力競賽搶答器，可同時供8名選手或8個代表隊參加比賽，他們的編號分別是1、2、3、4、5、6、7、8，各用一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應，分別是K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8。 2．給節(jié)目主持人設置一個控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零(編號顯示數(shù)碼管滅燈)和搶答的開始。 3．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，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號，同時揚聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其它選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。 4．搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間可以由主持人設定(30秒)。當節(jié)目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即進行倒計時，并用顯示器進行顯示，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)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時刻的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。 6．如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，系統(tǒng)進行短暫的報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答，定時顯示器上顯示00。 二、設計參考 數(shù)字搶答器的總體框圖如圖8.34.1所示，它由主體電路和擴展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當選手按動搶答鍵時，能顯示選手的編號，同時能封鎖輸入電路，禁止其它選手搶答。擴展電路完成定時搶答的功能。 三、設計報告要求 1.畫出數(shù)字搶答器的總體框圖及完整的邏輯電路圖，并說明其設計原理及工作過程。 2.說明實驗中產(chǎn)生的故障現(xiàn)象及解決方法。 3.心得、體會和建議。 四、總體框圖 顯示電路 搶答按鈕 優(yōu)先編碼電路 鎖存電路 譯碼電路 主持人開關(guān) 控制電路 報警電路 秒脈沖電路 定時電路 譯碼電路 顯示電路 五、實驗內(nèi)容 １、各芯片的工作原理及電路圖。 (1) 74LS373鎖存器 74LS373與單刀雙擲開關(guān)相連作為8位選手的搶答鎖存開關(guān)，它的4腳、7腳、8腳、13腳、14腳、17腳、18腳、3腳分別連接單刀雙擲開關(guān)J1---J8。單刀雙擲開關(guān)的雙擲的兩個端腳分別接5V和0V高低電平。 1腳OE為 三態(tài)允許控制端（低電平有效）。當三態(tài)允許控制端OE 為低電平時，1Q~8Q為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負載或總線。當OE 為高電平時，1Q~8Q 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。本實驗中1腳接地為低電平。 11腳作為鎖存允許端與74LS76的15腳相連，74LS76的15腳輸出電平的高低變化控制74LS373的導通與鎖存。具體控制過程為11腳為高電平時，整個芯片呈“透明”狀態(tài)，即輸出端的電位隨輸入端的變化而變化；當11腳為低電平時，輸出的信號被鎖存， 不再受輸入端的影響。 20腳接高電平5V，1腳和10腳接地。2腳、5腳、6腳、9腳、12腳、15腳、16腳、19腳分別與74LS148的4腳、3腳、2腳、1腳、13腳、12腳、11腳、10腳相連。 其芯片的連接圖如下： 搶答開關(guān) 接74LS76的15腳 接74LS148 圖1 74LS373電路連接圖 (2) 74LS148優(yōu)先譯碼器 74LS148優(yōu)先編碼器，作用是將74LS373輸出的電信號編碼。 其4腳、3腳、2腳、1腳、13腳、12腳、11腳、10腳與74LS 373的輸出端2腳、5腳、6腳、9腳、12腳、15腳、16腳、19腳分別相連。 6腳、7腳、9腳分別與CD4511的2腳、1腳、7腳相連。 14腳連接74LS76的1腳和6腳，15腳接CD4511的4腳。作用為74LS148不譯碼時，14腳為高電平；譯碼時，14腳為低電平。通過兩種狀態(tài)電平變化產(chǎn)生的高低脈沖來控制74LS76。當74LS148輸入端全為高電平，15腳為低電平，譯碼時為高電平，從而控制CD4511。 5腳、8腳接地，16腳接高電平。 74LS148的真值表和連接電路圖如下： 輸 入 輸 出 Is I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 A2 A1 A0 E S 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 × × × × × × × × 1 1 1 1 1 1 1 1 × × × × × × × 0 × × × × × × 0 1 × × × × × 0 1 1 × × × × 0 1 1 1 × × × 0 1 1 1 1 × × 0 1 1 1 1 1 × 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 74LS148真值表 接CD4511 接74LS373 接74LS76 圖2 74LS148電路連接圖 (3) CD4511數(shù)碼顯示器驅(qū)動器 CD4511是BCD碼鎖存/7段譯碼/驅(qū)動器，利用該器件的7段碼a、b、c、d、e、f、g可直接驅(qū)動數(shù)碼管LED（共陰極）。電路的A、B、C、D為二—十進制BCD碼（4位）輸入端，a、b、c、d、e、f、g為7段譯碼輸出端。余下的引腳LT、BI，和LE為控制端，其中3腳為燈測試端LT，功能是LT=1時，不影響數(shù)碼管LED顯示；LT=0時，筆段a~g全發(fā)光，顯示8，以檢測數(shù)碼管的好壞，同時A、B、C和D輸入無效。4腳為消隱控制端BI，功能是BI=1時，不影響數(shù)碼管LED工作，BI=0時，其筆段碼全關(guān)斷（呈高阻態(tài)），數(shù)碼管不顯示。5腳LE為啟動控制端，功能是LE=0時，允許向A、B、C、D端送數(shù)，LE=1時，筆段碼鎖存。 根據(jù)其功能，3腳接5V高電平。因為其輸入端為二---十進制BCD碼4位輸入，而74LS148為8線3線編碼器，即輸出端為3位，因此7腳、1腳、2腳分別接74LS148的9腳、7腳和6腳。CD4511的6腳與74LS373的2腳經(jīng)過與非門后的輸出端相連，這樣才能輸出7以上的數(shù)字。 13腳、12腳、11腳、10腳、9腳、15腳、14腳分別與7腳的共陰極數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g相連。 其連接電路圖如下： 74LS148 圖3 CD4511電路連接圖 (4) 74LS76即單刀雙擲開關(guān)組成復位開關(guān) 本實驗中用到了兩個74LS76觸發(fā)器，它在電路中與一單刀雙擲開關(guān)J9相連構(gòu)成復位開關(guān)。 74LS76為可復位性JK觸發(fā)器， 2腳（A）或7腳（B）為置位端，當為低電平時，輸出端15腳（A）或11腳（B）輸出高電平；3腳（A）或8腳（B）為清零端，低電平有效。1腳（A）或6腳（B）為CK,下將沿有效。 74LS76的2腳（A）和8腳（B）連接一單刀雙擲開關(guān)，開關(guān)的兩個擲端分別接高低電平。開始前，開關(guān)打到高電平。1腳和6腳與74LS148的14腳相連。15腳連接74LS373的11腳鎖存允許端。11腳連接紅色信號燈。4腳為低電平，16腳為高電平。12腳連接單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的3腳輸出端。9腳與74LS00與非門輸出端相連，其輸入端都與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出端3腳相連。 工作原理如下： ① 、對LED數(shù)碼管的復位.。 復位前，開關(guān)J9與高電平相連。輸出端15腳輸出高電平，它連接到74LS373的11腳。因此74LS373呈“透明”狀態(tài)，即輸出端的電位與輸入端相同，全為高電平。所以74LS148的輸入端即也全為高電平，這樣使得74LS148的15腳輸出低電平。由于74LS148的15腳于CD4511的4腳BI端相連，使得BI端也為低電平，所以LED數(shù)碼顯示器不顯示。 有選手搶答后，由于74LS148開始編碼，使其14腳電平的變化，使74LS76接收到脈沖。根據(jù)JK觸發(fā)器輸出方程Q= JQn+KQn（此時4腳為低電平，16腳為高電平），因此15腳輸出低電平。即74LS373接收到低電平而轉(zhuǎn)變?yōu)殒i存狀態(tài)，從而實現(xiàn)了對選手數(shù)據(jù)的鎖存。 當選手完成搶答后，LED數(shù)碼顯示器上又被鎖存的搶答選手的號碼，（被鎖存是由于74LS148的14腳電平的變化給74LS76的CP段一個脈沖，使得74LS76的輸出端15腳為低電平，選手的號碼從而被鎖存）這時使用復位開關(guān)，即將開關(guān)有高電平打到低電平在打回高電平。由于開關(guān)與74LS76的2腳相連，所以其15腳輸出電平變?yōu)楦唠娖?，?4LS373的11腳接收到高電平，使74LS373再次呈現(xiàn)透明狀態(tài)，即解除了對選手號碼的鎖存，也使CD4511的BI端為低電平，LED數(shù)碼顯示器不再顯示，從而達到了對LED數(shù)碼顯示器復位的目的。 ②、對信號燈和警報器的復位。 I、在規(guī)定時間內(nèi)搶答后的復位（綠色信號燈亮，警報器報警）。 在規(guī)定的時間內(nèi)搶答，定時器（多諧振蕩器）的輸出端3腳輸出高電平。同時74LS148開始編碼，使其15腳輸出高電平。定時器的3腳和74LS148的15腳經(jīng)一與門同時與一或門和綠色信號燈連接。因此綠色信號燈亮，而該或門同時輸出高電平，連接到報警器上，使報警器報警。 選手在規(guī)定時間內(nèi)搶答完畢后，綠色信號燈亮，同時警報器報警。這時使用復位開關(guān)，即將開關(guān)由高電平打到低電平在打回高電平。74LS76的15腳輸出高電平，即74LS373的11腳接收到高電平，使74LS373再次呈現(xiàn)透明狀態(tài)，從而使74LS148的輸入端全為高電平，因此其15腳邊為低電平，這使得與定時器相連接的與門輸出為低電平，從而綠色信號燈熄滅；或門74LS32輸出低電平，警報器停止報警。這樣就實現(xiàn)了在規(guī)定時間內(nèi)搶答對信號燈和警報器的復位。 II、在非規(guī)定時間內(nèi)搶答后的復位（紅色信號燈亮，警報器報警）。 i、在記時開始前搶答犯規(guī)導致的紅色信號燈亮。 在計時開始前，定時器（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）3腳輸出低電平，所以74LS76的12腳K端為低電平，9腳J端為高電平。此時信號燈全部熄滅。 若此時有選手先摁搶答開關(guān)，則74LS148開始編碼，其14腳變?yōu)榈碗娖?，產(chǎn)生脈沖，15腳邊為高電平。從而74LS76的CK端接收到脈沖，這樣使得輸出端11腳輸出高電平，紅色信號燈亮起，警報器報警。 ii、在記時停止后搶答犯規(guī)導致的紅色信號燈亮。 在計時停止后，定時器（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）3腳輸出又變?yōu)榈碗娖?，若此時有選手先摁搶答開關(guān)，則將重復上訴過程而導致紅色信號燈亮起，警報器報警。 這時使用復位開關(guān)對紅色信號燈和報警器復位。使用復位開關(guān)（將開關(guān)由高電平打到低電平在打回高電平），因與8腳相連，這使得JK觸發(fā)器的11腳輸出低電平，紅色信號燈熄滅，警報器同時停止報警。 74LS76及單刀雙擲開關(guān)構(gòu)成的電路圖如下： 復位開關(guān) 連接到警報器 定 時 器 的 輸 出 端 復位開關(guān) 綠色信號燈 紅色信號燈 74LS148的15腳 圖4 復位開關(guān)電路圖 (5)、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（定時開關(guān)） 由555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和單刀雙擲開關(guān)來作為本實驗的定時器裝置。 555定時器個對應管腳為： GND-------1腳 TRIG------2腳 OUT-------3腳 RST--------4腳 CVOLT----5腳 THR-------6腳 DISC------7腳 VCC-------8腳 將單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2腳輸入端連接一單刀雙擲開關(guān)，雙擲段分別接高低電平，用來提供脈沖。 計時之前，開關(guān)在高電平端。此時單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出端3腳輸出低電平。計時開始后（將開關(guān)打向低電平后再打回高電平，即提供一個脈沖），觸發(fā)器輸出高電平。一段時間后，觸發(fā)器在自動回到初始狀態(tài)，即輸出低電平，從而達到定時的效果。輸出高電平的時間可由電阻R2和C2來控制，為T=1.1RC。輸出端的黃色燈泡來顯示輸出電平。 定時器的電路連接圖如下： 黃色信號燈 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出端3腳 圖5 定時器電路圖 (6)、警報器 警報器是由多諧振蕩器和BUZZER發(fā)生器組成。 現(xiàn)將555定時器連接成多諧振蕩器。其振蕩頻率可由電阻R1、R3和電容C3調(diào)節(jié)。f=1.43/(R1+2R3)C來計算。 將BUZZER發(fā)生器連接到多諧振蕩器的輸出端，構(gòu)成頻率可調(diào)的警報器。工作時，將BUZZER發(fā)生器和多諧振蕩器的頻率調(diào)節(jié)一致之后，便可以改變BUZZER發(fā)生器的報警頻率。 多諧振蕩器的4腳VCC端和或門74LS32的輸出端連接，當其為高電平是，警報器報警。 警報器的電路間接圖如下： 連接或門的輸出端 圖6 警報器電路圖 (7)、74LS190構(gòu)成定時器顯示裝置。 74LS190連接成置數(shù)型倒計數(shù)器。74LS190的15腳、1腳、10腳和9角為4個2進制BCD碼輸入端。3腳、2腳、6腳和7腳為2進制BCD碼輸出端。 4腳CTEN為使能端，低電平有效。11腳為置數(shù)端，低電平有效，即開始接收輸入端A、B、C、D的電平信號。5腳為計數(shù)選擇段，高電平呈倒計數(shù)狀態(tài)，低電平為正計數(shù)。 電路連接時，15腳和9腳連接高電平，1腳和10腳連接低電平，使輸入端為十進制的九。輸出端經(jīng)過或門連接到11腳，既當?shù)褂嫈?shù)為0時再次置數(shù)到9。 4腳的使能端是由定時器的輸出端來控制。定時器輸出端3腳經(jīng)過一非門與74LS190的使能端4腳相連。當定時器開始計時后，其3腳輸出高電平，經(jīng)過非門轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?，倒計?shù)器開始工作。當定時器計時完畢后，3腳輸出為低電平，經(jīng)過非門后，轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?，倒計?shù)器停止工作。 通過調(diào)節(jié)倒計數(shù)器的信號脈沖輸入頻率和計時起的計時時間來協(xié)調(diào)定時器和倒計數(shù)器工作時間一致。 由于電路設計空間有限，計時器的數(shù)碼顯示器的顯示時間只能用一個DCD_HEX來表示，因此顯示時間只能從9到0。 其電路連接圖如下： 連接計時器的輸出端 圖7 定時顯示器電路連接圖 ２、整個電路的工作原理。 （1）、 電路的工作流程圖如下： 復 位 啟動復位開關(guān) 計時器開關(guān) 74LS148不譯碼 CD4511的BI低電平 LED不顯示 74LS373透明 74LS148譯碼 CD4511的BI高電平 LED顯示選手 紅燈亮，報警 未啟動 選 手 提 前 搶 答 CD4511的BI高電平 LED顯示選手 綠燈亮，報警 74LS148譯碼 啟動 選 手 正 確 搶 答 啟動 74LS148不譯碼 CD4511的BI低電平 LED不顯示 燈不亮，不報警 74LS148譯碼 CD4511的BI高電平 LED顯示選手 紅燈亮，報警 啟動 選 手 超 時 搶 答 無 選 手 搶 答 圖8 整個電路的工作流程圖 （2）、電路工作過程如下： 電路在開始工作前，須先啟動一下復位開關(guān)，來保證正常開始工作。 啟動復位開關(guān)后，整個電路的狀態(tài)如下：74LS373的11腳接收的是高電平，因此74LS373呈“透明”狀態(tài)，即輸出端的電位與輸入端相同，全為高電平。所以74LS148的輸入端即也全為高電平，這樣使得74LS148的15腳輸出低電平。由于74LS148的15腳于CD4511的4腳BI端相連，使得BI端也為低電平，所以LED數(shù)碼顯示器不顯示。由于復位開關(guān)與74LS76的2腳和8腳相連，因此，復位后，74LS76的11腳輸出低電平，紅色信號燈不亮，或門74LS32的一個輸入端同時為低電平。此時由于定時器并未開始計時，其輸出端3腳為低電平。同時74LS148也未開始譯碼，因此其15腳為低電平。所以74LS148的15腳和定時器的3腳與后仍然是低電平，綠色信號燈不亮，同時或門的另一個輸入端也為低電平，那么其輸出端便為低電平。而輸出端與警報器的4腳相連，所以警報器不報警。由于定時器的輸出端3腳輸出低電平，它還和計時顯示器的使能端通過一非門相連，這樣計時顯示器不工作。 按動定時開關(guān)之后，便可以允許選手搶答了。此時，整個電路的狀態(tài)如下：定時器開始工作，即其輸出端3腳輸出高電平，但因與門的另一個輸入端74LS148的15腳仍未低電平，所以信號燈仍然不亮。而定時器的3腳通過非門與計時顯示器，計時顯示器的使能端位地電平，因此計時顯示器同時開始工作。其他芯片狀態(tài)沒有變化，仍然同定時開始前一致。 選手搶答： I、正確搶答。 正確搶答即選手在計時開始后時間結(jié)束前搶答。此時，LED數(shù)碼顯示器顯示選手號碼，同時綠色信號燈亮起，警報器報警。其電路狀態(tài)如下：當有選手按動搶答開關(guān)后，由于74LS373仍然呈“透明”狀態(tài)，因此74LS148的輸入端不再全為高電平，即74LS148開始譯碼。同時其15腳由低電平變?yōu)楦唠娖?，CD4511便能根據(jù)其輸入端的點平信號驅(qū)動LED數(shù)碼顯示器，使其顯示優(yōu)先搶答的選手的號碼。 由于74LS148開始編碼，根據(jù)JK觸發(fā)器輸出方程Q= JQn+KQn（此時4腳為低電平，16腳為高電平），因此15腳輸出低電平。即74LS373接收到低電平而轉(zhuǎn)變?yōu)殒i存狀態(tài)，從而實現(xiàn)了對選手數(shù)據(jù)的鎖存。 在規(guī)定的時間內(nèi)搶答，定時器（多諧振蕩器）的輸出端3腳輸出高電平。同時74LS148開始編碼，使其15腳輸出高電平。定時器的3腳和74LS148的15腳經(jīng)一與門同時與一或門和綠色信號燈連接。因此綠色信號燈亮，而該或門同時輸出高電平，連接到報警器上，使報警器報警。 II、違規(guī)搶答。 i、提前搶答； 定時器開始之前搶答，LED數(shù)碼顯示器顯示違規(guī)搶答的選手的號碼，紅色信號燈亮，警報器報警。 其電路狀態(tài)如下:：在計時開始前，定時器（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）3腳輸出低電平，所以74LS76的12腳K端為低電平，9腳J端為高電平。此時信號燈全部熄滅。 若此時有選手先摁搶答開關(guān)，則74LS148開始編碼，其14腳變?yōu)榈碗娖?，產(chǎn)生脈沖，15腳邊為高電平。從而74LS76的CK端接收到脈沖，這樣使得輸出端11腳輸出高電平，紅色信號燈亮起，警報器報警。 同時74LS373仍然呈“透明”狀態(tài)，因此74LS148的輸入端不再全為高電平，即74LS148開始譯碼。同時其15腳由低電平變?yōu)楦唠娖?，CD4511便能根據(jù)其輸入端的點平信號驅(qū)動LED數(shù)碼顯示器，使其顯示提前搶答的選手的號碼。 由于74LS148開始編碼，根據(jù)JK觸發(fā)器輸出方程Q= JQn+KQn（此時4腳為低電平，16腳為高電平），因此15腳輸出低電平。即74LS373接收到低電平而轉(zhuǎn)變?yōu)殒i存狀態(tài)，從而實現(xiàn)了對選手數(shù)據(jù)的鎖存。 ii、超時搶答； 超時搶答是在定時器計時結(jié)束后搶答的。此時，LED顯示違規(guī)搶答的選手的號碼，紅色信號燈亮，警報器報警。 其電路狀態(tài)如下：在計時結(jié)束后，定時器（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）3腳輸出低電平，所以74LS76的12腳K端為低電平，9腳J端為高電平。此時沒有信號燈亮起。 若此時再有選手先摁搶答開關(guān)，則74LS148開始編碼，其14腳變?yōu)榈碗娖?，產(chǎn)生脈沖，15腳邊為高電平。從而74LS76的CK端接收到脈沖，這樣使得輸出端11腳輸出高電平，紅色信號燈亮起，警報器報警。 同時74LS373仍然呈“透明”狀態(tài)，因此74LS148的輸入端不再全為高電平，即74LS148開始譯碼。同時其15腳由低電平變?yōu)楦唠娖剑珻D4511便能根據(jù)其輸入端的點平信號驅(qū)動LED數(shù)碼顯示器，使其顯示提前搶答的選手的號碼。 由于74LS148開始編碼，根據(jù)JK觸發(fā)器輸出方程Q= JQn+KQn（此時4腳為低電平，16腳為高電平），因此15腳輸出低電平。即74LS373接收到低電平而轉(zhuǎn)變?yōu)殒i存狀態(tài)，從而實現(xiàn)了對選手數(shù)據(jù)的鎖存 六、實驗總結(jié) 1、總的來講，本實驗是一個相對龐大、復雜的設計性實驗。實驗所用到的芯片種類數(shù)目都比較多，功能也比較復雜。 2、在連接實物電路的時候，需要一部分一部分的連接，然后驗證其功能是否符合實驗邏輯，然后再進行其他部分的連接。這樣做能保證思路清晰，不至于在有問題時“大海撈針”。 3、在連接仿真電路時，難免出現(xiàn)于邏輯電路不符的情況，因此可以單獨將此芯片所涉及的電路提出來單獨處理。 4、在計算機Multisum上作仿真連接時，與連接實物電路也有著很大的差別，一些點位，電阻都需要再次考慮。在實物連接時，可根據(jù)定時器的電阻，電容，多諧振蕩器的頻率來調(diào)節(jié)。 5、本實驗仿真電路連接時，由于設計空間有限，需要合理安排各芯片的位置，從而使電路結(jié)構(gòu)更加清楚。 6、該實驗所用芯片比較多，功能復雜。連接仿真電路時，用時較長。因此頭腦要時刻保持清醒不亂，可以分組分批地處理。最好不要一次性結(jié)束。 7、通過本次實驗，使我對一些芯片的認識更加透徹、全面。更熟練掌握了連接電路的方法。對Multisum也有了進一步的認識。應該講，收獲很多。 18 八路掃描式搶答器 無線遙控搶答器，它由8個發(fā)射器和1個接收器組成，可用于8組或8組以下的智力競賽中。比賽前，將參賽組從0至7編號，每組發(fā)給對應的一個發(fā)射器。將接收器放于各組中央或前方。主持人按一下啟動鍵后，搶答開始。此后，哪一組最先按下發(fā)射器上的搶答鍵，接收器就立即顯示該組的組號并鎖定，同時發(fā)出3次清脆的“叮咚”聲。以后，按下任何一路搶答鍵均不起反映。只有主持人再次按動啟動鍵后，才能進行下一次搶答。 電路工作原理： (1)發(fā)射器電路 電路如圖143-1所示。由時基555電路組成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，其振蕩的頻率由 f=1.443/〔(R1+2R2)·C〕 決定。按下?lián)尨疰ISB，振蕩器通電起振，兩個發(fā)射管發(fā)出高頻紅外線信號。采用兩個紅外發(fā)射管是為了增大發(fā)射功率及發(fā)射光作用面積。本搶答器共需要8個獨立的發(fā)射器，發(fā)射頻率分別為10KHz、20KHz……80KHz，③腳輸出低電平時間與總時間比皆約為1∶15。各發(fā)射器的R1和R2取值不同。其發(fā)光二極管選用SE303A。 (2)接收器電路 電路如圖143-2所示。它由無選頻前置放大器、8路鎖相環(huán)音頻譯碼器、掃描檢測及顯示器和“叮咚”發(fā)聲器等組成。 圖143-1 IC1(741)與VT1(9013)等組成無選頻前置放大器。當紅外接收管收到某一發(fā)射器發(fā)出的高頻紅外線信號后，將其轉(zhuǎn)換成微弱的電壓信號，送入IC1放大，然后經(jīng)VT1組成的射極跟隨器緩沖后，分8路輸出，分別送至后級的8路鎖相環(huán)音頻譯碼器的輸入端。采用4個紅外接收管的目的是為了使接收器能接收到從各個方向發(fā)射來的紅外線。 LM567為鎖相環(huán)音頻譯碼器。它的⑧、⑥腳上外接的電阻R6、RP和電容器C4決定了集成塊內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率，其中心頻率可由下式確定： f=1/〔(R6+Rp)·C4〕 當R6和C4取值一定時，改變RP就可改變f0。本接收器需要8路LM567組成的音頻譯碼器，其中心頻率f0分別為10KHz、20KHz……80KHz。與各發(fā)射器的發(fā)射頻率正好一一對應。各路音頻譯碼器電路僅RP的取值不同。當VT1送出的信號頻率與某一路LM567的中心頻率一致時，該LM567的⑧腳仍保持高電平。 IC3～IC7及LED共陰顯示屏等組成掃描檢測及顯示器。IC4為555組成的RS觸發(fā)器。當其②腳電壓低于1/3Vcc時，③腳輸出高電平；當其⑥腳電壓高于2/3Vcc時，③腳輸出低電平。IC3為8選1雙向模擬開關(guān)，根據(jù)地址線C、B、A上的數(shù)據(jù)不同，其公共端③腳可分別與13、14……④腳接通。當C、B、A上的地址碼為000(十進制數(shù)0)時，③腳與13腳接通；當?shù)刂反a為001(十進數(shù)1)時，③腳與14腳接通……；當?shù)刂反a為111(十進數(shù)7)時，③腳與④腳接通。這樣，只要循環(huán)順序地改變地址碼，就能實現(xiàn)對各路LM567輸出端的掃描。IC3的⑥腳為禁止端，當其為高電平時，各路模擬開關(guān)均不接通，③腳與13、14……④腳間呈高阻態(tài)。IC6由555構(gòu)成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，為IC5提供計數(shù)脈沖，IC5為可預置數(shù)的四位二進制加/減計數(shù)器，本電路將其置為無預置加計數(shù)器狀態(tài)。當其⑤腳為高電平時，禁止計數(shù)。只有當⑤腳變低時，才開始計數(shù)。每計下16個脈沖，計數(shù)器循環(huán)一次。這里只取用Q1、Q2、Q3作IC3的地址碼，所以每計下8個脈沖就能使IC3完成一次掃描。IC7為BCD-鎖存/7段譯碼器，當其④腳為低電平時，為消隱狀態(tài)，當④腳為高電平時，即將二進制地址碼譯成十進制數(shù)，在LED屏上顯示出來。 IC8、IC2等構(gòu)成“叮咚”聲電路。 (3)整個電路工作過程。 平時，接收器IC4的③腳為高電平，使IC3的各路模擬開關(guān)均斷開，IC5停止計數(shù)，這時按下任意一搶答鍵均無效。當主持人按動SB鍵宣布搶答開始后，IC4的③腳變?yōu)榈碗娖?，IC5開始計數(shù)，IC3的禁止端也變?yōu)榈碗娖?，掃描電路開始工作，IC7處于消隱狀態(tài)，不顯示掃描記數(shù)過程。當無搶答鍵按下時，各路LM567輸出皆為高電平，無法使IC構(gòu)成的RS觸發(fā)器復位。當某一搶答鍵被最先按下后，不妨設2號搶答鍵被最先按下，則中心頻率為30KHz的LM567輸出低電平，于是當掃描至IC3的15腳(地址碼為010)時，IC4翻轉(zhuǎn)輸出高電平。這一高電平，一方面使IC3的各路模擬開關(guān)均斷開，這時按下任意一搶答鍵皆無效；另一方面，使IC5停止計數(shù)，使地址碼保持為010，同時顯示屏打開，顯示十進制數(shù)。另外，在IC4的③腳由低變高瞬間，C8被充電，R10上產(chǎn)生一正脈沖，觸發(fā)“叮咚”電路發(fā)聲。 圖143-2 由于IC6的振頻約為8KHz，故完成一次掃描需要1ms左右的時間，所以本電路能鑒別出千分之一秒的先后差別，足以滿足智力搶答賽要求。 制作與調(diào)試： 元件選擇可參考圖143-2。發(fā)射器可用干電池作電源，需要打孔把兩個發(fā)射管露出機殼。接收器可采用交流電源，應使4個接收管能接收各個方向射來的紅外線信號。 調(diào)試比較簡單，只需對各通道分別調(diào)試即可。方法是：對于某一發(fā)射器，先用示波器檢查其振頻是否與設計頻率一致，若相差太多，可改動圖143-1中的R1或R2的阻值。然后調(diào)接收器上的對應的電阻RP，使發(fā)射器控制的距離最遠，一般可達10m左右。若要再提高控制距離，可提高發(fā)射功率，采用中功率紅外發(fā)射管。 具有定時功能的八路數(shù)顯搶答器的設計 本文介紹了一種用74系列常用集成電路設計的數(shù)碼顯示八路搶答器的電路組成、設計思路及功能。該搶答器除具有基本的搶答功能外，還具有定時、計時和報警功能。主持人通過時間預設開關(guān)預設供搶答的時間，系統(tǒng)將完成自動倒計時。若在規(guī)定的時間內(nèi)有人搶答，則計時將自動停止；若在規(guī)定的時間內(nèi)無人搶答，則系統(tǒng)中的蜂鳴器將發(fā)響，提示主持人本輪搶答無效，實現(xiàn)報警功能。 關(guān)鍵詞: 八路, 搶答器, 設計,定時，計時，報警 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 race’s 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 一、引言 工廠、學校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽, 搶答記分器是必要設備。在我校舉行的各種競賽中我們經(jīng)?？吹接袚尨鸬沫h(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會因為主持人的主觀誤斷造成比賽的不公平性。為解決這個問題，我們小組準備就本次大賽的機會制作一個低成本但又能滿足學校需要的八路數(shù)顯搶答器。 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(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(guān)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(guān)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(guān)。 總體框圖 圖1 2．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(guān)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(guān)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＝１，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端）＝１，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＝１，使優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端）＝１，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(guān)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(guān)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(jié)合圖4具體講一下標準秒脈沖產(chǎn)生電路的原理。結(jié)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(jié)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。