《数字电子技术》课程设计说明书八路数字定时抢答器设计仿真与制作.doc
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1、目 录1 引言31.1 Proteus简介3 1.2 八路抢答器摘要32 设计任务与要求42.1 设计任务42.2 功能要求43 方案选择53.1 方案一53.2 方案二64 电路设计74.1 单元电路设计74.1.1 抢答电路74.1.2 定时电路104.1.3 秒脉冲产生电路124.1.4 报警电路134.1.5 控制电路134.2 抢答器整体电路155 电路仿真186 元器件介绍206.1 元器件清单206.2 元器件简介207 心得体会 228 参考文献 239 附件24八路数字定时抢答器设计仿真与制作1 引言1.1 Proteus简介Proteus软件是一种低投资的电子设计自动化软件
2、,提供可仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件和多达30多个元件库。Proteus软件提供多种现实存在的虚拟仪器仪表。此外,Proteus还提供图形显示功能,可以将线路上变化的信号,以图形的方式实时地显示出来。Proteus软件提供丰富的测试信号用于电路的测试,这些测试信号包括模拟信号和数字信号。提供Schematic Drawing、SPICE仿真与PCB设计功能,可以仿真单片机和周边设备,可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU,并提供周边设备的仿真。Proteus提供了大量的元件库,有RAM、ROM、键盘、马达、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件,编译方面
3、支持Keil和MPLAB等编译器。一台计算机、一套电子仿真软件,在加上一本虚拟实验教程,就可相当于一个设备先进的实验室。在计算机上学习电工基础,模拟电路、数字电路、单片机应用系统等课程,并进行电路设计、仿真、调试等。1.2 八路抢答器摘要本文介绍了一种用74系列常用集成电路设计的数码显示八路抢答器的电路组成、设计思路及功能。该抢答器除具有基本的抢答功能外,还具有定时、计时和报警功能。主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间,系统将完成自动倒计时。若在规定的时间内有人抢答,则计时将自动停止;若在规定的时间内无人抢答,则系统中的蜂鸣器将发响,提示主持人本轮抢答无效,实现报警功能。关键词:八路, 抢答
4、器, 设计,定时,计时,报警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
5、 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 o
6、ut 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, alarming2 设计任务与要求1.1设计任务选择适当的器件设计一个电路,使它能够实现八路定时抢答器。本次课设分基本设计和扩展设计两部分,基本设计为抢答器电路,扩展电路包括定时电路、报警电路、时序控制电路、整机电路。在完成基本设计任务的基础上,可对抢
7、答器进行进一步的完善设计,时期抢答器的功能更具实用性。具体任务: (1) 八组参赛者在进行抢答时(用八个LED数码管)代表,当抢先者按下前面的按钮时,抢答器能准确地判断出抢答者,并以声、光为标志。(2) 抢答器应具有互锁功能,某组抢答后能自动封锁其他各组进行抢答。(3) 抢答应具有一个总开关。(4) 使抢答器具有限时(抢答时、回答问题时)功能,时间到时应发出声响,同时,时间数据要用数码管显示出来。(5) 有选手抢答时时间停止,报警电路发出报警信号,以提示灯光为标志。1.2 功能要求 (1) 设计一个智能竞赛抢答器,可同时供8名选手或8个代表队参赛,他们的标号分别是0、1、2、3、4、5、6、7
8、,各用一个抢答按钮,按钮的编号与选手的编号相对应,分别是S、S、S、S、S、S、S、S。(2) 给节目主持人设置一个控制开关,用来控制系统的清零(编号显示数码管灭)和抢答的开始。(3) 抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开始后,若有选手按动抢答按钮,编号立即锁存,并在LED数码管上显示出选手的编号,同时扬声器给出音响提示。此为,要封锁输入电路,禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。3 方案选择3.1 方案一方案一原理图如下:图1 方案一原理框图其工作原理为:接通电源后,主持人将开关拨到“清零”状态,抢答器处于禁止状态,编号显示器灭灯,定时器显示设定时间;主持人将开
9、关置“开始”状态,宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时,扬声器给出声响提示。当定时时间到,却没有选手抢答时,系统报警,并封锁输入电路,禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答按钮时,抢答器要完成以下四项工作:优先编码电路立即分辨出抢答者的编号,并由锁存器进行锁存,然后由译码显示电路显示编号;扬声器发出短暂响声,提醒节目主持人注意;控制电路要对输入编码电路进行封锁,避免其他选手再次进行抢答;控制电路要使定时器停止工作,时间显示器上显示剩余的抢答时间,并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕,主持人操作控制开关,使系统恢复到禁止工作状态,以便进行下一轮抢答。这种方案原理比较简单,但
10、组装电路比较麻烦,控制电路部分要用几种芯片,相对繁琐。3.2 方案二方案二原理图如下:八D锁存器优先编码器译码电路译码显示抢答按钮脉冲产生电路主持人控制开关定时电路译码电路显示电路集成单稳态触发器报警电路图2 方案二原理框图该方案是将抢答按钮先直接与锁存器而不是优先编码器相连,将最先抢答的选手的编号锁定,再依次经过优先编码器、译码电路和译码显示电路,最后显示的是抢答选手的编号,经过优先编码器后的信号到单稳态触发器,单稳态触发器又与报警电路直接连接,所以当有选手抢答时同时实现编号显示和报警提示。另外由主持人控制开关和其他部分电路通过门电路实现对抢答电路、定时电路和报警分电路的控制。相比之下,第二
11、种方案更好些。它的主要优点是控制电路简单,主持人对整体电路的控制只需几个门电路就可完成,不必用特别的芯片来组成控制电路。因此本设计采用方案二。4 电路设计4.1 单元电路设计4.1.1 抢答电路该电路完成两个功能:一是分辨出选手按键的先后,并锁存电平信号,并通过译码显示电路显示编号;二是使其他选手的抢答信号处于无效状态。该电路主要由八D锁存器74LS373、优先编码器74LS148七段译码器74LS48、74LS04、和七段数码显示管组成。首先介绍主要芯片的逻辑功能。74LS373是常用的八D锁存器,它的引脚图如图3所示,功能表如图4所示。图3 74LS373引脚图图4 74LS373功能表由
12、功能表可以看出,74LS373只有当=0时才能完成数据传输或锁存功能,当=0且LE=1时,74LS373输出随输入一起改变,当=0且LE=0时,74LS373将LE发生正跳变前芯片的输出锁存。74LS148是有八个输入端,三个输出端的优先编码器,它的功能是判断抢答选手的编号,并对编号进行编码。它的引脚图如图5所示,功能表如图6所示。图5 74LS148引脚图图6 74LS148功能表七段显示译码器74LS48输出高电平有效,用以驱动共阴极显示器。引脚图如图7所示。图7 74LS48引脚图/为消隐输入端(低电平有效)/脉冲消隐输出端(低电平有效),为灯测试输入端(低电平有效),为脉冲消隐输入端(
13、低电平有效),当=0时,ag全为0.数码管显示全灭。 根据各芯片功能,画出抢答电路,如图8所示。图8 抢答电路抢答电路的工作原理:一开始,主持人开关置于0,74LS373处于锁存状态,任何选手抢答都去无效。此时74LS148的=1,EO=0,数码管灯全灭。当主持人宣布开始抢答,开关置于1,74LS373处于等待状态,当任意一个选手按下抢答按钮后,73LS373开始工作,与输入端对应的输出端为低电平,低电平经过74LS148编码后输出的是一组与输入对应的三位二进制数,反相后经过译码显示电路将对应的编号显示出来。编码器74LS148工作时输出使能端EO为高电平,将其与开关信号一起经过异或门接入再经
14、过与门接LE端,此时由于EO与开关信号同为高电平,因此使LE=0,再次将74LS373锁存,即使其他选手再按动按钮,也不会再有输出。这样,一轮抢答完成,当主持人将开关置于0时,74LS373输出全为1,EO=0,使数码管灯全灭,并且74LS373进入锁存状态。等待下一轮抢答的开始。4.1.2 定时电路本电路要求具有定时抢答功能,并且定时时间由主持人设定,因此要设设计定时电路。该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。74LS192是具有置数和清零功能的同步十进制减计数器,其引脚图和功能表分别如图9
15、和图10所示。图9 74LS192引脚图图10 74LS192功能表另外,P0,P1,P2,P3为预置数输入端,Q0,Q1,Q2,Q3为计数数据输出端,为借位输出端(低电平有效),为进位输出端(低电平有效)。555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成单路,其应用极为广泛。其引脚图如图11所示。图11 NE555引脚图关于NE555的具体电路连接及功能将在后面的电路中介绍。定时电路如图12所示。图12 定时电路定时电路的工作原理:首先主持人根据题的难易程度来确定抢答时间,并通过74LS192的置数端将时间输入,抢答开始前主持人将开关置低电平,处于清零锁存状态,当主持人将开关置于高电平,即开
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