【文章內容簡介】 48 的 ST 的非為高電平， 74LS148 處于禁止工作狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時， 74LS148 的 YEX 的非為高電平， 但由于 CTR 維持高電平不變，所以 74LS148 仍處于禁止狀態(tài)，確保 其他的 輸入信號 不會被接收。這樣就 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， 由主持人將Ｓ開關重新置 “ 清除 ” ，電路復位 ，以便 再進行下一輪搶答。 圖 32搶答器電路的設計 圖 武漢理工大學《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 7 定時電路設計 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。可預置時間的電路選用十進制同步加減計數(shù)器 74LS192 進行設計 。 圖 33可預置時間的定時電路設計圖 報警電路設計 由 555 定時器和三極管構成的報警電路如圖 所示。其中 555 構成多諧振蕩器，振蕩頻率 fo＝ 1． 43／［（ RI＋ 2R2） C］ （公式 ） 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。 圖 34報警電路設計圖 武漢理工大學《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 8 時序控制電路設計 搶答器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。 圖 35時序控制電路設計圖 圖中，門 G1 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的輸人使能端 。工作原理是：主持人控制開關從 清除 位置撥到 開始 位置時，來自于 74LS279 的輸出 1Q=0，經(jīng) G3 反相， A＝ 1，則時鐘信號 CP能夠加到 74LS192 的CPD 時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。同時，在定時時間未到時，則 定時到信號為 1，門 G2 的輸出 =0，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， 1Q＝ 1，經(jīng) G3 反相， A＝ 0，封鎖 CP 信號，定時器處于保持工作狀態(tài)；同時，門 G2 的輸出 =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，則 定時到信號 為 0， 74LS148 處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答。同時， 門 G1 處于關門狀態(tài)，封鎖 CP 信號，使定時電路保持 00 狀態(tài)不變，從而實現(xiàn)功能③的要求。集成單穩(wěn)觸發(fā)器 74LS121 用于控制報警電路及發(fā)聲的時間。 武漢理工大學《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 9 完整電路圖設計 圖 36定時搶答器的整機電路 4 電 路調試 搶答器電路 圖 41搶答器電路調試圖 武漢理工大學《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 10 如圖，該電路實現(xiàn)兩個功能：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，同時譯碼器顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手之后按鍵無效。工作過程：當開關處于清除端時， 74LS279 的 RS 觸發(fā)器段均為 0信號，所以四個觸發(fā)器端均輸出為 0，此時 ST 為 0，根據(jù) 74LS148 功能表可以看出，該芯片處于工作狀態(tài)。當開關達到“開始”端時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手按下鍵時，及有一個輸入端為低電平，根據(jù) 74LS148 功能表可知， Y1， Y2， Y3處于一種輸 出狀態(tài)，EO輸出為 0，所以 1Q輸出為 1， 74LS48 處于工作狀態(tài)。根據(jù) 2Q， 3Q， 4Q 的輸出，譯碼器將顯示第一個按下鍵的選手號碼。并且此時 1Q=1，使 74LS148 的 ST=1，所以74LS148 處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其他鍵的再次輸入。因為只有 8名選手，編號從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一直不亮，直到最后此次比賽結束。搶答器部分仿真如下，當主持人按下開關可實現(xiàn)清零，再次按下開關開始搶答，如選手 1按下，數(shù)碼管顯示 1 并且 其他選手無法再次搶答。仿真結果驗證了搶答部分電路的設計成功。 圖 42 定時電路調試圖 R 1 15 1 0 Ω U 1 2L E D _ R E D _ R A T E DU3A B C D E F GCKU5A B C D E F GCKR91 0 0 Ω R 1 01 0 0 Ω U67 4 L S 4 8 NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U77 4 L S 4 8 NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U87 4 L S 1 9 2 NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U97 4 L S 1 9 2 NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14V C C5VV C C5VV C C5VVCCOUTU 1 35 5 5 _ T I M E R _ R A T E DGNDDISRSTTHRCONTRIV C C5VR 1 31 5 k Ω R 1 45 k Ω C20 . 1 u F R 1 50 .1 k Ω U 1 4L E D _ R E D _ R A T E DV C C5VXSC1A BE x t T r i g++__+_C11 0 0 n FV C C5VU 1 5 A7404NU 1 6 A7401NU 1 7 A7405NU 1 8 A7 4 S 1 0 NU 1 9 A7 4 S 0 5 D武漢理工大學《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 11 如圖所示，分為兩個部分，一是秒脈沖，由 555 定時器構成的多諧振蕩電路，根據(jù)公式振蕩周期為 T=（ R1+2R2） C，可計算出該振蕩器的振蕩周期為 1 秒，由于是矩形脈沖，所以一個周期內發(fā)光二極管會發(fā)一次光。另一部分是可預置時間的減計數(shù)器，對于預置端可以采用十進制 8421BCD 碼設置，當 555 振蕩器發(fā)出一個脈沖時，74LS192 的 CP端就接受一個信號，在 cp 脈沖的上升沿預置數(shù)就開始自減，當各位減少到 0 時， BO2 就會輸出一個負脈沖， cp2就會開始減少 1，然后 74LS192 二開始再自減 1，直到預置數(shù)最后變成 00，最后在 BO2 輸出一個周期的負脈沖。在時間未到時，BO2 一直到是輸出正脈沖，除非最后變成 00 時，才會輸出負脈沖，這就可以作為定時到的信號，如果是時間到了，輸出是零，時間不到，輸出是 1。另外，假如有選手按鍵的話，則最后不會計數(shù)器不會因為自減為 00 而最后輸出負脈沖，而是應為秒脈沖輸出與 1Q 的非相與后當作脈沖輸入 74LS192 的。當沒有選手按鍵時， 1Q 的非為 0，所以 cp 脈沖就會停止輸入，時間就會停止，所顯示的 時間就是該選手搶答的時間，但此時的定時到信號還是 1。定時部分電路仿真圖如下，又 555 定時器構成的多諧振蕩器輸出頻率為 1Hz，作為計數(shù)器的脈沖源，定時顯示可實現(xiàn) 20 秒定時，此部分設計成功。 秒脈沖發(fā)生電路 圖 43 555 電路構成的多諧振蕩器 VCCOUTU 1 35 5 5 _ TI M E R _ R A TE DGNDDISRSTTHRCONTRIV C C5VR 1 31 5 k Ω R 1 45 k Ω C20 . 1 uF R 1 50 .1 k Ω U 1 4LE D _ R E D _ R A TE DV C C5VXSC1A BE x t T r i g++__+_C11 0 0 nF武漢理工大學《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 12 該報警電路有 555 定時器和三極管構成，有 555 定時器構成一個多諧振蕩器，其輸出信號可以經(jīng)三極管推動揚聲器。 PR 為控制信號，當 PR 為高電平時， 4 端接高電平，振蕩器正常工作，當為低電平時，振蕩器停止工作，不會發(fā)聲。 因為來一個高電平是該報警電路會發(fā)聲，但是只有在一個周 期內發(fā)聲，這個周期非常短，只是多諧振蕩器的一個周期，只有一秒鐘，所以中間需要加一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，根據(jù) 555 構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的功能原理，這樣可以延長這個周期，是發(fā)聲信號加長，該定時器用到的電阻是 30 kΩ，電容是 100uf，根據(jù)公式計算得到的周期是 3 秒。 圖 44 脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生的脈沖波形 時序控制電路 圖 45時序控制電路調試圖 圖中，門 G1 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的輸人使能端 。圖八的工作原理是：主持人控制開關從 清除 位置撥到 開始 位置時， 武漢理工大學《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 13 來自于圖六中的 74LS279 的輸出 1Q=0，經(jīng) G3 反相， A＝ 1，則時鐘信號 CP 能夠加到74LS192 的 CP 時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。同時，在定時時間未到時，則 定時到信號 為 1，門 G2 的輸出 ST =0，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， 1Q＝ 1，經(jīng) G3 反相， A＝ 0，封鎖 CP信號，定時器處于保持工作狀態(tài)；同時，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，則 定時到信號 為 0， 1Q =1， 74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答。同時， 門 G1 處于關門狀態(tài)，封鎖 CP 信號，使定時電路保持 00 狀態(tài)不變，從而實現(xiàn)功能③的要求。集成單穩(wěn)觸發(fā)器 74LS121 用于控制報警電路及發(fā)聲的時間，其工作原理如下：當主持人將開關撥到開始鍵時， S 信號從 0 變成 1，是上升的，但是定時到信號還是 1， Y