【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ? 在四路彩燈電路的設(shè)計(jì)過程中，你可以充分發(fā)揮自己的想象空間，擴(kuò)展出花樣不同的電路。我們會(huì)想到用兩片 74LS194來完成八路彩燈電路的設(shè)計(jì)，要求可以和前面的例子一樣，也可以不一樣。如果彩燈的動(dòng)作是兩個(gè)、兩個(gè)一組，八個(gè)彩燈共分成四組，依次點(diǎn)亮和熄滅，共同閃爍，應(yīng)該怎樣實(shí)現(xiàn)？或者說兩個(gè)、兩個(gè)一組，流水似的向左或向右滾動(dòng)，又該怎樣實(shí)現(xiàn)？其實(shí)，關(guān)鍵問題有兩個(gè)：一是四路彩燈的工作方式 (右移、左移或并行輸出 )，二是信號(hào)的模式 (三個(gè)輸入信號(hào)各是什么樣的狀態(tài)？高電平、低電平抑或是方波 )。解決了這兩個(gè)問題，其它就很容易明白和實(shí)現(xiàn)了。 ? 下面我們重點(diǎn)來分析一下八路彩燈的實(shí)現(xiàn)方法。要求和上例一樣，八個(gè)燈從左到右依次點(diǎn)亮，各一秒，共八秒；接下來八個(gè)燈從右到左依次熄滅，各一秒，共 8秒；最后八個(gè)燈同時(shí)閃爍八次，也是八秒。共 24秒。 ? 因?yàn)榍袄形覀円呀?jīng)做了詳細(xì)的分析，這里的燈的動(dòng)作流程沒有什么變化，只不過要把兩片 74LS194連接成一個(gè)整體，接收統(tǒng)一的指令來工作。另外我們把它們的移位方式控制信號(hào) S1S0的產(chǎn)生電路變成易于實(shí)現(xiàn)的集成電路來完成。 ? 圖 531是已設(shè)計(jì)完成的仿真電路圖。 圖 531 八路彩燈的仿真圖 ? 計(jì)數(shù)器 74190是一個(gè)中規(guī)模集成、十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，通過或門把它接成一個(gè)模三的計(jì)數(shù)器，即當(dāng)輸出為 0100時(shí)，裝入數(shù)據(jù) 0001，構(gòu)成循環(huán) 0001→0010→0011→ 0001 。 ? 74190的 Q1Q0輸出作為兩片 74LS194的移位方式控制信號(hào)S1S0，把兩片 74LS194的 S1和 S0分別并起來后再接這兩個(gè)信號(hào)。圖中 74190接成了加計(jì)數(shù)的形式。 ? 再來看一看兩片 74LS194是如何連接的。首先把兩個(gè)芯片的時(shí)鐘并在起，接成同步時(shí)序電路。接著把兩個(gè)芯片的并行數(shù)據(jù)輸入端 D3D2D1D0全部連接在一起外接一個(gè)周期為一秒的方波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)八個(gè)燈一起閃爍。最后是左移和右移信號(hào)的處理。上面的芯片所驅(qū)動(dòng)的燈先依次點(diǎn)亮，所以右移時(shí)的輸入信號(hào)應(yīng)從它的 SR輸入，接高電平；把上面的芯片的輸出Q3接下面芯片的 SR，這樣右移時(shí)的信號(hào)就可以從第一個(gè)芯片的 Q0一直傳遞到第二個(gè)芯片的 Q3了。左移時(shí)也一樣，輸入信號(hào)接下面芯片的 SL，下面芯片的 Q0接上面芯片的 SL。在圖 531中，左移和右移的輸入信號(hào)直接來自 74LS194的輸出。 八路搶答器 ? 搶答器的應(yīng)用非常普遍，可用在各類競(jìng)賽中。本題目的設(shè)計(jì)要求如下： ? 主持人按下?lián)尨稹伴_始”按鈕，同時(shí)喇叭發(fā)出“嘀”的一聲，八路搶答開始； ? 八路搶答按鈕的編號(hào)分別為 1~8，一次只能有一人搶答成功； ? 當(dāng)某一路搶答成功時(shí)，發(fā)光二極管立即點(diǎn)亮，并在數(shù)碼管上顯示該路的號(hào)數(shù)，直到主持人按復(fù)位開關(guān)為止，其他人再搶答無效； ? 主持人按“復(fù)位”按鈕后，必須下次重新?lián)尠础伴_始”按鈕才能繼續(xù)搶答。 核心器件 74LS148簡(jiǎn)介 ? 仔細(xì)分析知道，搶答器的輸入為八路搶答按鈕及主持人控制的搶答開始和清零兩個(gè)按鈕。搶答器的輸出有一個(gè)發(fā)光二極管、一個(gè)數(shù)碼管和一個(gè)蜂鳴器。 ? 因?yàn)橐寻寺返拈_關(guān)量轉(zhuǎn)變成對(duì)應(yīng)的數(shù)字來顯示，而顯示譯碼器接收的是 BCD碼，所以這里要用到 83線編碼器。而 74LS148是一個(gè)中規(guī)模且具有優(yōu)先編碼權(quán)限的集成器件，它的優(yōu)先權(quán)按輸入端編號(hào)從高到低。74LS148的引腳圖如圖 532所示。 圖 532 74LS148的引腳圖 ? EI是使能端，低電平有效。EO和 GS都為輸出，且互反。當(dāng) EI有效，且正常編碼時(shí)，即八個(gè)輸入中有任一個(gè)輸入有效，則 EO為高電平， GS為低電平；如果沒有一路輸入為低電平，則 EO為低電平， GS為高電平。這兩個(gè)引腳通常用于芯片的擴(kuò)展。 ? 輸入編號(hào)為 7的優(yōu)先權(quán)最高。當(dāng) EI有效時(shí)，輸入與輸入的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 57所示。 輸 入 輸出 ( 9) 7有效 000 6有效 001 5有效 010 4有效 011 3有效 100 2有效 101 1有效 110 0有效 111 表 57 74LS148的輸入輸出對(duì)應(yīng)關(guān)系 題目分析與設(shè)計(jì) ? 為了能使數(shù)碼管正確顯示每一路輸入的對(duì)應(yīng)編號(hào)，還必須把74LS148輸出的反碼再正過來。加反相器行嗎？因?yàn)榫幋a器是組合邏輯電路，信號(hào)不能保持，一旦某一路的搶答按鈕搶答結(jié)束，輸出編碼也就不復(fù)存在了，數(shù)字無法持續(xù)顯示，所以必須使用鎖存器電路，對(duì) 74LS148的輸出進(jìn)行取反的同時(shí)并鎖存，直到復(fù)位信號(hào)到來。 ? 八路搶答器的原理如圖 533所示，下面我們分塊來介紹設(shè)計(jì)原理。 ? 1. 編碼部分 ? 由八路電阻與按鈕串接在電源和地之間，中間點(diǎn)引出接到優(yōu)先編碼器 74LS148的八個(gè)輸入端， S1~S7分別接到輸入 1~7，而 S8接到輸入 0上，當(dāng) S8動(dòng)作時(shí)顯示“ 8”。這樣使搶答者的編號(hào) 1~7正好與編碼器的輸入和輸出對(duì)應(yīng)上。 ? 六個(gè) D觸發(fā)器用來鎖存信號(hào)，只使用異步輸入端，相當(dāng)于低電平輸入有效的 RS鎖存器。中間三個(gè) D觸發(fā)器的異步置位 S端接編碼器的三個(gè)輸出，經(jīng)過反相保持后接到顯示譯碼器的輸入端。異步清零端 R都接到另一個(gè) D觸發(fā)器 U5:B的端，由復(fù)位按鈕來控制。 ? 輸入 S8按鈕接到了 74LS148的輸入 0上，而它的優(yōu)先權(quán)是最低的，也就是只要沒有其他輸入有效就會(huì)編 0的編碼，造成此開關(guān)按下或不按下都顯示 0。這樣的話，我們可以直接把這 S8經(jīng)鎖存器 U5:A接到 74LS47顯示譯碼器的測(cè)燈輸入端LT(低電平有效 )，只要 S8按下就顯示 8，這樣 S8的優(yōu)先權(quán)就變成最高的了。而 8位搶答者之間是沒有優(yōu)先權(quán)之分的，所以，無論誰先搶答，此時(shí)都會(huì)使 74LS148的 GS信號(hào)為高電平，把此信號(hào)經(jīng)過 D觸發(fā)器 U8:A鎖存再與置位、復(fù)位信號(hào)U5:B相或產(chǎn)生 74LS148的使能信號(hào)。當(dāng)“開始”按下后，U5:B異步置位，此信號(hào)作為 U8:A的時(shí)鐘使其輸出高電平與U5:B的輸出相或，來封鎖 74LS148的使能信號(hào) EI，達(dá)到S1~S8中任一開關(guān)按下后其他開關(guān)不起作用。 01011121231341526374EI5EO15A09A17A26GS14U17 4 L S 1 4 8S8 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7D2Q5CLK3Q6S4R1U 2 : A7 4 L S 7 4R12 0 0D1D12Q9CLK11Q8S10R13U 2 : B7 4 L S 7 4D2Q5CLK3Q6S4R1U 3 : A7 4 L S 7 4D12Q9CLK11Q8S10R13U 3 : B7 4 L S 7 4A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10B I /RB O4QE9RB I5QF15LT3QG14U47 4 L S 4 71 0 k 8D2Q5CLK3Q6S4R1U 5 : A7 4 L S 7 4123U 6 : A7 4 L S 3 2B U Z 1B UZ Z E RD12Q9CLK11Q8S10R13U 5 : B7 4 L S 7 41 0 k 1 0 k復(fù)位 開始R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U75 5 5R21 0 0 0 kC10 .4 7 u FC20 .0 1 u FD2Q5CLK3Q6S4R1U 8 : A7 4 L S 7 4456U 6 : B7 4 L S 3 29108U 6 : C7 4 L S 3 2圖 533 八路搶答器的完整電路 ? 2. 復(fù)位部分 ?復(fù)位電路分別由兩個(gè)電阻串兩個(gè)按鈕以及一個(gè) D觸發(fā)器 U5:B組成。按下“復(fù)位”按鈕，使 U5:B的異步置位端 S有效，端為低電平，使圖 533上排的五個(gè)鎖存器及 U8:A全清零。 ?這時(shí)顯示譯碼器接收到輸入為 0的信號(hào)，而從U3:B的 Q端送來的低電平信號(hào)接在 74LS47的滅零輸入端 RBI，即當(dāng)輸入 ABCD皆為低而 5端又為低時(shí)，輸出什么也不顯示。 ?“復(fù)位”按后，由于處于滅零顯示狀態(tài)，使EI為高電平，故搶答不起作用。只有“開始”按鈕按后才起作用。 ? 3. 顯示部分 ? 顯示部分電路一是數(shù)碼管顯示，二是發(fā)光二極管顯示。 ? 數(shù)碼管顯示主要注意兩點(diǎn)： ? 顯 8時(shí)使用測(cè)燈輸入端 LT為低來實(shí)現(xiàn)，而該顯示 0時(shí)采用滅零輸入端 RBI為低來轉(zhuǎn)換 (RBO為輸出端不要接任何線 )。 ? 復(fù)位時(shí)采用滅零顯示。 ? 即開始搶答前，如沒有搶答，數(shù)碼管不顯示，復(fù)位后也不顯示。 ? 發(fā)光二極管的顯示比較簡(jiǎn)單，只要有搶答就開始亮，直到復(fù)位。它應(yīng)是兩部分信號(hào)的或邏輯產(chǎn)生的高電平來點(diǎn)亮發(fā)光二極管。一是 S8搶答有效，二是 S1~S7搶答有效。 ? 當(dāng) S8搶答時(shí)， U5:A的輸出低電平與 74LS148的使能信號(hào) EI相或后給74LS47的測(cè)燈輸入，使數(shù)碼管各段全部點(diǎn)亮顯示 8，而 U5:A的 Q端輸出為高，我們引入到或門；當(dāng) S1~S7搶答時(shí)， U3:B的 Q送給 74LS47的滅零輸入端 RBI的是高電平，不允許滅零，把它也引入到或門。故當(dāng)八路有任一路搶答時(shí)，或門 U6:A輸出高電平驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管亮?！皬?fù)位”按鈕一作用，各 D觸發(fā)器改變狀態(tài)，或門的兩個(gè)輸入都變成低電平，發(fā)光管熄滅，同時(shí)把 74LS148的使能信號(hào) EI高電平解除。 ? 4. 蜂鳴部分 ? 這部分要求，開始按鈕一按下，發(fā)出一聲短促的“滴”聲?？紤]用 555組成單穩(wěn)態(tài)電路，產(chǎn)生一個(gè)一定寬度的正脈沖，輸出驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)音。 ? 關(guān)于聲音的輸出， Proteus提供了三個(gè)仿真元件，即SPEAKER、 SOUDER和 BUZZER，分別由模擬量信號(hào)、數(shù)字量信號(hào)和直流電源來驅(qū)動(dòng)，使用時(shí)要注意適當(dāng)修改它們的電壓才能使其正確工作。 ? 把電路分解成若干部分，先分析核心部分，再不斷分