【文章內容簡介】 ?YYY ,0?EXY 經(jīng) RS 鎖存后， 1Q=1, =1,74LS48處于工作狀態(tài)，４ Q３ Q２ Q=101,經(jīng)譯碼顯示為 ５ 。此外， 1Ｑ＝１，使 74LS148的 ST ＝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,1?EXY 此時由于仍為１Ｑ＝１，使 ST ＝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開關重新置于“清除”端，然后再進行下一輪搶答。 74LS148為８線－３線優(yōu)先編碼器，圖 3為其功能表。 圖 3 74LS148的功能真值表 74LS48功能說明： 動態(tài)滅零輸入端 RBI ：低電平有效。當 LT ＝ RBI ＝ 0、且譯碼輸入全為 0 時，該位輸出不顯示，即 0 字被熄滅；當譯碼輸入不全為 0 時，該位正常顯示。本輸入端用于消隱無效的 0。如數(shù)據(jù) 可顯示為 。 18 思考： 圖 2所示的搶答開關電路能否改進？怎樣改進？ (2)搶答開關電路參考方案 2 利用 8D鎖存器 74373實現(xiàn)搶答功能的鑒別與鎖存，電路如圖 3所示。 利用 74LS373設計的搶答器電路它由一片 8D鎖存器 74LS373。 8D鎖存器 有 8個 D觸發(fā)器輸入端，設計中只需利用其中的 6路輸入。 6只組別按鍵開關 S1S6， 6組別搶答有效的狀態(tài)顯示發(fā)光二極管 L1L6，一個復位按鍵 FW等組成。該 6路競賽搶答器，每組受控于一個搶答按鍵開關，高電平表示搶答有效。 設置主持人控制鍵 FW用于控制整個系統(tǒng)清 0和搶答有效開始控制的啟動。每按下一次復位鍵 FW時，使 8D鎖存器的控制端 G為高電平，若組別按鍵開關 S1～ S6中任何一個都沒按下，即對應 8D鎖存器的輸入端 D均為低電平，則此時 6個輸出端均為低電平 ,對應的發(fā)光二極管均不點亮，表示搶答者正在準備搶答狀態(tài)。按下復位鍵 FW 時， 8D 鎖存器的控制端 G為高電平，若組別按鍵開關 S1S6中存在一個或幾個處于按下狀態(tài)，即與之對應的 8D鎖存器的輸入端 D為高電平，此時與之對應的 8D鎖存器的輸出端立即為高電平，對應的發(fā)光二極管被點亮，表示搶答 者違規(guī)了。只有每按下一次復位鍵 FW，并在復位鍵 FW抬起后，搶答才是有效的。 系統(tǒng)具有第一搶答信號鑒別和鎖存功能。在主持人將系統(tǒng)復位并使搶答有效開始后 ,第一搶答者按下?lián)尨鸢粹o。對應的輸入引腳接高電位 1， 8D鎖存器的對應輸出端立即為高74LS48外部接線圖 74LS373 S6 D6 Q6 L6 R16 R6 VD6 圖 3 搶答開關電路方案 2圖 19 電平 1， 二極管 VD1VD6組成了或門電路。使三極管 VT1 基極得到高電位而飽和導通使鎖存器的 G為低電平 ,將 8D鎖存器的輸入信號鎖存在了輸出端 ,輸入端的信號變化將不在影響輸出端。對應點亮的發(fā)光二極管指示出第一搶答者的組別 ，也可以采用其它門電路來鑒別第一搶答信號 。 (3)定時電路 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。 （ 4）報警電路 由 555定時器和三極管構成的報警電路如圖 5所示。其中 555構成多諧振蕩器，振蕩頻率fo＝ 1． 43／［（ RI＋ 2R2） 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。 圖圖 5 報警電路 圖 4 可預置時間的定時電路 20 （ 4）時序控制電路 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。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 ST 。 圖 6 時序控制電路 圖 6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，來自圖 2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 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 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， ST =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。 （ 5）以上各部分電路僅做參考，要求獨立畫出自己 設計的電路圖，說明各部分的工作原理。 五、主要儀器與設備（參考） 數(shù)字電路實驗箱 或 EDA 軟件 QuartusⅡ 集成電路 74LS148— 1片， 74LS279— 1片， 74LS48— 3片， 74LS192— 2片， NE555— 2片， 74LS00— 1片， 74LS121— 1片。 電 阻 510Ω — 2只， 1KΩ — 9只， — l只， — l只， 100kΩ — l只， 10kΩ — 1只， 15kΩ — 1只， 68kΩ — l只。 電 容 — 1只， 10 uF— 2只， 100 uF— 1只。 三極管 3DG12— 1只。 其 它 發(fā)光二極管 — 2只，共陰極顯示器 — 3只。 六、參考文獻 1. 高吉祥主編，《電子技術基礎實驗與課程設計》，電子工業(yè)出版社， 2020 年出 21 版。 2. 歷雅萍、易映萍編 ， 《電子技術課程設計》 ， 高等教育出版社 3. 謝自美主編 ， 《電子線路設計、實驗、測試》 ， 華中理工出版社 4. 任致程主編 ， 《經(jīng)典集成電路 400例》 ， 機械工業(yè)出版社 5. 彭介華主編，《電子技術課程設計指導》，高等教育出版社， 2020年出版。 6. 陳大欽主編，《電子技術基礎實驗－電子電路實驗、設計、仿真》，高等教育出版社 ， 2020年出版。 7．楊春玲編，《電子技術課程設計指導書》，哈爾濱工業(yè)大學教材科， 1999 年 22 電子密碼鎖 一、設計目的 掌握電子密碼鎖 電路的組成、工作原理和設計方法。 熟悉常用數(shù)字邏輯電路的工作原理及使用方法。 二、設計內容及要求 鎖是人們生活中的常用物品，本題要求用電子元器件設計一個密碼鎖的控制電路，當輸入正確代碼時，輸出開鎖信號以推動執(zhí)行機構工作（例如：利用繼電器使電磁鐵吸合拉動物件），并用紅燈亮、綠燈熄滅表示關鎖，用綠燈亮、紅燈熄滅表示開鎖； 1． 在鎖的控制電路中儲存一個可以修改的 4位代碼，當開鎖按鈕開關（可設置成 6位至 8位，其中實際有效為 4 位，其余為虛設）的輸入代碼等于儲存代碼時，進入開鎖狀態(tài)而使鎖打開； 2． 從第一個按鈕觸動后的 5 秒內若未將鎖打開，則電路自動復位并進入自鎖狀態(tài)（自鎖時間 20秒），使之無法再打開，并由揚聲器發(fā)出持續(xù) 20秒的報警信號，由顯示電路顯示剩余自鎖時間。當連續(xù)輸入 3次錯誤密碼時，系統(tǒng)鎖定 15分鐘，鎖定時間內禁止輸入密碼，同時由顯示電路顯示剩余鎖定時間。 3．電子鎖也能做門鈴使用，但響聲應與報警聲相區(qū)別。 三、設計思路 （ 1）該題的主要任務是產(chǎn)生一個開鎖信號，而開鎖 信號的形成條件是，輸入代碼和已設密碼相同。實現(xiàn)這種功能的電路構思有多種，例如，用兩片 8位鎖存器，一片存入密碼，另一片輸入開鎖的代碼，通過比較的方式，若兩者相等，則形成開鎖信號。又比如說，將 4位輸入開關信號送入 4個觸發(fā)器的時鐘輸入端，由開關按順序給出時鐘脈沖時，使置入最低位的高電平狀態(tài)依次向高位移動，移到最高位即輸出開鎖信號。如此等等。 （ 2）在產(chǎn)生開鎖信號后，要求輸出聲、光信號，其中聲音的產(chǎn)生可以由開鎖信號去觸發(fā)一個音響電路，從而使揚聲器工作。其中的光信號可以用開鎖信號點亮 LED指示燈； （ 3）用按鈕開關的 第一個動作信號觸發(fā)一個作 5秒定時的定時器，若 5秒內無有效開鎖信號產(chǎn)生，則讓揚聲器發(fā)出特殊音響，以示警告，并輸出一個信號推動 LED不斷閃爍，同時系統(tǒng)自鎖 20秒鐘， 20 秒內禁止輸入， 由顯示電路顯示剩余自鎖時間。當連續(xù)輸入 3 次錯誤密碼時，系統(tǒng)鎖定 15分鐘，鎖定時間內禁止輸入密碼，同時也由顯示電路顯示剩余鎖定時間。 四、參考方案 （一）．總體方案原理框圖： 方案一：以 AT89C2051 為核心的單片機控制方案； AT89C2051 單片機是 51 系列單片機的一個成員，是 8051 單片機的簡化版與 Intel MCS51系列單片機的指令和輸出管腳相兼容。由于將多功能八位 CPU和閃速存儲器結合在單個芯片中，因此， AT89C2051 構成的單片機系統(tǒng)是具有結構最簡單、造價最低廉、效率最高的微控制系統(tǒng)，省去了外部的 RAM、 ROM和接口器件，減少了硬件開銷，節(jié)省了成本， 23 提高了系統(tǒng)的性價比。內部自帶 2K字節(jié)可編程 FLASH存儲器的低電壓、高性能 COMS八位微處理器， 圖 1 單片機控制方案原理框圖 電子密碼鎖由單片機電路和機械兩部分組成，此次設計的電子密碼鎖可以完成密碼的修改、 設定及非法入侵報警、驅動外圍電路等功能。從硬件上看，它由六部分組成，分別是： LED顯示器，顯示亮度均勻，顯示管各段不隨顯示數(shù)據(jù)的變化而變化，且價格低廉，它用于顯示鍵盤輸入的相應信息；無須再加外部 EPROM存儲器，且外圍擴展器件較少的 AT89C52單片機是整個電路的核心部分；振蕩電路為 CPU產(chǎn)生賴以工作的時序；顯示燈是通過 CPU輸出的一個高電平，通過三極管放大，驅動繼電器吸合，使外加電壓與發(fā)光二極管導通，從而使發(fā)光二極管發(fā)光，電機工作?，F(xiàn)在來進行修改密碼操作。修改密碼實質就是輸入的新密碼去取代原來的舊密碼。密 碼的存儲用來存儲一位地址加 1，密碼位數(shù)減 1，當八個地址均存入一位密碼，即密碼位數(shù)減為零時，密碼輸入完畢，此時按下確認鍵，新密碼產(chǎn)生，跳出子程序。為防止非管理員任意的進行密碼修改，必須輸入正確密碼后，按修改密碼鍵，才能重新設置密碼。密碼輸入值的比較主要有兩部分，密碼位數(shù)與內容任何一個條件不滿足，都將會產(chǎn)生出錯信息。當連續(xù)三次輸入密碼出錯時，就會出現(xiàn)報警信息，LED顯示出錯信息，蜂鳴器鳴叫，提醒人注意。 在電路中， P1口連接 8個密碼按鍵 AN1～ AN8，開鎖脈沖由 ，報警和提示音由 。 BL是用 于報警與聲音提示的喇叭，發(fā)光管 D1用于報警和提示， L是電磁鎖的電磁線圈。 由單片機實現(xiàn)的電子密碼鎖的硬件接線圖參見圖 2，由于本課程設計為數(shù)字電子技術的課程設計的內容，所以用單片機構成的電路只作為方案比較，因此，此部分的軟件設計略。 開鎖控制電路 89S51 單片機 AT24C02 掉電存儲 串口顯示電路 矩陣 鍵盤 控制 指示電路 輸入錯誤鎖定鍵盤 延時報警控制電路 24 圖 2 用單片機實現(xiàn)的電子密碼鎖硬件電路圖 方案二：以 74LS112 雙 JK 觸發(fā)器構成的數(shù)字邏輯電路控制方案。 （二） . 單元電路參考方案 1. 電路由兩大部分組成：密碼鎖電路和備用電源 (UPS)，其中 設置 UPS電源是為了防止因為停電造成的密碼鎖電路失效，使用戶免遭麻煩。密碼鎖電路包含：鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測、開鎖電路、執(zhí)行電路、報警電路、鍵盤輸入次數(shù)鎖定電路等。 其電路如下圖 4 所示： 思考： 圖 4所示的密碼鎖電路能否改進？怎樣改進更好？ 輸入按扭開關組 輸入鎖存電路 密碼存儲電路 開鎖控制電路 機械動作構件 5秒定時電路 20 秒定時電路 聲光指示電路 圖 3 數(shù)字邏輯控制方案電子