【文章內(nèi)容簡介】 4670 CRRf ??? (31) 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 5 圖 31 搶答器電路 f9g10e1d2K3c4DP5b6a7K8D3BI/RBO4RBI5LT3A07A11A22A36a13b12c11d10e9f15g14VCC16GND8U7SN74LS48NR14S15Q13U8DR1S12S23Q4U8AR5S6Q7U8BSN74LS279ANR10S111S212Q9U8C23 1S1D410KR9開始 清除I010I111I212I313I41I52I63I74EI5EO15GS14A09A17A26VCC16GND8U9SN74LS148NR14R13R12R15R16R17R18R11S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S98＊10K+5主持人控制開關(guān)Q156564SN74LS00Nclock to signalEI+5+5+5GS定時到信號S哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 6 TRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DISC7VCC8GND1U6NE555JG1KR815KR768KR6C3B1QB2QA3DWN4UP5QC6QD7GND8D9C10LD11CO12BRW13CLR14A15VCC16U4SN74LS192NB1QB2QA3DWN4UP5QC6QD7GND8D9C10LD11CO12BRW13CLR14A15VCC16U5SN74LS192NDS1BI/RBO4RBI5LT3A07A11A22A36a13b12c11d10e9f15g14VCC16GND8U2SN74LS48NBI/RBO4RBI5LT3A07A11A22A36a13b12c11d10e9f15g14VCC16GND8U3SN74LS48N10KR20S1Q1f9g10e1d2K3c4DP5b6a7K8D1Dpy BlueCCf9g10e1d2K3c4DP5b6a7K8D2Dpy BlueCCC410UF16VCP3456G1BSN74LS11N+5+5+589G3D+5數(shù)據(jù)預(yù)置端數(shù)據(jù)預(yù)置端+5clock to signal定時到信號+5CLK 圖 32 可預(yù)置時間的定時電路 報警電路 由 555 定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖 33 所示。其中 555 構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率 為： ? ?? ?1420 CRRf ??? 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 。 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 7 時序控制電路 時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下三項功能： （ 1） 主持人將控制開關(guān)撥到 “ 開始 ” 位置時，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(shè)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 。 根據(jù)上面的功能要求以及圖 31，設(shè)計的時序控制電路如圖 34 所示。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 入 使能端。 圖 34 的工作原理是： 主持人控制開關(guān)從“清除”位置撥到“開始”位置時，來自圖 21 中的 74LS279 的輸出 Q1=0，經(jīng) G3反相， 1?A ，則時鐘信號 CP 能夠加到 74LS192 的 CPD時鐘輸入端，定時電路進行減計時。同時，在定時時間未到時，則“定時到信號”為 1，門 G2 的輸出 0?EI ，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(nèi)按動搶答鍵時， Q1＝ 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?EI ， 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， 1?EI ， 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(guān)門狀態(tài)，封鎖 CP 信號，使定時電路保持 00 狀態(tài)不變，從而1KR168KR415KR2R5R3C1100UFC2Q1RL18TRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DISC7VCC8GND1U1NE555JG+5+5PR圖 33 報警電路 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 8 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。 其原理及功能的介紹見第四章。 參數(shù)計算 二極管閃爍及間隔時間計算 如圖 32 所示， 555 定時器中 3 管腳輸出低電平時發(fā)光二極管導(dǎo)通，而低電平持續(xù)時間為 : 462 CRt ?? (32) 由此可以算出二極管閃爍時間 : sFKCRt 462 ?????? ? 555 定時器中 3 管腳輸出高電平時發(fā)光二極管截止， 高電平持續(xù)時間 : ? ? 4761 CRRt ??? (33) Q1A13A24B5Q6GND7Rint9Cext10Rext/Cext11VCC14U12SN74121N100KR1910UFC5GSclock to signalS PR+5+5定時到信號(a) (b) 圖 34 時序電路 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 9 由此可知，二極管閃爍間隔時間為 : ? ? ? ? sFKCRRt 4761 ???????? ? 報警發(fā)生時間 的計算 74121 輸出脈沖寬度可由如下關(guān)系式確定： EXTtw CRt ? (34) 由 此 可 以 計 算 出 報 警 揚 聲 器 鳴 叫 時 間 ， 根 據(jù) 圖 34 知KRRt 10019 ?? ， FCC E X T ?105 ?? ，所以揚聲器鳴叫時間 : sFKCRt EXTtw 0 ????? ? 在圖 24 中， 555 定時器的振蕩頻率是 : ])2[( 1420 CRRf ??? = ZHFKK ])68215[( ????? ? 所以，振蕩周期 sT ? ， 因此 ,由圖 24 可知：報警揚聲器每 鳴叫一聲。 總體電路圖 根據(jù)各單元電路運用 Protel 2021 繪制出了總體電路圖，見附錄 B 所示。 本章小結(jié) 本章主要根據(jù)設(shè)計的總體方案設(shè)計出了搶答器的總體方框圖，再對方框圖的各個組成部分進行分別介紹，特別是 詳細介紹了各單元電路的工作原理及參考電路，如搶答器電路、可預(yù)制時間的定時電路、報警電路和時序控制電路。另外還計算了一些參數(shù)，如二極管閃爍時間和揚聲器鳴叫時間等。 本章各單元電路圖的繪制我用的是 Protel 2021，具體電路圖繪制的規(guī)則將在第四章進行具體介紹。 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 10 第 4章 元器件的功能和作用 555 定時器 555 定時器是一種數(shù)字與模擬混合型的中規(guī)模集成電路，應(yīng)用廣泛。外加電阻、電容等元件可以構(gòu)成多諧振蕩器，單穩(wěn)電路，施密特觸發(fā)器等。 555 定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 555 定時器內(nèi)部框圖及引腳排列如圖 41 所示 (a) 555 定時器內(nèi)部框圖 (b) 555 定時器引腳排列 圖 41 555 定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 555 定時器原理 定時器內(nèi)部由比較器、分壓電路、 RS 觸發(fā)器及放電三極管等組成。分壓電路由三個 5K 的電阻構(gòu)成，分別給 A1 和 A2 提供參考電平 2/3VCC 和1/3VCC。 A1和 A2的輸出端控制 RS 觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當輸入信號自 6 腳輸入大于 2/3VCC 時，觸發(fā)器復(fù)位， 3 腳輸出為低電平，放電管T 導(dǎo)通；當輸入信號自 2 腳輸入并低于 1/3VCC 時，觸發(fā)器置位， 3 腳輸出高電平，放電管截止。 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 11 DR 是復(fù)位端， 0?DR ,則 00?V ；正常工作時 DR 接為高電平。 VC 為控制端，平時輸入 2/3VCC 作為比較器的參考電平，當 5 腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現(xiàn)了對輸出的另一種控制。如果不在 5 腳外加電壓通常接 電容到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，確保參考電平的穩(wěn)定。其功能見表 31。 表 41 555 定時器 功能表 同步 十進制可逆計數(shù)器 74LS192 74LS192 是同步 十進制可逆計數(shù)器 ，具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯功能符號，如圖 42 所示。 （ a）邏輯符號 （ b）引腳排列 圖 42 74LS192 邏輯符號及引腳排列 圖中： CPu：加計數(shù)端 CPD：減計數(shù)端 LD：置數(shù)端 CO：非同步進位輸出端 BO：非同步借位輸出端 CR：清零端 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 12 D0、 D D D3：計數(shù)器輸入端 Q0、 Q Q Q3：數(shù)據(jù) 輸出端 表 42 74LS192 邏輯功能表 74LS192 的邏輯功能見表 42，當清除端 CR 為高電平“ 1”時，計數(shù)器直接清零； CR 置低電平則執(zhí)行其他功能。 當 CR 為低電平，置數(shù)端 LD 也為低電平時，數(shù)據(jù)直接從置數(shù)端 D0、D D D3置 入計數(shù)器。 當 CR 為低電平， LD 為高電平時，執(zhí)行計數(shù)功能。執(zhí)行加數(shù)時，減計數(shù)端 CPD接高電平，計數(shù)脈沖由 CPu 輸入；在計數(shù)脈沖上升沿進行 8421碼十進制加法計數(shù)。執(zhí)行減計數(shù)時，加計數(shù)端 CPu 接高電平，計數(shù)脈沖由減計數(shù)端 CPD輸入。 8 線 3 線 優(yōu)先編碼器 74LS148 在優(yōu)先編碼電路中，允許同時輸入兩個以上編碼信號。不過在設(shè)計優(yōu)先編碼器時已經(jīng)將所有的輸入信號按優(yōu)先順序排了隊，當幾個輸入信號同時出現(xiàn)時，只對優(yōu)先權(quán)最高的一個進行編碼。其引腳排列及邏輯功能如圖43 所 示。 EI 為使能輸入端，低電平有效。 EO 為使能輸出端，通常 EO 和 EI 配合可以實現(xiàn)多級編碼器之間的優(yōu)先級別的控制。 GS 為片選優(yōu)先編碼輸出端，當 EI 為 0，且至少有一個輸入端有編碼請求（即邏輯 0）時， GS 為0，表明編碼處于工作狀態(tài)，否則為 1。其功能見表 43。 輸 入 輸 出 CR LD CPu CPD D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 1