【正文】 555 定時器在搶答器中的應(yīng)用有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測 量及自動控制等方面。 圖 83 74LS192外引腳及時序波形圖 武漢理工大學(xué)《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設(shè)計說明書 25 555 芯片 圖 84 555芯片的引腳圖 表 84 555 芯片引腳功能 引腳編號 符號 功能說明 1 GND 地線 2 TR 觸發(fā) 3 OUT 輸出 4 RES 復(fù)位 5 CV 控制電壓 6 TH 閥值 7 DIS 放電 8 Vc 電源 555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成加計數(shù)功能，當(dāng)加計數(shù)到 9 時， CO 端發(fā)出進(jìn)位下跳變脈沖；若武漢理工大學(xué)《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設(shè)計說明書 24 時鐘脈沖加到 DCP 端，且 UCP =1，則計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成減計數(shù)功能，當(dāng)減計數(shù)到 0 時， BO 端發(fā)出借位下跳變脈沖。 圖 23 是 74LS192 外引腳及時序波形圖。并且1,0 ?? LDCR 時， 74LS192 處于加法計數(shù)狀態(tài)；當(dāng) 1?UCP 脈沖從 DCP 端輸入，且1,0 ?? LDCR 時， 74LS192 處于減法計數(shù)狀態(tài)； 1?? UD CPCP 時，計數(shù)器處于保持狀態(tài)。 74LS192是屬 8421BCD 碼，它的功能真值表如表 所示。它在實際應(yīng)用中是用來熄滅多位數(shù)字前后不必要的零位，使顯示的結(jié)果更醒目。 消隱輸入：也稱滅燈輸入。表 3– 3– 3為七段顯示譯碼器的真值表。優(yōu)先編碼被廣泛用于計算機(jī)控制系統(tǒng)中，當(dāng)有多個外設(shè)申請中斷時，優(yōu)先編碼器總是給優(yōu)先級別高的設(shè)備先編碼。 SY 是技能輸出端，只有在 SI ＝ 0，而 0I ~7I 均無編碼輸入信號時為 0。此芯片為 8線－ 3 線優(yōu)先編碼器。 武漢理工大學(xué)《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設(shè)計說明書 19 7 參考資料 ［ 1］《電子技術(shù)基礎(chǔ) (數(shù)字部分 ) 第五版》 康華光 主編 高等教育出版社 ［ 2］《電子線路設(shè)計 .實驗 .測試 第三版》謝自美 主編 華中科技大學(xué)出版社 ［ 3］ 姜書艷，數(shù)字邏輯設(shè)計及應(yīng)用，北京 :清華大學(xué)出版社 2020 ［ 4］ 歷雅萍、易映萍編，電子技術(shù)課程設(shè)計，機(jī)械工些出版社 2020 ［ 5］ 彭介 華主編 ，電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)，高等教育出版社 2020 武漢理工大學(xué)《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設(shè)計說明書 20 8 附錄：電路中的元件介紹 優(yōu)先編碼器 74LS148 編碼器在同一時刻內(nèi)只允許對一個信號進(jìn)行編碼，否則輸出的代碼會發(fā)生混亂?？傮w來說 ,這次實習(xí)我受益匪淺 .在摸索該如何設(shè)計程序使之實現(xiàn)所需功能的過程中 ,特別有趣 ,培養(yǎng)了我的設(shè)計思維 ,增加了實際操作能力 .在讓我體會到了 設(shè)計的艱辛的同時 ,更讓我體會到成功的喜悅和快樂 . 這次 數(shù)電 課程設(shè)計 ,雖然短暫 但是讓我得到多方面的提高： 提高了我們的邏輯思維能力，使我們在邏輯電路的分析與設(shè)計上有了很大的進(jìn)步。通過這次數(shù)電課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從而提 高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。同時 ST 置一 選手也無法搶答。在Ⅲ時刻，有搶答者搶答，則使 74 148LS 芯片的 ST =1，處于封鎖狀態(tài)。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁 止 二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果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。 報警電路 圖 46報警電路調(diào)試圖 該報警電路有 555 定時器和三極管構(gòu)成，有 555 定時器構(gòu)成一個多諧振蕩器，其輸出信號可以經(jīng)三極管推動揚(yáng)聲器。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，從而實現(xiàn)功能③的要求。圖八的工作原理是：主持人控制開關(guān)從 清除 位置撥到 開始 位置時， 武漢理工大學(xué)《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設(shè)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(jìn)行遞減計時。 秒脈沖發(fā)生電路 圖 43 555 電路構(gòu)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(xué)《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設(shè)計說明書 12 該報警電路有 555 定時器和三極管構(gòu)成，有 555 定時器構(gòu)成一個多諧振蕩器，其輸出信號可以經(jīng)三極管推動揚(yáng)聲器。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(fù)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。搶答器部分仿真如下，當(dāng)主持人按下開關(guān)可實現(xiàn)清零，再次按下開關(guān)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。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。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。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。 ② 當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時 ， 揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。 圖 33可預(yù)置時間的定時電路設(shè)計圖 報警電路設(shè)計 由 555 定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖 所示。這樣就 保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。這個 電路的工作原理過程：當(dāng)主持人控制開關(guān) S 置于 清零 端時， RS 觸發(fā)器的 R 非端均為 0，４個觸發(fā)器輸 出端 （ Q4— Q1）全部置 0， 于是 74LS48 的 BI的非＝ 0，顯示器燈滅 ， 搶答器處于禁止工作狀態(tài)； 74LS148 的選通輸入端 ST 的非 =0，使之處于工作狀態(tài)，此時鎖存電路不工作。在搶答成功后，主持人打開限時開關(guān) SW2，啟動計時器，在設(shè)定的時間 TI 內(nèi)回答有效，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定時間 TI 時，驅(qū)動音效電路③，指示燈 L3 亮，表示答題時間到。 方案二： 采用單片機(jī) 搶答 按鈕 優(yōu)先編碼電路 鎖存器 譯碼 電路 譯碼 顯示 主持人 控制開關(guān) 秒脈沖 產(chǎn)生電路 控制 電路 報警 電路 定時 電路 譯碼 電路 顯示 電路 主體電路 擴(kuò)展電路 武漢理工大學(xué)《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設(shè)計說明書 4 此電路完成的功能如圖 22所示，當(dāng)主持人宣布搶答開始的時候，按下開始按鈕，此時電路進(jìn)入搶答狀態(tài)，選手的輸入采用了掃描式的輸入，之后把相應(yīng)的信息送往單片機(jī)，再由單片機(jī)輸出到顯示輸出電路中。 圖 21數(shù)字電路構(gòu)成的搶答器原理方框圖 圖 21所示的定時搶答器的工作過程是：接通電源時，節(jié)目主持人將開關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時顯示器顯示設(shè)定的時間，當(dāng)節(jié)目主持人宣布“搶答開始”，同時將控制開關(guān)撥到“開始”位置，揚(yáng)聲器給 出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，定時器倒計時。 2. 方案論證與比較 制作搶答器可以用好多的方法，可以用單片機(jī)來完成，它的功能強(qiáng)大制作簡單，并且外圍的元件也很少；也可以用 PLC 來實現(xiàn)，他的制作也是比較簡單；還可以用我們學(xué)過的 EDA 技術(shù)來制作；最后也可以用數(shù)字電路來實現(xiàn)，它的原理比較簡單，集成塊的價格也比較便宜且很容易購買，與我們學(xué)完的〈〈數(shù)字電路〉〉聯(lián)系緊密，能將我們所學(xué)知識用于實際，對鞏固所學(xué)知識有重要意義，用了一些成型電路，如 NE555 標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖電路等，使總體方案易于實現(xiàn)。 擴(kuò)展功能 ① 搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間可以由主持人設(shè)定 (如 20s)。 ③ 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。 本文介紹了一種采用數(shù)字電路制作的多功能數(shù)顯搶答器，它除了具有基本的搶答功能之外，還具有定時報警的功能，和數(shù)顯的功能，當(dāng)搶答開始后，系統(tǒng)會自動倒計時， 并且時間是可以預(yù)設(shè)的，期間有人搶答的話系統(tǒng)會停止計時，如果期間沒人搶答，系統(tǒng)會有短暫的報警，提示搶答結(jié)束。采用 74LS148 編碼器和 74LS279 RS 鎖存器組成搶答器的核心部分搶答電路。采用 74LS192 十進(jìn)制加 /減計數(shù)器設(shè)計搶答器的定時部分，計數(shù)器的時鐘脈沖電路提供。 Abstract The device is based mainly on the Number 7 4 series of integrated circuit chips , which are in the lower cost, and be available to some of the school activities. The core of the Answer circuit is posed of 74LS148 and 74LS279 RS encoder latch. 74LS192 increase the use of metric / Answer by counter design39。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并在 LED 數(shù)碼管上顯示出選手的編號，同時蜂鳴器給出音響提示。當(dāng)節(jié)目主持人啟動 “ 開始 ” 鍵后，要求定時器立即減計時，并用顯示器顯示，同時蜂鳴器發(fā)出聲響。 武漢理工大學(xué)《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設(shè)計說明書 3 方案一： 采用數(shù)字電路 時搶答器的總體框圖如圖 21它由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。當(dāng)定時時間到，卻沒有選手搶答時，系統(tǒng)報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。此時有人第一按下相應(yīng)的搶答按鈕，經(jīng)過單片機(jī)的控制選擇，在八段顯示器上顯示相應(yīng)的號碼，并鎖存，同時禁止其他按鈕的輸入。 圖 23PLC構(gòu)成的搶答器原理方框圖 方案比較 搶答 輸入 單片機(jī) 控制 控制 輸入 輸出 所存 顯 示 輸 出 搶答 輸入 控制 輸入 PLC 控制 顯示 輸出 控制 輸出 武漢理工大學(xué)《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設(shè)計說明書 5 表 24方案對比 方案比較 數(shù)字電路 單片機(jī) PLC 制作難度 低 一般 一般 實現(xiàn)