【正文】 5V C C5VU3A 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 C5VXSC1ABE x t T r i g++__+_C11 0 0 n FV C C5VU 1 5 A7404NG 2 A7401NG 3 A7405NG 1 A7 4 S 1 0 N武漢理工大學(xué)《 數(shù)字電路 — 多路智能競(jìng)賽搶答器 》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示。 整體電路調(diào)試 圖 46整體電路調(diào)試圖 整體仿真圖 如圖 46，可實(shí)現(xiàn)如下功能： 接通電源后，主持人將開(kāi)關(guān)撥到 清除 狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開(kāi)關(guān)置開(kāi)始 狀態(tài)，宣布 開(kāi)始 搶答器工作。 FR 1 615kΩR 1 78kΩV C C5VU 1 8B U Z Z E R1 k H z PR武漢理工大學(xué)《 數(shù)字電路 — 多路智能競(jìng)賽搶答器 》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 因?yàn)閬?lái)一個(gè)高電平是該報(bào)警電路會(huì)發(fā)聲，但是只有在一個(gè)周期 內(nèi)發(fā)聲，這個(gè)周期非常短，只是多諧振蕩器的一個(gè)周期，只有一秒鐘，所以中間需要加一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，根據(jù) 555 構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的功能原理，這樣可以延長(zhǎng)這個(gè)周期，是發(fā)聲信號(hào)加長(zhǎng)。 PR 為控制信號(hào)，當(dāng) PR 為高電平時(shí)， 4 端接高電平，振蕩器正常工作，當(dāng)為低電平時(shí)，振蕩器停止工作，不會(huì)發(fā)聲。假如有選手按鍵， Yex 會(huì)從 1 變成 0，定時(shí)到信號(hào)還是 1，所以最后也會(huì)有一個(gè)正脈沖輸出，揚(yáng)聲器也會(huì)發(fā)聲的。集成單穩(wěn)觸發(fā)器 74LS121 用于控制報(bào)警電路及發(fā)聲的時(shí)間，其工作原理如下：當(dāng)主持人將開(kāi)關(guān)撥到開(kāi)始鍵時(shí)， S 信號(hào)從 0 變成 1，是上升的，但是定時(shí)到信號(hào)還是 1， Yex 由于 74LS148 已經(jīng)開(kāi)始工作所以為 0，所以根據(jù) 74LS121 功能表可以看到 PR 會(huì)有一個(gè)高電平輸出，所以揚(yáng)聲器就會(huì)發(fā)出聲音。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，則 定時(shí)到信號(hào) 為 0， 1Q =1， 74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，則 定時(shí)到信號(hào) 為 1，門(mén) G2 的輸出 ST =0，使 74LS148 處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能①的要求。 圖 44 脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生的脈沖波形 時(shí)序控制電路 圖 45時(shí)序控制電路調(diào)試圖 圖中，門(mén) G1 的作用是控制時(shí)鐘信號(hào) CP的放行與禁止，門(mén) G2的作用是控制 74LS148的輸人使能端 。 PR 為控制信號(hào)，當(dāng) PR 為高電平時(shí)， 4 端接高電平，振蕩器正常工作，當(dāng)為低電平時(shí)，振蕩器停止工作，不會(huì)發(fā)聲。定時(shí)部分電路仿真圖如下，又 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器輸出頻率為 1Hz，作為計(jì)數(shù)器的脈沖源，定時(shí)顯示可實(shí)現(xiàn) 20 秒定時(shí)，此部分設(shè)計(jì)成功。另外，假如有選手按鍵的話(huà)，則最后不會(huì)計(jì)數(shù)器不會(huì)因?yàn)樽詼p為 00 而最后輸出負(fù)脈沖，而是應(yīng)為秒脈沖輸出與 1Q 的非相與后當(dāng)作脈沖輸入 74LS192 的。另一部分是可預(yù)置時(shí)間的減計(jì)數(shù)器，對(duì)于預(yù)置端可以采用十進(jìn)制 8421BCD 碼設(shè)置，當(dāng) 555 振蕩器發(fā)出一個(gè)脈沖時(shí)，74LS192 的 CP端就接受一個(gè)信號(hào)，在 cp 脈沖的上升沿預(yù)置數(shù)就開(kāi)始自減，當(dāng)各位減少到 0 時(shí)， BO2 就會(huì)輸出一個(gè)負(fù)脈沖， cp2就會(huì)開(kāi)始減少 1，然后 74LS192 二開(kāi)始再自減 1，直到預(yù)置數(shù)最后變成 00，最后在 BO2 輸出一個(gè)周期的負(fù)脈沖。仿真結(jié)果驗(yàn)證了搶答部分電路的設(shè)計(jì)成功。如果沒(méi)有選手按鍵的話(huà)，七段顯示譯碼器就會(huì)一直不亮，直到最后此次比賽結(jié)束。并且此時(shí) 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。當(dāng)開(kāi)關(guān)達(dá)到“開(kāi)始”端時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手按下鍵時(shí)，及有一個(gè)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)。 武漢理工大學(xué)《 數(shù)字電路 — 多路智能競(jìng)賽搶答器 》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 完整電路圖設(shè)計(jì) 圖 36定時(shí)搶答器的整機(jī)電路 4 電 路調(diào)試 搶答器電路 圖 41搶答器電路調(diào)試圖 武漢理工大學(xué)《 數(shù)字電路 — 多路智能競(jìng)賽搶答器 》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 如圖，該電路實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：一是能夠過(guò)分辨出選手按鍵的先后，并鎖 存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼器顯示電路顯示編號(hào)；二是禁止其他選手之后按鍵無(wú)效。同時(shí)， 門(mén) G1 處于關(guān)門(mén)狀態(tài)，封鎖 CP 信號(hào)，使定時(shí)電路保持 00 狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能③的要求。當(dāng)選 手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)， 1Q＝ 1，經(jīng) G3 反相， A＝ 0，封鎖 CP 信號(hào)，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門(mén) G2 的輸出 =1， 74LS148 處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能②的要求。工作原理是：主持人控制開(kāi)關(guān)從 清除 位置撥到 開(kāi)始 位置時(shí)，來(lái)自于 74LS279 的輸出 1Q=0，經(jīng) G3 反相， A＝ 1，則時(shí)鐘信號(hào) CP能夠加到 74LS192 的CPD 時(shí)鐘輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)。 ③ 當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)人 搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。 圖 34報(bào)警電路設(shè)計(jì)圖 武漢理工大學(xué)《 數(shù)字電路 — 多路智能競(jìng)賽搶答器 》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8 時(shí)序控制電路設(shè)計(jì) 搶答器控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能： ① 主持人將控制開(kāi)關(guān)撥到 “ 開(kāi)始 ” 位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。其中 555 構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率 fo＝ 1． 43／［（ RI＋ 2R2） C］ （公式 ） 其輸出信號(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器?？深A(yù)置時(shí)間的電路選用十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器 74LS192 進(jìn)行設(shè)計(jì) 。 當(dāng)優(yōu)先搶答者回答 完問(wèn)題后， 由主持人將Ｓ開(kāi)關(guān)重新置 “ 清除 ” ，電路復(fù)位 ，以便 再進(jìn)行下一輪搶答。當(dāng)按鍵松開(kāi)即按下時(shí)， 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?fàn)顟B(tài)，確保 其他的 輸入信號(hào) 不會(huì)被接收。當(dāng)主持人把開(kāi)關(guān) S置于 開(kāi)始 位置 時(shí)，優(yōu)先編碼 電路 和鎖存電路同時(shí)處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端的信號(hào)輸入，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按下 S5）， 74LS148 的輸出 Y2Y1Y0 的非 =010，YEX的非 =0，經(jīng) RS 鎖存后， CTR=1， BI 的非 =1， 74LS279 處于工作狀態(tài) ，Q4Q3Q2=101,74LS48 處于工作狀態(tài)，經(jīng) 74LS148 譯碼后，顯示器顯示為 ５ 。選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和 RS 鎖存器 74LS279 可以完成上述功能，所組成的電路圖如下所示。 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(jìng)賽搶答器 》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 5 表 24方案對(duì)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(shí)現(xiàn)難度 一般 低 低 價(jià)格 低 一般 高 電路原理 簡(jiǎn)單 一般 一般 設(shè)計(jì)難度 簡(jiǎn)單 高 一般 通過(guò)上面的方案比較，數(shù)字電路的制作方案比較容易實(shí)現(xiàn) ，并且在原理方面也是比較簡(jiǎn)單，所以我選擇采用第一種方案來(lái)完成搶答器電路。如果在時(shí)間 T0，無(wú)人應(yīng)答，則驅(qū)動(dòng)音效電路②發(fā)出聲響，指示燈 L2 亮，表示搶答者均放棄該題 。此時(shí)有人第一按下相應(yīng)的搶答按鈕，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的控制選擇，在八段顯示器上顯示相應(yīng)的號(hào)碼，并鎖存，同時(shí)禁止其他按鈕的輸入。當(dāng)選手將問(wèn)題回答完畢，主持人操作控制開(kāi)關(guān) ，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能。 武漢理工大學(xué)《 數(shù)字電路 — 多路智能競(jìng)賽搶答器 》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 方案一： 采用數(shù)字電路 時(shí)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。 ③ 如 果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)短暫報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間 顯示器上顯示 00。當(dāng)節(jié)目主持人啟動(dòng) “ 開(kāi)始 ” 鍵后，要求定時(shí)器立即減計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲響。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。搶答開(kāi)始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在 LED 數(shù)碼管上顯示出選手的編號(hào)，同時(shí)蜂鳴器給出音響提示。 ② 給節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開(kāi)關(guān)，用來(lái)控制系統(tǒng)的清零 (編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈 )和搶答的開(kāi)始。 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 74LS