【正文】 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 C5VXSC1A BE x t T r i g++__+_C11 0 0 n FV C C5VU 1 5 A7404NU 1 6 A7401NU 1 7 A7405NU 1 8 A7 4 S 1 0 NU 1 9 A7 4 S 0 5 D武漢理工大學《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 11 如圖所示，分為兩個部分，一是秒脈沖，由 555 定時器構成的多諧振蕩電路，根據(jù)公式振蕩周期為 T=（ R1+2R2） C，可計算出該振蕩器的振蕩周期為 1 秒，由于是矩形脈沖，所以一個周期內(nèi)發(fā)光二極管會發(fā)一次光。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。當沒有選手按鍵時， 1Q 的非為 0，所以 cp 脈沖就會停止輸入，時間就會停止，所顯示的 時間就是該選手搶答的時間，但此時的定時到信號還是 1。 秒脈沖發(fā)生電路 圖 43 555 電路構成的多諧振蕩器 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《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 12 該報警電路有 555 定時器和三極管構成，有 555 定時器構成一個多諧振蕩器，其輸出信號可以經(jīng)三極管推動揚聲器。 因為來一個高電平是該報警電路會發(fā)聲，但是只有在一個周 期內(nèi)發(fā)聲，這個周期非常短，只是多諧振蕩器的一個周期，只有一秒鐘，所以中間需要加一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，根據(jù) 555 構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的功能原理，這樣可以延長這個周期，是發(fā)聲信號加長，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。圖八的工作原理是：主持人控制開關從 清除 位置撥到 開始 位置時， 武漢理工大學《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 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，定時電路進行遞減計時。當選手在定時時間內(nèi)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。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。在最后結束時候，如果沒有選手按鍵但是時間已經(jīng)結束，這時候 S 是 1， Yex因為沒有選手按 鍵而為 1，而又因為定時到信號而又有一個負脈沖輸入，所以 PR 會輸出一個正脈沖，從而使揚聲器發(fā)聲。 報警電路 圖 46報警電路調(diào)試圖 該報警電路有 555 定時器和三極管構成，有 555 定時器構成一個多諧振蕩器，其輸出信號可以經(jīng)三極管推動揚聲器。 U 1 7L M 5 5 5 C MGND1DIS7OUT 3RST4VCC8THR6CON5TRI2C31 0 0 n FC41 0 n FC51 0 181。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。定時器倒計時 20 秒 ，揚聲 器給出聲響提示。當一輪搶答之后，定時器停止、禁 止 二次搶答、定時器顯示剩余時間。 5 仿真結果分析 搶答電路仿真 在Ⅰ時刻，開關置向“清零”一端時， 74 148LS 芯片的 ST =0，處于工作狀態(tài)，但 74 279LS 鎖存器 芯片處于封鎖狀態(tài)，搶答電路不工作。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)。 圖 51 搶答電路仿真波形 定時電路仿真 控制開關從“清零”端撥向“開始”端，定時電路開始倒計時。同時 ST 置一 選手也無法搶答。當有人搶答時（Ⅱ時刻）， 74 148LS 芯片和 74 192LS 芯片的觸發(fā)脈沖被封鎖，則其他搶答者不能再搶答，顯示器上顯示搶答者的編號和搶答時刻（Ⅱ時刻）距最后時刻的時間，并一直保持到系統(tǒng)清零為止。通過這次數(shù)電課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，從而提 高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。 這次數(shù)電課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在老師的辛勤指導下，終于游逆而解。總體來說 ,這次實習我受益匪淺 .在摸索該如何設計程序使之實現(xiàn)所需功能的過程中 ,特別有趣 ,培養(yǎng)了我的設計思維 ,增加了實際操作能力 .在讓我體會到了 設計的艱辛的同時 ,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計上有了很大的進步。另外，我們還更加充分的認識到，數(shù)字電路這門課程在科學發(fā)展中的至關重要性 2，查閱參考書的獨立思考的能力以及培養(yǎng)非常重要，我們在設計電路時，遇到很多不理解的東西，有的我們通過查閱參考書弄明白，有的通過網(wǎng)絡查到，但由于時間和資料有限我們更多的還是獨立思考。 武漢理工大學《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 19 7 參考資料 ［ 1］《電子技術基礎 (數(shù)字部分 ) 第五版》 康華光 主編 高等教育出版社 ［ 2］《電子線路設計 .實驗 .測試 第三版》謝自美 主編 華中科技大學出版社 ［ 3］ 姜書艷，數(shù)字邏輯設計及應用，北京 :清華大學出版社 2020 ［ 4］ 歷雅萍、易映萍編，電子技術課程設計，機械工些出版社 2020 ［ 5］ 彭介 華主編 ，電子技術課程設計指導，高等教育出版社 2020 武漢理工大學《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 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行編碼，否則輸出的代碼會發(fā)生混亂。常用的集成優(yōu)先編碼器有 74LS148（ 8線－ 3線）和 74LS147（ 10線－ 4 線）兩種制式。此芯片為 8線－ 3 線優(yōu)先編碼器。 圖 81 74LS148引腳圖 表 81 74LS148真值表 武漢理工大學《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 21 74LS148 的輸入端和輸出端低電平有效。 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。0I ~ 7I 各輸入端的優(yōu)先順序為： 7I 級別最高， 0I 級別最低。優(yōu)先編碼被廣泛用于計算機控制系統(tǒng)中，當有多個外設申請中斷時，優(yōu)先編碼器總是給優(yōu)先級別高的設備先編碼。圖 82為七段顯示譯碼器 74LS48 的引腳排列圖 。表 3– 3– 3為七段顯示譯碼器的真值表。 燈測試輸入：當 0?LT 且 1?BI 時，無論 03 ~AA 狀態(tài)如何，輸出 Ya~Yg全部為高電平，都可使被驅動數(shù)碼管的七段同時點亮，以檢查該數(shù)碼管各 段能否正常發(fā)光。 消隱輸入：也稱滅燈輸入。 RBO 為滅零輸出。它在實際應用中是用來熄滅多位數(shù)字前后不必要的零位，使顯示的結果更醒目。 武漢理工大學《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 23 同步十進制可逆計數(shù)器 74LS192 十進制計數(shù)器品種很多，有十進制加法計數(shù)器、十進制減法計數(shù)器和十進可逆計數(shù)器，下面僅以 74LS192 同步十進制可逆計數(shù)器為例。 74LS192是屬 8421BCD 碼，它的功能真值表如表 所示。 ○2 LD 是并行置數(shù)端，低電平有效，且在 0?CR 有效。并且1,0 ?? LDCR 時， 74LS192 處于加法計數(shù)狀態(tài)；當 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)。 表 83 74LS192計數(shù)器真值表 計數(shù)器選用匯總規(guī)模集成電路 74LS192 進行設計較為簡便， 74LS192 是十進制 可編程同步加鎖計數(shù)器，它采用 8421 碼二 十進制編碼，并具有直接清零、置數(shù)、加鎖計數(shù)功能。 圖 23 是 74LS192 外引腳及時序波形圖。 LD 是異步并行置數(shù)控制端（低電平有效）， CO 、 BO 分別是進位、借位輸出端（低電平有效）， CR 是異步清零端， D3D0 是并行數(shù)據(jù)輸入殿， Q3Q0是 輸出端。計數(shù)器在預置數(shù)的基礎上完成加計數(shù)功能，當加計數(shù)到 9 時， CO 端發(fā)出進位下跳變脈沖；若武漢理工大學《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 24 時鐘脈沖加到 DCP 端，且 UCP =1，則計數(shù)器在預置數(shù)的基礎上完成減計數(shù)功能，當減計數(shù)到 0 時， BO 端發(fā)出借位下跳變脈沖。它的計數(shù)原理是 : 只有當?shù)臀?1BO 端發(fā)出借位脈沖時 , 高位計數(shù)器才作減計數(shù)。 圖 83 74LS192外引腳及時序波形圖 武漢理工大學《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 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)字功能相結合的中規(guī)模集成器件。 555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 ~16V 工作， 7555 可在 3~18V 工作，輸出驅動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、 CMOS 或者模擬電路電平兼容。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測 量及自動控制等方面。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放 電管 T 及功率輸出級。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)。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓 小于 VCC /3，則比較器 A2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。 555 定時器在搶答器中的應用有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多