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  数字抢答器
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  • 作者:qdq
  • 时间:2009-8-21 20:51:02
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来源:  作者:张湘洁  

    设计任务与要求
   
    1.抢答器同时供12名选手比赛,分别用12个按钮S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11S12表示。

    2.设置一个系统清除和抢答控制开关S,该开关由主持人控制。

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    3.抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮,锁存相应的编号,并在LED数码管上显示,同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存,优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

    4.抢答器具有定时抢答功能,且一次抢答的时间由主持人设定(如9秒)。当主持人启动“开始”键后。定时器进行减计时,同时扬声器发出短暂的声响,声响持续的时间0 5秒左右。

    5.参赛选手在设定的时间内进行抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢答的时间,并保持到主持人将系统清除为止。

    6. 如果定时时间已到,无人抢答,本次抢答无效,系统报警并禁止抢答,定时显示器上显示0。
   
    设计原理
   
     接通
电源后,主持人将开关拨到“清除”状态,抢答器处于禁止状态,编号显示器灭灯,定时器显示设定时间;主持人将开关置“开始”状态,宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时,扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时,抢答器完成:优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后,定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。
    
     单元
电路设计
    
     1.抢答
电路

   (1)抢答电路的功能

    该电路完成两个功能:

    一是分辨出选手按键的先后,并锁存优先抢答者的编号,同时译码显示电路显示编号。

    二是当有选手按键,其他选手按键操作无效。

    工作过程:开关S置于“清除”端时,74LS279(四个基本RS触发器)四个输出端置零,通过控制电路使74LS148的ST=0,使74LS148(8线一3线优先编码器)处于工作状态。74LS48灭灯控制使数码管处于灭灯状态。当开关S置于“开始”时,抢答器处于等待工作状态,当有选手将键按下时,74LS148的输出经RS锁存后,使74LS48处于工作状态,数码管显示选手号码。同时控制端CTR使74LS148的ST=1.处于禁止状态,封锁其他选手按键的输入。确保不会出二次按键时输入信号,保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。

    (2)抢答器设计要点

    设定优先级别高低依次为S12-S1,所以两片74148连接时,左片为S12,S11,S10,S9无信号时,右片为S9以下信号;如果74LS148的输出经RS锁存后直接驱动74LS48数码管显示时,右片显示数字是o-7,左片显示数字是o-3,为使两个数码管显示1—12,经锁存后的二进制码必须经过译码;当1—9位选手中有抢答,左片74LS48应使数码管处于灭灯状态。右片74LS48应使数码管处于正常显示状态。当10_12位选手中有抢答,两片74LS48应使两个数码管均处于正常显示状态;任一片74LS148有选手抢答后,RS锁存器引出控制信号,使两片74LS148处于禁止状态,封锁其他选手按键的输入。

    (3)抢答器电路组成如后页图左侧

     2. 定时电路

    (1)定时电路的功能

    由节目主持人预置时间;计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供;当设定的抢答时间到,无人抢答时。应输出封锁脉冲禁止其他电路工作。

    (2)定时电路设计要点

    ①由节目主持人设定一次抢答的时间为9秒,预置时间电路对计数器进行时间预置,可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器741一S192进行设计,74LS192的数据输入端D3D2D1DO=1001。

    ②计数器的秒脉冲由555组成多谐振荡器提供。当74LS192进行倒计时工作时,利用借位输出产生控制信号。电路组成如后页图右侧

    3.报警电路

    (1)报警电路的功能

    当主持人启动“开始”键后和定时时间已到但无人抢答,扬声器发出短暂的声响,声响持续的时间O.5秒左右。

 
    (2)报警
电路设计要点

    由555构成多谐振荡器,振荡频  率fo=1.43/<(RI+2R2)C>,其输出  信号经三极管推动扬声器。PR为控制  信号,当PR为高电平时,多谐振荡器  工作,反之,电路停振。可预置时间的定  时电路是通过74LS121实现的。电路组成如右图。

    4.时序控制电路

    (1)时序控制电路的功能

    主持人将控制开关拨到“开始”位  置时,扬声器发声,抢答电路进人正常   抢答工作状态和定时电路进人倒计时工作状态;当参赛选手按动抢答键时,扬声器发声,抢答电路和定时电路停止工作;当设定的抢答时间到,无人抢答时,扬声器发声,同时抢答电路和定时电路停止工作。

   (2)时序控制电路设计要点

   根据上面的功能要求有真值表得到逻辑表达式。时钟控制信号能够加到74LS192的输入端,74LS148的输人使能端ST上,图3、图4的工作原理是:主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时,来自于图1中的74LS279的输出CTR=O,则时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端,定时电路进行递减计时。同时,ST=0,使74LS148处于正常工作状态。当选手在定时时间内按动抢答键时,CTR=1,封锁CP信号,定时器处于保持工作状态;同时,ST=1,74LS148处于禁止工作状态,从而实现锁存的要求。当定时时间到时,则BO 2=0.74192 CPD=1,74LS148ST=1使74148处于禁止工作状态,定时电路保持为零,禁止选手进行抢答。同时,集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间,YEX为两片74LS148输出扩展端的同或运算,其工作原理请读者自行分析。

   5.电路组装调试

  (1)电路组装顺序是秒脉冲电路;节目主持人开关;定时电路;抢答电路;时序控制电路。

  (2)电路组装要点。

  (a)当秒脉冲电路输出指示灯正常显示时,说明秒脉冲电路正常工作。

    (b)组装节目主持人开关,并用万用表检查电压,当电压输出正常时,再安装74LS192、7448和数码管。调试方法是:先将节目主持人开关置零,观察电路是否置9,如不能正常工作。查主持人开关电压及接点是否虚焊,当能正常工作再将秒脉冲电路输出直接接在74LS192减计数端,如数码管七段均不工作。查7448灭灯控制端,如数码管部分段工作,仅查74LS48和数码管接线部分。

    (c)先用万用表检查12路抢答开关电压,当电压输出正常时;再安装74LS148;将74LS148的输人使能端直接接地;再使12路抢答输入中一个为低电压,用万用表检查电压测量输出值,例如,当S5为低电压。第一片74LS148的输出,3Q2Q1Q=010,此外,输出扩展端为0,经74LS279 4Q3Q2Q1Q=1101.如果电压正确。即可以进行下一步连接。

    (d)报警电路组装调试。当PR接高电平时,报警电路应发出声响。

    (e)时序控制电路CTR bO2中两个输入任一个为设定电压,门电路输出应正确,否则接线错误最后完成定时抢答器的联调,注意各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能,使其满足设计要求。
   
   
电路元器件
   
  1.
集成电路74LS148 2片,74LS279 2片,74LS48 3片,74LS192 1片,NE555 2片,74LS00 1片,74LS121 1片。

  2. 电阻510Ω 2只,1kΩ 9只,4 7kΩ 1只,5.1kΩ1只,100kΩ 1只,10kΩ 1只,15kΩ 1只,68kΩ 1只。

  3. 电容0.1 μ F 1只,10 μ F2只,100 μ F 1只。

  4. 三极管3DG12 1只。

  5.其它:发光二极管2只,共阴极显示器3只。

    由以上应用过程可见:每个部分都是从最基本最典型的单元电路的设计开始,逐步加深与扩展,直到较为复杂的小型电子线路系统的设计与装调,这种模块式的电路结构,既符合有简到繁,循序渐进的规律,又能够引起设计者兴趣。只有熟练运用MSI进行电路的设计安装测试,才能有效提高应用型人才理论与实际的结合能力,分析和解决问题的能力。这是培养高技能人才一个重要的过程

                                              电原理图

 

 

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