声光显示智力竞赛抢答器设计毕业论文.doc
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1、目 录摘要31绪论41.1设计任务41.2课题目的与意义41.3抢答器的组成框图52基本知识介绍62.174LS148优先编码器62.274LS279锁存器72.3555定时器92.3.1555定时器的基本功能92.3.2555组成的基本电路及应用10图2-6单稳态触发器11图2-7多谐振荡器112.4 74LS121芯片介绍112.4显示译码器74LS48122.4.1发光二极管显示器122.4.2译码驱动器132.5芯片74LS192153电路设计163.1抢答电路设计163.2定时电路设计173.3声音电路设计183.4时序控制电路设计184整机电路图195在设计过程中发现的问题和所做的
2、改进20结束语21参考文献22摘要智力竞赛抢答器是一个供参赛组进行智力竞赛的装置,该装置由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存电路、译码电路将参赛组的输入信号在显示器上输出;用控制电路和主持人开关启动音响电路,以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现记时功能,构成扩展电路。本文详细介绍了抢答器的设计方案、功能及在设计过程中所做的改进。他要实现以下主要功能:(1)主持人可以控制系统的清零与抢答开始;(2)抢答器要有数据锁存与显示的功能。抢答开始后,若有任何一名选手按动抢答按钮,则要显示其编号至系统被主持人清零,并且扬声器发声提示,同时其他人再按对应
3、按钮无效;(3)抢答器要有自动定时功能,并且一次抢答时间由主持人任意设定。当主持人启动“开始”键后,定时器自动减计时,并在显示器上显示。同时扬声器上发出短暂声响;(4)参赛选手只有在设定时间内抢答方为有效抢答。若抢答有效,则定时器停止工作,并且显示抢答开始时间直到系统被清零;(5)若设定时间内无选手进行抢答(按对应按钮),则系统短暂报警,并且禁止选手超时抢答,定时器上显示。关键词:抢答电路;计数电路;音响电路;译码显示电路1绪论智力竞赛是一种生动活泼的教育方式,而抢答就是智力竞赛中非常常见的一种答题方式。抢答能引起参赛者观众的极大兴趣,并且能在极短的时间内,使人们迅速增加一些科学知识和生活常识
4、。但是,在这类比赛中于谁先谁后抢答,在何时抢答,如何计算答题时间等等问题,若是仅凭主持人的主观判断,就很容易出现错误所以我们就需要一种具备自动锁存,置位,清零等功能智能抢答器来解决这些问题。在本次设计中,将主要设计一个定时抢答器。在这次毕业论文中主要是实现抢答功能,因为社会的发展越来越快,不论在各行各业都是竞争压力比较大,因此为了适应社会的发展,做每件事都要快速,所以抢答电路是非常重要的,它也对社会的进步起很大作用。1.1设计任务(1)抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛,分别用8个按钮表示。(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。(3)抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动
5、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30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00。1.2课题目的与意义随着社会经济的发展,人们对生活质量的追求越来
6、越高。所开设的娱乐活动也是越来越多了,例如智力竞赛抢答,但是往往由于主持人和抢答者本人所造成的误差而导致活动的不公平性。作为一个当代大学生设计一款智力竞赛抢答器解决了在活动中的这一弊端。因此在这毕业之际设计抢答器,不仅让我巩固了所学知识并应用于实践,同时也让我觉得所学知识能贡献于社会,所读的这几年书是没有白念的。让我有了一个质的飞跃。1.3抢答器的组成框图定时抢答器的总体框图如图1-1所示,它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能,即开始抢答后,当选手按动抢答按钮时,能显示选手的编号,同时能封锁输入电路,禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答功能。抢答按钮优先编码电路锁存器
7、译码电路显示电路主持人控制开关控制电路报警电路秒脉冲产生电路定时电路译码电路显示电路主体电路扩展电路图1-1抢答器的组成框图图1-1所示定时抢答器的工作过程是:接通电源时,节目主持人将开关置于“清除”位置,抢答器处于禁止工作状态,编号显示器灭灯,定时显示器上显示设定的时间,当节目主持人宣布抢答题目后,说一声“抢答开始”,同时将控制开关拨到“开始”位置,扬声器给出声响提示,抢答器处于工作状态,定时器倒计时。当定时时间到,却没有选手抢答时,系统报警,并封锁输入电路,禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答按钮时,抢答器要完成以下四项工作:(1)优先编码电路立即分辨出抢答者的编号,并由锁存器进
8、行锁存,然后由译码显示电路显示编号;(2)扬声器发出短暂声响,提醒节目主持人注意;(3)控制电路要对输入编码电路进行封锁,避免其他选手再次进行抢答;(4)控制电路要使定时器停止工作,时间显示器上显示剩余的抢答时间,并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕时,主持人操作控制开关,使系统恢复到禁止工作状态,以便进行下一轮抢答。2基本知识介绍2.174LS148优先编码器表2-1是74LS148电路的功能表,图2-1是8线-3线优先编码器74LS148的逻辑符号。表2-174LS148电路的功能表输入输出1111110111111111110100000100010011000110101
9、0001110111000111110010001111110110001111111101000111111111110图2-174LS148的逻辑符号在优先编码器电路中,允许同时输入两个以上的编码信号。不过在设计优先编码器时已经将所有的输入信号按优先顺序排了队,当几个输入信号同时出现时,只对其中优先权最高的一个进行编码。(1)编码输入从8线-3线优先编码器74LS148的功能表可以看出,输入信号在时表示发出编码信号,故逻辑符号输入端上面均有“-”号,这表示编码输入低电平有效。从功能表中看出,的优先权最高,而的优先权最低。只要,就对进行编码,而不管其它输入信号为何种状态。(2)编码输出端、从
10、功能表可以看出,74LS148编码器的编码输出是反码。比如,对编码,应当输出000,而电路输出的是111;对编码,应当是101,而电路输出为010,这点请读者注意。为此,、上面都有“-”号,这表示输出为反码。(3)选通输入端只有在时,编码器才处于工作状态;而在时,编码器处于静止状态,所有输出端均被封锁为高电平。(4)选通输出端和扩展输出端和是为扩展编码器功能而设置的。从功能表可以看出,只有当所有编码输入端都是1(即没有编码输入),并且时,才为0。可见,表示“电路工作,但无编码输入”。从功能表还可以看出,只要任何一个编码输入端有0,且,则为0。因此,表示“电路工作,且有编码输入”。2.274LS
11、279锁存器其管脚图2-2如下图所示:74LS279内部是由4个基本RS触发器组成的。当有一个人优先抢答后其它的就不能抢答了。其它的虽然有电平输入,但是输入的电平保持原态不变。74LS279内部的4个基本RS触发器的R输入端为高电平图2-2管脚图有效。四个锁存器中有 2个具有2个 置位端(/SA/SB)。当/S 为低电平,/R 为高电平时,输出端Q 为高电平。当/S 为高电平,/R为低电平时,Q 为低电平。当/S 和/R 均为高电平时,Q 被锁存在已建立的电平。当/S 和/R 均为低电平时,Q 为不稳定的高电平状态。对/SA和/SB,/S的低电平表示/SA和/SB只要有一个为低电平,/S的高电
12、平表示/SA和/SB均为高电平。引出端符号:1Q4Q 输出端/1S/4S 置位端(低电平有效)/1R/4R 复位端(低电平有效)锁存器参考电路如图2-3所示。图中端接主持人控制开关,抢答前,控制开关使锁存器输出为零。、分别与编码器的输出端、和工作状态标志GS联接,当有抢答开关按下,编码器输出相应的二进制代码,经锁存器保持抢答信息。编码器工作状态标志GS使锁存器输出为“1”,联接图2-374LS279锁存器参考电路到编码器74LS148的输入使能端,封锁其它路输入,同时接译码电路74LS48的控制端,当其为高电平时,译码器工作,当其为低电平时, 字型全“灭”。、与译码显示电路的输入端相连,控制开
13、关为主持人所设,S打向RESET端复位后才可以抢答。2.3555定时器2.3.1555定时器的基本功能 555定时器是一种数字与模拟混合型的中规模集成电路,应用广泛。外加电阻、电容等元件可以构成多谐振荡器,单稳电路,施密特触发器等。555定时器原理图及引线排列分别如图2-4和2-5所示。其功能见表2-2。定时器内部由比较器、分压电路、RS触发器及放电三极管等组成。分压电路由三个5K的电阻构成,分别给和提供参考电平2/3和1/3。和的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚输入大于2/3时,触发器复位,3脚输出为低电平,放电管T导通;当输入信号自2脚输入并低于1/3时,触发器置
14、位,3脚输出高电平,放电管截止。4脚是复位端,当4脚接入低电平时,则;正常工作时4接为高电平。5脚为控制端,平时输入2/3作为比较器的参考电平,当5脚外接一个输入电压,即改变了比较器的参考电平,从而实现对输出的另一种控制。如果不在5脚外加电压通常接0.01F电容到地,起滤波作用,以消除外来的干扰,确保参考电平的稳定。图2-4555定时器内部框图图2-5555定时器引脚排列表2-2555定时器的功能表2.3.2555组成的基本电路及应用(1)构成单稳态触发器电路如图2-6所示,接通电源电容C充电(至2/3Vcc)RS触发器置0,T导通,C放电,此时电路处于稳定状态。当2加入1000PF,只要满足
15、的重复周期大于,电路即可工作,实现较精确的定时图2-6单稳态触发器(2)多谐振荡器电路如图2-7所示,电路无稳态,仅存在两个暂稳态,亦不需外加触发信号,即可产生振荡(振荡过程自行分析)。电容C在1/3Vcc-2/3Vcc之间充电和放电。555电路要求R1与R2均应大于或等于1k,使R1+R2应小于或等于3.3M。图2-7多谐振荡器2.4 74LS121芯片介绍74LS121芯片是一种常用的非重触发单稳态触发器,他采用了施密特触发输入结构。 图2-8 74LS121管脚图和逻辑符号 2.4显示译码器74LS482.4.1发光二极管显示器8段发光二极管数码显示器BS201/202(共阴极)和BS2
16、11/212(共阳极)的等效电路如图2-9所示。其中,BS201和BS211每段的最大驱动电流约10mA,BS202和BS212每段的最大驱动电流约15mA。驱动共阴极显示器的译码器输出为高电平有效,如74LS48、CC4511;而驱动共阳极显示器的译码器输出为低电平有效,如74LS46、74LS47等。a)共阳极LED b)共阴极LED图2-9发光二极管显示器2.4.2译码驱动器74LS48为BCD-7段译码器,74LS48用来驱动共阴极的发光二极管显示器。74LS48的内部有升压电阻,因此无需外接电阻(可以直接与显示器相连接)。74LS48的功能表如表2-4所示,其中为8421BCD码输入
17、端,ag7段译码输出端。表2-474LS48功能表功能或数字输入输出显示字形 a b c d e f g灭灯试灯动态灭零x x0 x1 0x x x xx x x x0 0 0 00(输入)100 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0灭灯8灭灯01234567891011121314151 11 x1 x1 x1 x 1 x1 x1 x1 x1 x1 x1 x1 x1 x1 x1 x0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1
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