純電路八路數(shù)字搶答器設(shè)計(原理圖加PCB文件)74LS148+74LS219+555+74LS192

ID:998013 · 發(fā)表于 2021-12-28 22:28

搶答器是競賽問答中一種常用的必備裝置智力競賽時一般分為若干組各組對主持人提出的問題進行搶答。搶答時要判定哪組優(yōu)先并予以指示和鳴叫。其設(shè)計包含了組合邏輯電路和時序邏輯電路的部分原理。本次八路數(shù)顯數(shù)字搶答器課題設(shè)計任務(wù)要求如下:1)設(shè)計一個可同時供8名選手參賽的8路數(shù)字顯示搶答器，選手每人1個搶答按鈕的編號與選手的編號2)搶答器具有優(yōu)先搶答的功能先按按鈕的選手編號能被數(shù)字儲存顯示并有聲音提示表示搶答成功。時能排除其它組的干擾信號閉鎖其它各路輸入使其它組再按開關(guān)時失去作用3)主持人設(shè)置有控制開可以手動清零復(fù)位。4)完成電路的初步設(shè)計對電路進行仿真調(diào)試觀察和測量電路的性能指標(biāo)并調(diào)整部分元件參達到計時功能或參數(shù)的各項要求。

要求分析
根據(jù)任務(wù)要求可以實現(xiàn)的方案很多第一種方案是主用優(yōu)先編碼器將搶答者選出然后送入鎖存器鎖存君輸出經(jīng)過譯碼顯示，顯示出搶答者的編號，控制電路斗編碼器置于禁止?fàn)顟B(tài)，不允許其他參賽者搶答。第二種方案是將搶先按下按鈕的編號用鎖存器鎖存，然后主入專用頻道數(shù)顯譯碼電路，直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示搶年者編號，系統(tǒng)設(shè)計與理論分析

搶答電路的功能有兩個:一是能分辨出選手按鍵的的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用二是要使其他選手的按鍵操作無效。選用優(yōu)先編碼74LS148和RS鎖存器74LS219可以完成上述功能。其電路組成如圖所示。其工作原理是:當(dāng)主持人控制開關(guān)處于 u位置時清零， RS 觸發(fā)器的 R 端為低電平，輸出端(4Q~1Q)全部為低電平。于是74LS48的Bl=0，顯示器滅燈;74LS148的選通輸入端ST=0774LS148處于工作狀態(tài)，此時鎖存電路不工作。當(dāng)主持人將開關(guān)拔到 u 位置時，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態(tài)，既搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端l7、 l 6、l5、l4、l3、l2、l1、l0輸入信號，當(dāng)有選手將鍵按下時(如按下S5)74 LS 148的輸出 Y 2 Y 1 Y 0=01071YEX =0

圖3.1搶答電路

經(jīng)RS鎖存器后，CTR=1，BI=1，此時74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101，經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器顯示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST端為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其它按鍵的輸入。當(dāng)按下的鍵松開后，74LS148的YEX高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài)，其它按鍵的輸入信號仍不會被接受。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問題后，主持人操作控制開關(guān)S2，使搶答電路復(fù)位，以便進行下一輪搶答。

2. 定時電路的設(shè)計

圖3.2定時電路

74LS48的7，6，2，3引腳接受來自74LS192的輸出信號并把它譯碼顯示在數(shù)碼管上。74LS192的9，10，11，15引腳完成時間設(shè)定功能，本設(shè)計要求定時30秒，所以把左邊的芯片的1，15引腳接高電位，期于的全接低位，使的初始時間設(shè)定為30秒。555芯片完成產(chǎn)生秒脈沖的功能。工作過程為：搶答開始前，74LS192的置數(shù)端為低電位，處于初始狀態(tài)，數(shù)碼管顯示為30，5引腳接高電位。搶答開始后，秒脈沖沖推動右邊的芯片開始倒記時，同時右邊芯片產(chǎn)生的信號做為左邊芯片的CP信號推動左邊的芯片倒記時，完成十進制的倒記時功能。當(dāng)有人搶答后1Q的輸出為1，經(jīng)過非門后變?yōu)?，通過與門屏蔽了秒信號，停止記時，完成顯示搶答時間的功能。當(dāng)記到了30秒時，左邊的芯片產(chǎn)生的定時到信號輸出為低電位，也屏蔽了秒信號，使得數(shù)碼管顯示為00

3.報警電路的設(shè)計

其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻f0=1/(R1+R2)-Cln2 =1.43/(R1+2R2)-C
其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。PR為控制信號，當(dāng)PR為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振不再工作。

4.時序電路的設(shè)計

時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下三項功能①主持人將控制開關(guān)拔到 u 位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態(tài)，②當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。③當(dāng)設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲時搶答電路和定時電路停止工作。

門U7的作用是控制時鐘信號 P 的放行與禁止，門U7的作用是控制14LS148的輸入使能端 ST 。圖中的工作原理是:主持人控制開關(guān)拔到 u 位置時，74LS279的輸出TR=0，經(jīng)U8反相，A=1，則從555輸出端來的時鐘信號能夠到74LS192的 PD 時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時，在定時時間未到時，圖中的74LS192的借位輸出端B02=1，門U7的輸出ST=0，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能①的要求;當(dāng)選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，TR=1，經(jīng)U8反相，A=0，封鎖 P 信號，定時器處于保持狀態(tài)，門U7的輸出ST=1714LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能②的要求;當(dāng)定時時間到時，74LS192的借位輸出端B02=1，門U7的輸出ST=0，使14LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能①的要求;當(dāng)選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，TR=17經(jīng)U8反相，A=0，封鎖P 信號，定時器處于保持狀態(tài)，門U7的輸出ST=1774LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能②的要求;當(dāng)定時時間到時，74LS192的借位輸出端B02=0，門U7的輸出ST=1774LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答，門U9同時處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖 P 信號，使定時電路為00狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能③的要求。

5總電路

經(jīng)以上單元電路的設(shè)計，可以得到定時搶答電路的整機電路。嚴(yán)格根據(jù)八路智力競賽搶答器的總體方框圖的指引再結(jié)合競賽搶答器的搶答電路，定時電路，報警電路，控制電路繪制出總體電路接通電源后，主持人將控制開關(guān)拔到開始位置時，led發(fā)光，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態(tài)。當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時，選擇器分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示譯碼電路用并且使其它選手按鍵操作無效。之后揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。

4 系統(tǒng)仿真4.1 仿真原理圖

圖4.1仿真原理圖

4.2 仿真結(jié)果圖及說明

按下開始鍵（空格）開始搶答，7號選手搶答成功，指示燈亮起。

圖4.2按下S7

時間到00時報警器報警禁止搶答報警指示燈亮起

圖4.3仿真結(jié)果圖

5 PCB設(shè)計。5.1 PCB設(shè)計過程

首先畫出原理圖，檢查無誤后，新建PCB保存，將原理圖更新到PCB，刪除紅色部分，因為有些原件為貼片封裝形式改正后布局，畫禁止布線層，設(shè)置線寬，開始布線，剪裁PCB圖導(dǎo)出3D模型。

圖5.1.原理圖

圖5.2布局

圖5.3線寬

圖5.4布線

圖5.5敷銅

5.2 PCB圖

寬：3000mil 長：5000mil

圖5.6PCB圖（1）

圖5.6 PCB圖（2）

5.3 3D圖

圖5.7

實驗的初期，由于對整個的電路還不能從整體把握，只能從實驗書上的實驗要求出發(fā)，結(jié)合查找到的資料提出解決方案。通過多次連接他人的電路，不斷地發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，于是對電路的設(shè)計和要求有了自己的想法，并加以了嘗試。這次實驗是數(shù)電實驗的一個綜合性實驗，通過這次實驗，使我們將以前我們所學(xué)習(xí)到的芯片知識綜合應(yīng)用到這個實驗上，從結(jié)構(gòu)、功能、用法上都有了全面的認(rèn)識，并基本達到了從構(gòu)思到設(shè)計再到焊接最后到調(diào)試的整個過程，雖然其中遇到了很多困難阻力，從開始到整個完成，但還是堅持了下來，所有的努力換回了成功的喜悅