純電路八路數(shù)字搶答器設(shè)計(jì)(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(shí)一般分為若干組各組對主持人提出的問題進(jìn)行搶答。搶答時(shí)要判定哪組優(yōu)先并予以指示和鳴叫。其設(shè)計(jì)包含了組合邏輯電路和時(shí)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(jì)任務(wù)要求如下:1)設(shè)計(jì)一個可同時(shí)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(shí)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(shí)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(jì)對電路進(jìn)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(dá)到計(jì)時(shí)功能或參數(shù)的各項(xiàng)要求。

要求分析
根據(jù)任務(wù)要求可以實(shí)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(jì)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(shí)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(shí)鎖存電路不工作。當(dāng)主持人將開關(guān)拔到 u 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)，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(shí)(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(shí)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(jìn)行下一輪搶答。

2. 定時(shí)電路的設(shè)計(jì)

圖3.2定時(shí)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(shí)間設(shè)定功能，本設(shè)計(jì)要求定時(shí)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(shí)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(shí)，同時(shí)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(shí)，完成十進(jìn)制的倒記時(shí)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(shí)，完成顯示搶答時(shí)間的功能。當(dāng)記到了30秒時(shí)，左邊的芯片產(chǎn)生的定時(shí)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(bào)警電路的設(shè)計(jì)

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(yáng)聲器。PR為控制信號，當(dāng)PR為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停振不再工作。

4.時(shí)序電路的設(shè)計(jì)

時(shí)序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主持人將控制開關(guān)拔到 u 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)，②當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。③當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。

門U7的作用是控制時(shí)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(shí)，74LS279的輸出TR=0，經(jīng)U8反相，A=1，則從555輸出端來的時(shí)鐘信號能夠到74LS192的 PD 時(shí)鐘輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，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(shí)現(xiàn)功能①的要求;當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動搶答鍵時(shí)，TR=1，經(jīng)U8反相，A=0，封鎖 P 信號，定時(shí)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(shí)現(xiàn)功能②的要求;當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，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(shí)現(xiàn)功能①的要求;當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動搶答鍵時(shí)，TR=17經(jīng)U8反相，A=0，封鎖P 信號，定時(shí)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(shí)現(xiàn)功能②的要求;當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，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(jìn)行搶答，門U9同時(shí)處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖 P 信號，使定時(shí)電路為00狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能③的要求。

5總電路

經(jīng)以上單元電路的設(shè)計(jì)，可以得到定時(shí)搶答電路的整機(jī)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(shí)電路，報(bào)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(shí)，led發(fā)光，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時(shí)，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(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)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(shí)間到00時(shí)報(bào)警器報(bào)警禁止搶答報(bào)警指示燈亮起

圖4.3仿真結(jié)果圖

5 PCB設(shè)計(jì)。5.1 PCB設(shè)計(jì)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?yàn)橛行┰䴙橘N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(shí)驗(yàn)的初期，由于對整個的電路還不能從整體把握，只能從實(shí)驗(yàn)書上的實(shí)驗(yàn)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(jì)和要求有了自己的想法，并加以了嘗試。這次實(shí)驗(yàn)是數(shù)電實(shí)驗(yàn)的一個綜合性實(shí)驗(yàn)，通過這次實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)上，從結(jié)構(gòu)、功能、用法上都有了全面的認(rèn)識，并基本達(dá)到了從構(gòu)思到設(shè)計(jì)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(jiān)持了下來，所有的努力換回了成功的喜悅