一,、 設(shè)計任務(wù)與要求1. 搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽,,分別用8個按鈕S0 ~ S7表示,。2. 設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S,,該開關(guān)由主持人控制,。3. 搶答器具有鎖存與顯示功能,。即選手按動按鈕,,鎖存相應(yīng)的編號,,并在LED數(shù)碼管上顯示,,同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存,,優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止,。4. 搶答器具有定時搶答功能,且一次搶答的時間由主持人設(shè)定(如30秒),。當(dāng)主持人啟動"開始"鍵后,,定時器進行減計時,同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響,,聲響持續(xù)的時間0.5秒左右,。5. 參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答,搶答有效,,定時器停止工作,,顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間,并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止,。6. 如果定時時間已到,,無人搶答,本次搶答無效,,系統(tǒng)報警并禁止搶答,,定時顯示器上顯示00。
二,、預(yù)習(xí)要求1.復(fù)習(xí)編碼器,、十進制加/減計數(shù)器的工作原理。2.設(shè)計可預(yù)置時間的定時電路,。3.分析與設(shè)計時序控制電路,。4. 畫出定時搶答器的整機邏輯電路圖 三、設(shè)計原理與參考電路1.?dāng)?shù)字搶答器總體方框圖如圖所示為總體方框圖,。其工作原理為:接通電源后,,主持人將開關(guān)撥到"清除"狀態(tài),搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài),,編號顯示器滅燈,,定時器顯示設(shè)定時間,;主持人將開關(guān)置?quot;開始"狀態(tài),宣布"開始"搶答器工作,。定時器倒計時,,揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內(nèi)搶答時,,搶答器完成:優(yōu)先判斷、編號鎖存,、編號顯示,、揚聲器提示。當(dāng)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,。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān),。
2.單元電路設(shè)計(1) 搶答器電路參考電路如圖所示。該電路完成兩個功能:一是分辨出選手按鍵的先后,,并鎖存優(yōu)先搶答者的編號,,同時譯碼顯示電路顯示編號;二是禁止其他選手按鍵操作無效,。工作過程:開關(guān)S置于"清除"端時,,RS觸發(fā)器的 端均為0,4個觸發(fā)器輸出置0,,使74LS148的 =0,,使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S置于"開始"時,,搶答器處于等待工作狀態(tài),,當(dāng)有選手將鍵按下時(如按下S5),74LS148的輸出 經(jīng)RS鎖存后,,1Q=1, =1,74LS48處于工作狀態(tài),,4Q3Q2Q=101,經(jīng)譯碼顯示為"5"。此外,,1Q=1,,使74LS148 =1,處于禁止?fàn)顟B(tài),,封鎖其他按鍵的輸入,。當(dāng)按鍵松開即按下時,74LS148的 此時由于仍為1Q=1,,使 =1,,所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài),,確保不會出二次按鍵時輸入信號,保證了搶答者的優(yōu)先性,。如有再次搶答需由主持人將S開關(guān)重新置?quot;清除"然后再進行下一輪搶答,。74LS148為8線-3線優(yōu)先編碼器,表11,、1為其功能表,。
74LS148的功能真值表:
定時電路:
由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度,設(shè)定一次搶答的時間,,通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進行預(yù)置,,計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供??深A(yù)置時間的電路選用十進制同步加減計數(shù)器74LS192進行設(shè)計,,具體電路如上圖所示。(3)報警電路由555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖11,、4所示,。其中555構(gòu)成多諧振蕩器,振蕩頻率fo=1.43/[(RI+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,。
4)時序控制電路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)撥到"開始"位置時,揚聲器發(fā)聲,,搶答電路和定時電路進人正常搶答工作狀態(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,,同時搶答電路和定時電路停止工作。
根據(jù)上面的功能要求,,設(shè)計的時序控制電路如上圖所示,。圖中,門G1 的作用是控制時鐘信號CP的放行與禁止,門G2的作用是控制74LS148的輸人使能端 ,。圖11,、4的工作原理是:主持人控制開關(guān)從"清除"位置撥到"開始"位置時,來自于圖11,、2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CPD時鐘輸入端,,定時電路進行遞減計時。同時,,在定時時間未到時,,則"定時到信號"為 1,門G2的輸出 =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,,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 =1,74LS148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,則"定時到信號"為0,, =1,,74LS148處于禁止工作狀態(tài),禁止選手進行搶答,。同時,, 門G1處于關(guān)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。集成單穩(wěn)觸發(fā)器74LS121用于控制報警電路及發(fā)聲的時間,,其工作原理請讀者自行分析,。 四、實驗儀器設(shè)備1. 數(shù)字實驗箱。2. 集成電路74LS148 1片,,74LS279 1片,,74LS48 3片,74LS192 2片,,NE555 2片,,74LS00 1片,74LS121 1片,。3. 電阻 510Ω 2只,,1KΩ 9只,4.7kΩ l只,,5.1kΩ l只,,100kΩ l只,10kΩ 1只,, 15kΩ 1只,, 68kΩ l只。4. 電容 0.1uF 1只,,10uf 2只,,100uf 1只。5. 三極管 3DG12 1只,。6. 其它:發(fā)光二極管2只,,共陰極顯示器3只。 五,、實驗內(nèi)容及方法 1.組裝調(diào)試搶答器電路,。2.設(shè)計可預(yù)置時間的定時電路,并進行組裝和調(diào)試,。當(dāng)輸人1Hz的時鐘脈沖信號時,,要求電路能進行減計時,當(dāng)減計時到零時,,能輸出低電平有效的定時時間到信號,。 3.組裝調(diào)試報警電路。4.完成定時搶答器的聯(lián)調(diào),,注意各部分電路之間的時序配合關(guān)系,。然后檢查電路各部分的功能,使其滿足設(shè)計要求,。