崔本亮,張 雷

摘 要:設(shè)計一種實用的八位的競賽搶答器,為學(xué)習(xí)電子的人提供一種電路的分析和設(shè)計方法,采用了電路系統(tǒng)的分析方法對實用電子技術(shù)電路進行分析和設(shè)計,最終得出一種創(chuàng)新的應(yīng)用型電路。

關(guān)鍵詞:電子;電路分析;搶答器;555定時器

中圖分類號:TN710;TP368.1 文獻標識碼:B

文章編號:1004-373X(2009)20-198-02

Analysis and Design of Eight-bit SPC-QL Electronic Circuit

CUI Benliang,ZHANG Lei

(Physics and Electronic Engineering College,Nanyang Normal University,Nanyang,473061,China)

Abstract:A kind of pratical eight-bit contesting SPC-QL is designed,it provides analysis and design methods for the people who study electron.The pratical electronic circuit is designed by using the analysis of circuit system,an innovation of applied circuit is given.

Keywords:electronics;analysis of electric circuit;SPC-QL;555 timer

0 引 言

數(shù)字技術(shù)是當前發(fā)展最快的學(xué)科之一,數(shù)字邏輯器件已從20世紀60年代的小規(guī)模集成電路(SSI)發(fā)展到目前的中、大規(guī)模集成電路(MSI,LSI)及超大規(guī)模集成電(VLSI)。相應(yīng)地,數(shù)字邏輯電路的設(shè)計方法在不斷的演變和發(fā)展,由原來單一的硬件邏輯設(shè)計發(fā)展成三個分支,即硬件邏輯設(shè)計(中、小規(guī)模集成器件)、軟件邏輯設(shè)計(軟件組裝的LSI和VSI,如微處理器、單片機等)及兼有二者優(yōu)點的專用集成電路(ASIC)設(shè)計。

目前數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于計算機、自動控制、電子測量儀表、電視、雷達、通信等各個領(lǐng)域。例如在現(xiàn)代測量技術(shù)中,數(shù)字測量儀表不僅比模擬測量儀表精度高,功能高,而且容易實現(xiàn)測量的自動化和智能化。隨著集成技術(shù)的發(fā)展,尤其是中,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展,數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用范圍將會更廣泛地滲透到國民經(jīng)濟的各個部門,并將產(chǎn)生越來越深刻的影響。

搶答器主要用于選手做搶答題時,選手進行搶答,搶到題的選手來回答問題。搶答器不僅考驗選手的反應(yīng)速度同時也要求選手具備足夠的知識面和一定的勇氣。選手們都站在同一個起跑線上,體現(xiàn)了公平公正的原則。

1 原理分析

(1) 搶答器同時供八名選手或八個代表隊比賽,分別用八個按鈕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 s)。當主持人啟動“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 s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,該次搶答無效,系統(tǒng)報警并禁止搶答,定時顯示器上顯示00。

2 設(shè)計原理與參考電路

(1) 圖1為數(shù)字搶答器為總體方框圖。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),搶答器處于禁止狀態(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“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)。

圖1 原理圖

(2)參考電路如圖2所示。電路包括編碼器74LS148,以及S0~S7八位二進制BCD碼編碼開關(guān),4個74LS279的RS觸發(fā)器作存儲電路和74LS48譯碼器及顯示電路。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。工作過程為:開關(guān)S置于“清除”端時,RS觸發(fā)器的清零端均為0,4個觸發(fā)器輸出置0,使74LS148之處于工作狀態(tài)。當開關(guān)S置于“開始”時,搶答器處于等待工作狀態(tài),當有選手將鍵按下時(如按下S5),74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后,Q1=1,74LS48處于工作狀態(tài),Q4Q3Q2=101,經(jīng)譯碼顯示為“5”。此外,Q1=1,使74LS148 =1,處于禁止狀態(tài),封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時,74LS148由于仍為Q1=1,使 Q1=1,所以74LS148仍處于禁止狀態(tài),確保不會出兩次按鍵時輸入信號,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“清除”然后再進行下一輪搶答。

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。可預(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,具體電路如圖3所示(電路包括555定時器,兩塊74LS192存儲器,兩塊74LS48顯示譯碼器)。

圖2 電路圖

圖3 定時電路

(3) 報警電路。

由555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路(包括555定時器構(gòu)成的多偕振蕩器和三極管功率放大器及揚聲器組成)如圖4所示。其中555構(gòu)成多諧振蕩器,振蕩頻率f0=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(包括定時信號產(chǎn)生電路與門G1、與非門G2和一個74LS18)。時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵,它主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)上面的功能要求以及圖4所示電路,設(shè)計的時序控制電路如圖 5所示。圖5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5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3中的74LS279的輸出Q1=0,經(jīng)G2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的輸出為0,使 74LS148處于正常工作狀態(tài),從而實現(xiàn)功能①的要求。當選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時,Q1=1,經(jīng)G2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的輸出等于1,74LS148處于禁止工作狀態(tài),從而實現(xiàn)功能②的要求。當定時時間到時,則“定時到信號”為0,G2=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。

圖4 報警電路

圖5 時序電路

(5) 整機電路設(shè)計。

經(jīng)過以上各單元的設(shè)計,可以得到定時搶答器的整體電路。如圖6所示:

圖6 整體電路框圖

3 實驗調(diào)試

(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。當輸入1 Hz的時鐘脈沖信號時,要求電路能進行

減計時,當減計時到零時,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。

4 結(jié) 語

通過實驗和測試,搶答器達到了設(shè)計要求,且具有電路設(shè)計簡單經(jīng)濟,所有元件比較常見,很適合電子技術(shù)的設(shè)計實驗。對電子技術(shù)綜合知識的教學(xué)運用有一定幫助。

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