LED数码管电路设计书

1 码管电路设计书 1 设计任务与要求 计要求 选择适当的器件设计一个电路，使它能够实现八路定时抢答器。本次课设分基本设计和扩展设计两部分，基本设计为抢答器电路，扩展电路包括定时电路、报警电路、时序控制电路、整机电路。在完成基本设计任务的基础上，可对抢答器进行进一步的完善设计，时期抢答器的功能更具实用性。具体任务： (1) 八组参赛者在进行抢答时（用八个 码管）代表，当抢先者按下前面的按钮时，抢答器能准确地判断出抢答者，并以声、光为标志。 (2) 抢答器应具有互锁功能，某组抢答后能自动封 锁其他各组进行抢答。 (3) 抢答应具有一个总开关。 (4) 使抢答器具有限时（抢答时、回答问题时）功能，时间到时应发出声响，同时，时间数据要用数码管显示出来。 (5) 有选手抢答时时间停止，报警电路发出报警信号，以提示灯光为标志。 能要求 (1) 设 计一个智能竞赛抢答器，可同时供 8 名选手或 8 个代表队参赛，他们的标号分别是 0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是 (2) 给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭）和抢答的开始。 (3) 抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在 时扬声器给出音响提示。此为，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。 2 2 总体方案设计 下 图 1 所示为总体方框图 。 工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到 清零 状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定 时间；主持人将开关置 ;开始 状态，宣布 开始 抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作 清除 和 开始 状态开关。 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：优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；扬声器发出短暂响声，提醒节目主持人注意；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；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，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 图 1 整体电路原理框图 3 3 单元模块设计 答电路设计 抢答电路如下图 2所示， 抢答 电路选用优先编码器 74锁存器 74完成。该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显 示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。 图 2 抢答器电路 工作过程：开关 端时 （相当于“清除”端） ， R、 ， 4 个触发器输出置 0，使 74优先编码工作标志端（图中 5 号端 0，使之处于工作状态。当开关 开始 时，抢答器处于等待工作 4 状态，当有选手将抢答按键按下时（如按 下 74S 锁存后，T=1,中 4端 ) =1,七段显示电路 74于工作状态， 300,经译码显示为 “ 4” 。此外 ， 1，使 74先编码工作标志端（图中 5号端 1，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74此时由于仍为 1，使优先编码工作标志端 为 1，所以 74处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将 清除 ” 然后 才可能进行 。 答电路所用芯片分析 (1)74线 真值表如下： 表 1 74740I 7I 是输入信号， 2Y 0Y 为三位二进制编码输出信号， 1时，编码器禁止编码，当 0时，允许编码。 有在 0，而 0I 7I 均无编码输入信号时为 0。 优先编码输出端，在 0而 0I 7I 的其中之一有信号时， 0。 0I 7I 各输入端的优先顺序为： 7I 级别最高， 0I 级别最低。如果 7I 0（有信号），则其它输入端即使有输入信号，均不起作用，此时输出只按 7I 编码， 2Y 1Y 0Y 000。优先编码被广泛用于计算机控制系统中，当有多个外设申请中断时，优先编码器总是给优先级别高的设备先编 码。 (2)芯片 74个 中触发信号为低电平有效，其基本 输 入 输 出 0I 1I 2I 3I 4I 5I 6I 7I 2Y 1Y 0Y 1 X X X X X X X X 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 X X X X X X X 0 0 0 0 0 1 0 X X X X X X 0 1 0 0 1 0 1 0 X X X X X 0 1 1 0 1 0 0 1 0 X X X X 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 X X X 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 X X 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 X 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 5 形式如下图所示 ： 图 3 74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、 Q 为低电平。当 S 和 R 均为高电平时， Q 被锁在已建立的电平。当S 和 R 均为低电平时， Q 为稳定的高电平状态。对 S 的低电平表示只要有一个为低电平， S 的高电平表示 为高电平。 (3)74 图 4 7474真值表如下图 5所示 图 5 74 6 时 时间电路 设计 电路原理： 该部分主要由 555 定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器 74法计数电路、 74码电路和 2 个 7 段数码管即相关电路组成。具体电路如图 6 所示。两块 74现减法计数，通过译码电路 74时钟信号由时钟产生电路提供。 74192 的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管 ，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时， 输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。 图 6 定时 时间电路 图 7 工作原理为： 当开关闭合时 0”，此时电路置数 30，计数器出于保持状态，当开关打开，计数器开始工作，秒脉冲由 0开始倒计时， 开始减产生递减信号 7的 ，使其由 3变为 2，然后 开始减计数，当减到零时再次向高位产生借位信号，按照此种方法进行减计数。同时将时间显示在 共阴极七段数码显示管 上。 时时间电路所用芯片分析 （ 1） 74下表 2所示 表 2 输入 输出 L N 2 0 2 0 1 0 0 0 0 0 0 d c b a d c b a 0 1 1 加计数 0 1 1 减计数 工作原理：当 为高电平时电路清零 ,递增脉冲输入端 ,是置数控制端，其中 74有进位控制端 为低电平有效 ， 进位输入端， 借位输入端。当 时，计数器各个输 入端均被清零，计数器的递增计数脉冲 种输入方式称为双脉冲输入，当计数器作为加法器使用时，计数脉冲就从 时 计数器作减计数时，从 时 数端 0”时，可将数据并行存入。 1”时，计数器变处于加计数，减计数或者保持状态。 冲发生电路 脉冲发生电路主要由 路图如图 7所示 工作原理为： 接通电源后，假定是高电平，则 容 电回路是 地，按指 数规律上升，当上升到时（ 电平大于），输出翻转为低电平。是低电平， 电回路为 C T 地， 8 按指数规律下降，当下降到时（ 电平小于），输出翻转为高电平，放电管容再次充电，如此周而复始，产生振荡 。 因为周期为 1秒，所以频率是 1赫兹。图 7中电容 12) 11+2， 11 以 555的 3端输出的频率为： f=1/( (2 我们采用的电阻和电容值分别是 : 8 0 0足上式，即得到的是秒脉冲，该电路中，电容 高电压稳定性。 图 7 脉冲发生电路图 55 定时器 555 定时器的工作原理图 如图 8 所示 。 555 定时器由比较器、分压电路、 压电路由三个 5电阻构成，分别给 供参考电平 2/3 l/3 输出端控制 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， 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 ;正 9 常工作时 4 接为高电平。 5 脚为控制端，平时输入 2/3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 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 8 555定时器 的内部结构 555的功能表如下表 3所示 表 3 555定时器 的功能表 清零端 高触发端 触发端 Q 放电管 T 功能 0 X X 0 导通 直接清零 1 0 1 X 保 持上一状态 保 持上一状态 1 1 0 1 截止 置 1 1 0 0 1 截止 置 1 1 1 1 0 导通 清零 10 体电路图 整体电路图如下图 9 所示 图 9 整体电路图 d 11 4 仿真部分 仿真结果如下图，当把 到如下图 10所示图形 图 10 仿真波形 由此可以看出此电路实现了其正常功能：计时和显示选手的编号。 12 在 闭合 答部分显示仍为 4，如图 11所示 图 11 仿真结果 2 由结果可以看出此电路可以阻止其他选手答题。 具体仿真结果可参见负责仿真部分同学的报告 13 5 电路板的焊接部分 焊接过程参见负责焊接部分同学的报告（焊接遵循的原则及注意事项）。 焊接后的实物图如图 12所示 图 12 实物图 14 6 电路板的调试 电路板的调试部分也是由另一同学完成， 性能指标测量与误差分析 的结果记录与他的报告上。 调试结果如下图 13所示 图 13 调试结果图 15 7 心得体会 上次的模电课设我负责的是仿真部分，在应用 两个软件有了一定的掌握，所以这次课设中我选择设计原理部分的设计。 我这次负责设计一个多路数字定时抢答器，需要实现许多要求。我通过百度以及查阅相关知识，知道了许多芯片的功能。比如 74八线 74 4存器， 74四线 74 十进制可逆计数器 。为了设计电路图，我弄懂了它们 的功能及管脚，以便连线。在实际画图过程中，由于电路比较复杂，易弄错，所以画图时要特别仔细小心，一定不能连错，否则会影响整个电路。连错了也要及时排查，对比，测