模拟电路(红外遥控抢答器).doc

2010年安康学院电子设计竞赛无线遥控数显抢答器 设计者： 指导教师： 2010年11月21日设计题目：无线遥控数显抢答器目录目录1摘 要：1关键词：1一、 设计目的2二、 设计思路2三、 设计过程23.1 设计方案21) 主持人发射器22) 抢答发射器33) 脉冲产生电路44) 控制信号接收电路45) 定时器56) 可调分钟倒计时器67) 数显接收电路73.2主要芯片介绍8四、 整机电路10五、 系统调试与结果111秒脉冲电路调试112抢答电路调试113定时器调试11六、 主要仪器与设备11七、 设计体会11参考文献13摘 要：随着现代科学技术的迅猛发展和经济全球化的加强，电子抢答器成为了不可逆转的发展趋势。抢答器很广泛的用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。本文介绍了一种74系列常用集成电路设计的无线式数字抢答器，该抢答器是由数显接收电路、可调分钟倒计时器、定时器、脉冲产生电路、抢答发射器、主持人发射器等组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛选手的输入信号在显示器上输出。通过定时电路和译码电路将脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能。以上几部分组成整体电路，从而构成无线式数显抢答器。关键词：抢答器 无线遥控 数显 倒计时Abstract：With the development of modern science and technology and economic globalization, strengthening the implementation of e-Responder become irreversible trend of development. Answer a wide range of devices for television stations, business and schools, for the contest added a provocative, entertaining, to some extent, the rich peoples spare time. This paper introduces a kind of 74 series common integrated circuit design of wireless digital device, this type of responder responder regulator is by figure-showing receiving circuit, adjustable minutes counter-down, timer, pulse circuits, vies transmitters, host transmitters etc. Through the timing circuit and decoder circuit will pulse signal on the display output of timer function. Above the main circuit composed of several parts, which pose a number of answer devices.Key words：Answer Wireless-type Digital display Countdown一、 设计目的 工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛，抢答器是必要的设备。电子抢答器是采用早期的模拟电路、数字电路或模数混合电路实现的。这种传统仪器设备，主要包括抢答器、抢答按钮、组别显示屏、计时显示屏等设备。其一般具有抢答、试题计时、各组各选手编号显示等功能。功能实现比较单一，而且使用电子抢答器进行抢答的违例判断，还是要靠主持人进行操作，有很大的人为因素。 本文介绍的无线遥控数显抢答器可以很好的避免以上这些问题，主要是靠遥控器来控制，主持人可以站到不同方位对其进行操控，抢答过程无人为操作，可避免人为因素，而且可避免违例情况出现，具有结构简单、功能强大、可靠性好、实用性强等特点。二、 设计思路1、设计主题遥控数显抢答器电路：即抢答器。2、设计支路：参赛者遥控发射器电路、主持人遥控发射器电路、30s倒计时器电路、可调倒计时器电路、数显抢答电路。三、 设计过程3.1 设计方案抢答器总体方框图如图1所示：抢答器30S倒计时主持人遥控器可调分钟倒计时器倒计时接收器参赛者遥控器图1 无线遥控数显抢答器设计方框图其工作原理为：当抢答比赛开始时，主持人按下“开始/清零”键，接通电源，抢答器开始工作，30s倒计时器倒计时，如选手在规定的时间内抢答，30s倒计时器停止倒计时，则抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、可调分钟倒计时器倒计时、蜂鸣器发出声音报警宣告抢答对号成功等一系列动作，当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答。如在规定的时间内仍无人抢答，则计时器不会停止工作，直至时间结束时发光二极管LED亮则抢答结束，如果再次抢答必须由主持人再次执行上述操作。1) 主持人发射器图2是主持人发射器原理图，它的结构和抢答发射器大致相同，但它的地址端A6、A7接低电平，数据端D0D3全接高电平。它的地址编码与接收电路收到抢答信号后的地址编码是一致的，所以，接收电路在显示状态下，能够，也只能够收到主持人发射器发来的编码信号，这个信号使PT2272的数据端D0D3全为1，使数码管的七段显示处于熄灭状态，同时地址端A6、A7重新变为高电平。接收电路又进入抢答准备状态。图2 主持人发射器原理图RXVCCGND2) 抢答发射器图3是抢答发射器原理图，由无线发射模块FS和编码IC PT2262等元件组成。电路中，SO为4位编码开关，与PT2262的数据端DOD3连接，当其置ON位时，将编码电路的数据端接高电位，不同的发射器，开关的位置状态都不同由此决定发射机的分组号码。同时，这里把编码电路PT2262的地址端A7、A8接高电平，其余悬空处理。按下发射器的按钮开关后，发射器发射模块和编码电路接通电源，向外发射编码信号。图3 抢答发射器原理图RXVCCGND3) 脉冲产生电路 脉冲产生电路采用555定时器来实现。555定时器是一种多用途集成电路，应用相当广泛，通常只需外接几个阻容元件就可以很方便的构成施密特触发器和多谐振荡器。利用555定时器构成多谐振荡器的方法是把它的阈值输入端TH和触发输入端相连并对地接接电容C，对电源VDD接电阻R1和R2接DIS端就可以了。由555定时器构成的秒脉冲产生电路如图4所示。图4 脉冲产生电路秒脉冲4) 控制信号接收电路VCC AXD RXD GND图8 数显接收电路原理图“开始/清零”控制端图5是控制信号接收原理图，由无线接收模块JS和解码IC PT2272-L4等元件组成。电路中，解码IC PT2272的地址码与主持人发射器的地址码一致，地址端A6、A7、GND为低电平，其余端悬空，只要主持人按下“开始/清零”键，IC PT2272-L4接收到发出来的编码信号后U6输出相应的高电平或低电平并保持， 由此可实现对74LS92的的复位或开始。5) 定时器定时器的功能是完成30秒倒计时并显示第一个抢答者按下按钮的时刻，计数器由两片74HC192级联构成，计数器的输出送译码显示电路。具体连接电路见图6。由图可图6 定时器(30S倒计时器)原理图数控输入端数显控制端知，个位计数器D3D2D1D0=0000，十位计数器D3D2D1D0=0011，减计数脉冲CP由个位的CPD端输入，个位计数器的借位输出端和十位计数器的CPD相连，两片74HC192的端相连并通过由PT2272解码器的发射端控制，两片74HC192的端相连并接地，构成30进制的减法计数器。当输入为低电平时计数器置30秒，当输入为低电平时，则可进行抢答。6) 可调分钟倒计时器倒计时器的功能是使抢答者在规定的时间内完成所要抢答的题目，它是由三片74LS192级联构成的，计数器的输出送译码显示电路，具体连接电路如下图所示。这个计数器的低位即个位，不需要搭接任何反馈电路而直接运用74LS192芯片的减计数功能；时钟脉冲接到DOWN端，置数清零端无效，即可以实现十进制的倒计时计数功能，而最低位的计数变化应当与时钟脉冲的变化同步。所以将时钟脉冲直接引到这片192计数器的减计数时钟脉冲输入端DOWN，该计数器的高位即十位。它与低位的计数进制不相同，由于时间的分和秒都是60进制，所以这里的计数芯片74LS192必须接成六进制的计数器，用反馈置数的方法来实现这个功能。当74LS192芯片的输出端输出9时，即仅QD和QA输出为高电平时，从QD这个引脚引出的高电平信号与接地端通过或非门作用形成低电平反馈信号，送入74LS192芯片的置数端LOAD使之实现置数功能。而置数时，输出等于输入，所以设置的数是5（二进制0101），这样，当计数器从0变到9时，由于进行了异步置数，9在瞬间变成了5，计数输出地结果就变为0-5-4-3-2-1-0，实现了六进制的功能。图7 可调分钟倒计时器电路图VCCRXDRXDGND输入控制端计数器通过低位的借位脉冲传输给高位充当时钟脉冲来实现六十进制的功能的。这个借位信号的给出原理是这样的：在低位计数器进行正常计数而且输出不为零时，借位输出端输出的是高电平。当计数器输出为零时，借位输出端就变为低电平。当计数器输出从0变到9时，借位输出端又从低电平变为高电平，这样，就在低位计数器从0变到9的瞬间，在它的借位输出端出现一个电平的上升脉冲沿，从而使高位的计数器倒计一个数。这样，低位每计十个数，高位就减一个数，由此这一部分电路就实现了低位计数器每计完一个数就会向高位借一位，高位计数器的借位信号以此类推，每计完六个数，就向更高一位借一，实现“借一当六”的六进制减法逻辑，这两个计数器结合起来，就实现了六十进制的计数功能了。低位计数器的借位输出端和十位计数器的CPD端相连，减计数器脉冲CP由个位的CPD端输入的，三片74LS92的端相连并接到遥控接收器发射端，三片74LS92的通过三个或门和或非门与发光二极管LED相连，当三片74LS92的全输出低电平时，发光二极管LED亮提示答题时间到，由此构成了答题时间限定的分钟的倒计时器。7) 数显接收电路图8是数显接收电路的原理图，由无线接收模块JS和解码IC PT2272-M4、BCD译码驱动电路CD4511、LED数码管、音乐IC等组成。电路中，是一只有锁存功能的7段BCD译码驱动电路，可直接驱动数码发光二极管发光显示。A、B、C、D是它的BCD编码输入端，当4个输出端都为低电平0000时，显示为0，当输出为0001时，显示为1，由于它们直接与解码电路PT2272的D0D3连接，就可通过对抢答发射器的数据端进行BCD编码，接收电路解码后就会从D0D3端输出对应的BCD码，由译CD4511码驱动LED数码管，实现09十个组别的号码显示，当BCD码超过1001后，CD4511七段显示熄灭。图8 数显接收电路原理图VCC AXD RXD GND优先抢答控制端计时器控制端1AO0 电路中将解码IC PT2272的地址编码端A6、A7通过4只二极管D1、D2、D3、D4分别与数据段的D0D3连接，这样，当D0D3输出为高电平时，解码IC PT2272的地址码与抢答器发射的地址码一致，地址端A7、A8为高电平，其余端悬空只要有抢答发射器按钮按下，数显接收电路就可接收到发出来的编码信号， 由于发射机数据编码是本组的组号编码，四个输出端总有一个为低电位，接收电路的解码器在接收信号后会输出相同的BCD编码，这使得连接D0D3输出端的4个二极管至少有一个会导通，使PT2272的A7、A8脚由原来的高电平变为低电平，从而改变了接收电路的地址码。所以，后按下按钮的抢答发射器,因地址码改变已无法被接收电路接收显示，实现了电路的抢答功能。3.2主要芯片介绍l PT2262/2272： 编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100的调幅。PT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。M表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。后缀的6和4表示有几路并行的控制通道，当采用4路并行数据时（PT2272-M4），对应的地址编码应该是8位，如果采用6路的并行数据时(PT2272-M6)，对应的地址编码应该是6位。PT2262/2272特点：CMOS工艺制造，低功耗，外部元器件少，RC振荡电阻，工作电压范围宽：2.615V ，数据最多可达6位，地址码最多可达531441种。l PT2262/2272的逻辑引脚说明如表1、表2：表1 PT2262引脚说明名称 管脚说 明 A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),D0-D57-8、10-13数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉 Vcc18电源正端（）Vss9电源负端（）TE14编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端； Dout17编码输出端（正常时为低电平）表2 PT2272引脚说明名称 管脚说 明 A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),必须与2262一致,否则不解码 D0-D57-8、10-13地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换 Vcc18电源正端（）Vss9电源负端（）DIN14数据信号输入端，来自接收模块输出端OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端； VT17解码有效确认 输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）l 74LS192：192的清除端是异步的。当清除端（MR）为高电平时，不管时钟端（CPD、CPU）状态如何，即可完成清除功能。192的预置是异步的。当置入控制端为低电平时，不管时钟CP的状态如何，输出端（Q0Q3）即可预置成与数据输入端（P0P3）相一致的状态。192的计数是同步的，靠CPD、CPU同时加在4个触发器上而实现。在CPD、CPU上升沿作用下Q0Q3同时变化，从而消除了异步计数中出现的计数尖峰。当进行加计数或减计数时可分别利用CPD或CPU，此时另一个时钟应为高电平。l 74LS192芯片引脚说明如下表3及图3：表3 74LS192引脚说明错位输出端（低电平有效）进位输出端（低电平有效）CPD减计数时钟输入端（上升沿有效）CPU加计数时钟输入端（上升沿有效）MR异步清除端P0P3并行数据输入端PL异步并行置入控制端（低电平有效）Q0Q3输出端图9 74LS192引脚图四、 整机电路将上述几部分按信号逻辑关系连接起来即构成整机电路，具体电路见图10。图中与非门和或非门等逻辑门是保证信号之间的相互关系能满足电路的逻辑要求。图10 整机电路原理图GND RXD RXD VCC RXRXVCCGNDVCC RX RX GND抢答器的工作情况如下：当主持人按遥控器的“清零”开关，计数器置30，显示器显示30秒，如果主持人按遥控器的“清零”开关，计数器进行倒计时，和中至少有一个输出高电平，G3输出高电平，发光二极管LED1不发光，而这时A6、A7输入端为高电平，遥控解码器PT2272-M4处于工作状态。当参赛者中任意一个人按下遥控开关时，D0D3四个输出端总有一个为低电位，这使得连接D0D3输出端的4个二极管至少有一个会导通，使PT2272的A6、A7脚由原来的高电平变为低电平，从而改变了接收电路的地址码，后按下按钮的抢答发射器的将无法被接收电路接收显示，VT端将输出高电平, 用这个高电平来触发音乐电路工作, 用音乐声来表示对码成功。另外，将D0D3四个输出端通过与门G4输出高电平接555脉冲发生器，使其停止，计数器停止计数。同时，可调倒计时器的端由G4输入高电平开始倒计时，当答题时间到则G6输出高电平使发光二极管LED1发光。如在30秒倒计时期间无人抢答，则当计数器计到00时，和同时输出低电平0，G3输出低电平，发光二极管LED1发光。五、 系统调试与结果1秒脉冲电路调试 接通电源VDD以后用示波器观察OUT端输出波形，其振荡周期T=1秒。2抢答电路调试（由于PT2262/2272编码/译码器芯片无法找到，所以该部分电路暂时无法进行调试）3定时器调试 接通电源VDD以后，使两片74LS192置数30，显示器显示30，在CPD端输入1秒的秒脉冲信号，计数器应开始倒计时。将上述各部分电路连接成整机电路在进行整机调试（由于Multisim10软件部分芯片无法找到，整机调试暂时无法实现）。六、 主要仪器与设备数字电路实验箱 或 EDA 软件Multisim10软件PT2262/2272编码/译码器芯片，或非门 ，与门，与非门，4511BD，电压表一个。5104只,47k4只，1k3只， 100kl只，10k9只，1.2M2只，100nF1只