数码显示抢答器的设计.doc

数码显示抢答器的设计【摘要】【关键字】 抢答器 数码显示 抢答电路 定时电路二十一世纪已经进入了信息社会的崭新时代，信息社会的基础是电子技术，它是一门实践性很强的技术学科。随着电子技术的发展它已深入到生活的各个领域，抢答器也不例外。抢答器已经被普遍使用，而且各个方面的技术已经很成熟。随着数码管的问世，科技的迅猛发展，将数码显示应用到抢答器已经是发展的必然，也是对抢答器功能的一种完善和补充。此次设计以智力和知识竞赛为背景，设计一个有能够优先显示抢答者组号并发出响声提醒，同时封锁其他组的抢答功能的抢答器。此次设计我们通过调查研究可以通过单片机或利用数模电知识的电子技术来完成。单片机虽然具有智能化、可编程等优点但又考虑到单片机造价高，编程难等问题，我们决定用分立元器件来完成。我们利用分块完成，综合连接的方法分别对抢答部分，控制部分，音响部分，直流稳压电源部分进行设计。通过调试，每块功能都没问题后，最后连接组装，综合调试，最终整个设计可以实现主持人复位清零，第一抢答信号的鉴别和锁存，显示抢答者组号，发出蜂鸣声等功能，满足设计要求。【Abstract】【Key Words】： rushes to reply implement digital display rushes to reply the circuit timing circuitThe twenty-first century has already entered brand-new information society times，The information society is based on electronic technology，It is very strong one practicality technology subjects.It already goes deep into each fields arriving at life with the development of electron technology , rush to reply an implement neither exception. Rush to reply an implement the technology by be put into use commonly, and each aspect is already already very mature.With the fact that the numerical code coming out , science and technology swiftness and violence develop,one kind applying digital display to the necessity rushing to reply the implement already is to develop , being also to rushing to reply the implement is functional improves and perfects and supplements. Background designing that the contest is with intelligence and knowledge this time, the preferential display designing that one has being able to rushes to reply the person group number and effluence noise warn of , blockade at the same time rushing forming other to reply functional rushing replies an implement. Come to be completed the technology this time, designing that we can pass the monolithic machine by investigation and study or making use of digital-analog electricity knowledge electron. The monolithic machine thinks that cost of construction is high to monolithic machine although having merit such as intellectualized , weave Cheng , the programming is difficult to wait for problem , our to decide to be completed with standing separately coming the component. We make use of partiitoning to be completed , connected synthetical method designs that respectively to rushing to reply the part , control section , audio part , direct-current stabilivolt power source part are in progress. By testing , linking finally after every piece function has no problem, assembling , synthetical debugging,entire ultimate design can realize anchorperson replacement zero clearing , the first grab the be distinguished and lock exist replying a signal , display is grabbed replying the person group number , issue the buzz sound waiting for a function , satisfy design demand.1 方案选择我们可以利用单片机设计或利用数模电知识自行设计，通过分析可知，应用计算机，单片机组成抢答器.由于计算机，单片机具有智能化，组成的抢答器具有智能化，性能好，以及可编程控制等优点。但是成本过高，不太实用，用于我们的毕业设计显得有点力不从心，不宜采用。自行设计制作的抢答器针对性强，并且还可以兼顾实用性,可靠性以及经济成本的合理性，适当的时候还可以发挥个人的设计思路，在设计中改进，在改进中设计，针对我们毕业设计课题，采用自行设计的方法还可以检查我们所学知识的掌握能力，锻炼我们的动手能力。因此，我们采用方案二-自行设计方案来完成这次的毕业课题设计任务。2 设计思路框图根据设计任务要求我们可以得到以下设计原理框图：抢答按钮编码电路锁存电路显示电路译码电路复位按钮控制电路音响电路图2-1设计原理框图由以上原理框图可以看出大致原理，主持人按下复位按钮后，控制电路对编码电路、锁存电路控制使抢答器允许输入，使之处于等待状态。当有人抢答时，信号通过按钮送到编码电路，编码电路通过编码把结果送入琐存电路琐存，琐存电路把结果又传给译码电路，译码电路把送来的信号译码驱动显示电路，显示出抢答者的组号，同时音响电路驱动发声器发声。在优先抢答者按钮的同时控制电路通过对编码电路和锁存电路的使能控制使别的抢答者再按钮时失去作用。实现第一抢答信号的鉴别和锁存功能。3 设计过程3.1 抢答部分设计：抢答按钮是抢答器的输入部分，根据电子技术要求，此处的设计可以是高电平输入也可以是低电平输入，又依据编码芯片的真值表选用低电平输入。 图3-2中所示的按钮开关采用按钮开关DS211（无锁），产品规格：250VC1A/2P；尺寸：16X31.5；它通过CQC.CE安全认证，造型美观，安装方便，性能可靠。我们采用74LS148编码器，74LS279锁存器，CD4511显示译码器及共阴级数码管分别来实现原理框图中所示的各电路，综合构成抢答部分电路图，如图3-1所示：图3-1 控制及抢答部分电路图3.2 音响电路设计：音响电路部分的设计，我们根据要求，在选手抢答器后要响声2-3秒，因此我们主要采用了555定时器及蜂鸣器来实现。其工作原理如下图所示：图3-2音响电路图由上图可知，由555时基电路和R、C等组成一个典型的单稳态模式的定时电路，由上述介绍可知，当触发端2脚有低电平输入时计时开始，同时555电路被置位，输出端3脚呈高电平，扬声器被接通，发出响声。同时7脚呈开路状态，则C1通过R1开始充电，当6脚电压超过阈值电平2Vcc/3时，555电路复位，3脚呈低电平，则计时结束，扬声器停止蜂鸣。整个过程延时时间为td=1.1R1C1，通过计算，我们这里选R1=20K，C1=100F，可以实现2-3秒的延时。C1应选漏电小、耐压高的电容，以保证定时精度。在设计时，为了满足音响电路与抢答电路的连接，在2脚前加一个反响器CD4069，以实现74LS148的YS脚与2脚电平的匹配，实现音响功能。3.3 稳压电源部分设计：在此次设计中都用的是+5伏的直流电压，由模电知识我们可以利用桥式整流，电容滤波，及三端集成稳压器构成。所以我们可以得到如图3-3所示电路图。桥式整流后得到的直流输入电压U1接在输入端和公共端之间，在输出端即可得到稳定的输出电压U0。为了改善纹波电压，常在输入端接入电容Ci，一般Ci的容量为0.33F。同时在输出端接上电容Co，以改善负载的瞬态响应，Co的容量一般为0.1F。两个电容应直接接在集成稳压器的引脚处。图3-3直流稳压电源4 工作原理说明由以上对抢答器的各部分设计，我们可以得到下图所示电路图，如图5-1所示：该电路完成三个功能：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；二是禁止其他选手按键操作无效；三是在抢答后由2-3秒的蜂鸣声。工作过程：当主持人按下按钮开关S时，RS基本触发器的4Q、3Q、2Q、1Q端均为0，4个触发器输出置0，使CD4511的端为0，使之处于工作状态。而74LS148一直处于工作状态，这时显示器显示0；当按钮开关S松开时，其状态保持不变，各芯片都能正常工作，抢答器处于等待工作状态。此时74LS148的=1，=0。当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出 Y2Y1Y0为010，传给触发器，经锁存后，4Q3Q2Q=101,经译码显示为5。此时=0，=1，同时74LS279的1Q=1，使CD4511的端为，处于禁止状态，封锁其他按键的输入信号，锁存显示5。当按键松开时，保持前一状态即74LS279的1Q1，仍使使CD4511的端为1，虽然74LS148处于工作状态，但显示的组号不会变化，保证了抢答者的优先性。松开按键后又恢复为1，恢复为0，在抢答过程中，端经历了由低电平到高电平，再到低电平的过程而555定时器的2脚因为是通过反相器接的，所以555的2脚则是由高电平到低电平，再到高电平的变化，这个过程正是启动555工作的启动脉冲，产生2-3秒的蜂鸣声。上述过程是按钮S5按下时的各芯片工作过程，其它按钮按下同理，如有再次抢答需由主持人将S开关重新清零，然后再进行下一轮抢答。如表5-1所示，按下S5和S2的两种情况，按下其他按钮时道理一样。表4-1 S5，S2按下时各芯片状态按钮按下（S5、S2）74LS148的输出（74LS279的输入）74LS279的输出（CD4511的输入）CD4511的输出显示器显示I5=0Y2Y1Y0（4S3S2S）=0104Q3Q2Q（A2A1A0）=101abcdefg=10110115I2=0Y2Y1Y0（4S3S2S）=1014Q3Q2Q（A2A1A0）=010abcdefg=11011012在主持人按下复位键以前，如果有人按键则会启动音响电路，发出2-3秒的蜂鸣声，起到报警的作用。图4-1电路原理图参考文献1 余孟尝.数字电子技术基础简明教程(第3版)M.北京高等教育出版社，19852 张洪润.唐昌建.马平安.电子线路及应用M.北京.科学出版社，20033 康华光.电子技术基础：数字部分(第4版)M.北京.高等教育出版社，20004 阎石.数字电子技术基础（第4版）M. 北京.高等教育出版社，19985 蔡惟铮.集成电子技术M.北京：高等教育出版社，20046 李世雄，丁康源.数字集成电子技术教程M.北京：高等教育出版社，19937 王慧玲.电子技术实验M.北京：机械工业出版社，20048 张咏梅.陈凌宵.电子测量与电子电路实验M.北京：北京邮电大学出版社，20009 童诗白.模拟电子技术(第二版) M.北京