八路定时电路的论文1.docx
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八路定时电路的论文1.docx
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八路定时电路的论文1
一设计目的:
1.结合所学的数字电路的理论知识来完成数字电路课程设计。
2.在数字电路的课程设计中,熟悉数字电路的逻辑设计过程以及集成555的使用。
3.学会利用一些没学过的IC来设计电路。
二设计任务与要求:
1.设计一个八路定时抢答器,可以同时供8命选手参加比赛,分别用8个按钮S0~S7来表示。
2.有一个主持人控制电路,由主持人来控制抢答器的运行。
3.抢答器具有锁存、定时、显示和报警功能。
即当抢答开始后,选手抢答按动按钮,锁存器锁存相应的选手编码,同时用LED数码管把选手的编码显示出来,并且开始抢答时间的倒计时,同时用LED数码管把选手的所剩抢答时间显示出来。
4.设计小组完成数字课程设计的逻辑设计、电路设计、PCB板设计、电路组装和行调试以及设计报告。
三电路原理:
1.其工作原理为:
接通电源后,主持人的开关处于“清楚”位置时,抢答器处于禁止状态,选手编号的LED数字显示器灯不亮,抢答定时时间LED数字显示器显示设定时间。
当主持人把开关拨到“开始”位置后,抢答器进入工作状态,选手们进行抢答。
当其中一个选手按下抢答按钮后,其他选手再按按钮无效,选手编号的LED数字显示器显示出抢答成功的选手的编号,与此同时定时时间开始倒计时,抢答定时时间LED数字显示器显示出该选手所剩下的回答问题的时间。
当抢答定时时间到了,优先编码电路停止工作,选手门不能继续抢答。
抢答定时时间LED数字显示器显示时间为“0”。
原理及设计:
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40ls192减法计数电路、4511译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。
具体电路如图所示。
两块40ls192实现减法计数,通过译码电路4511显示到数码管上,其时钟信号由时钟产生电路提供。
40ls192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DPY_7-SEG上,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,这以后选手抢答无效。
(1)抢答器电路
电路选用优先编码器4532和锁存器4013来完成。
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。
工作过程:
开关S置于"清除"端时,RS触发器的R、S端均为0,4个触发器输出置0,使4532的优先编码工作标志端=0,使之处于工作状态。
当开关S置于"开始"时,抢答器处于等待工作状态,当有选手将抢答按键按下时(如按下S5),74LS148的输出经RS锁存后,CTR=1,RBO=1,七段显示电路74LS48处于工作状态,4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。
此外,CTR=1,使4532优先编码工作标志端=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,4532的此时由于仍为CTR=1,使优先编码工作标志端=1,所以4532仍处于禁止状态,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S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。
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。
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。
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"状态开关设计任务及系统功能简介
1.基本功能:
(1)抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛,分别用8个按钮S0~S7表示。
(2)设置一个系统清除和抢答控制开关S,该开关由主持人控制。
(3)抢答器具有锁存与显示功能。
即选手按动按钮,锁存相应的编号,在DPY_7-SEG七段数码管上显示选手号码。
选手抢答实行优先锁存,优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
2.扩展功能:
(1)抢答器具有定时抢答功能,且一次抢答的时间由主持人设定(如30秒)。
当主持人启动"开始"键后,定时器进行减计时。
(2)参赛选手在设定的时间内进行抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢答的时间,并保持到主持人将系统清除为止。
在这段(30秒)如果定时时间已到,无人抢答,本次抢答无效,系统报警并禁止抢答,定时显示器上显示00。
三、方案论证与比较:
与普通抢答器相比,本作品有以下几方面优势:
1、具有清零装置和抢答控制,可由主持人操纵避免有人在主持人说“开始”前提前抢答违反规则。
2、具有定时功能,在30秒内无人抢答表示所有参赛选手获参赛队对本题弃权。
3、30秒时仍无人抢答其报警电路工作表示抢答时间耗尽并禁止抢答。
四、总体设计思路:
任务与要求:
1.抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛,分别用8个按钮S0~S7表示。
2.设置一个系统清除和抢答控制开关S,该开关由主持人控制。
3.抢答器具有锁存与显示功能。
即选手按动按钮,锁存相应的编号,并在LED数码管上显示。
选手抢答实行优先锁存,优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
4.抢答器具有定时抢答功能,且一次抢答的时间由主持人设定(如30秒)。
当主持人启动"开始"键后,定时器进行减计时。
5.参赛选手在设定的时间内进行抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢答的时间,并保持到主持人将系统清除为止。
6.如果定时时间已到,无人抢答,本次抢答无效,系统报警并禁止抢答,定时显示器上显示00.
五各单元部分电路设计如下:
(1)抢答器电路
该电路完成两个功能:
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;二是禁止其他选手按键操作无效。
工作过程:
开关S置于"清除"端时,RS触发器的端均为0,4个触发器输出置0,使4532的=0,使之处于工作状态。
当开关S置于"开始"时,抢答器处于等待工作状态,当有选手将键按下时(如按下S5),4532的输出经RS锁存后,1Q=1,=1,4532处于工作状态,4Q3Q2Q=101,经译码显示为"5"。
此外,1Q=1,使45ls32=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,4532的此时由于仍为1Q=1,使=1,所以4532仍处于禁止状态,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S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。
4532为8线-3线优先编码器.
CD4532,其引脚图如图
(1)所示:
图
(1)CD4532引脚图
其中:
D0~D7为数据输入端,EI为控制端,Q0~Q2为输出端,VDD接电源VSS接地端,Gs、Eo为功能扩展端。
CD4532的真值表如图
(2)所示:
图
(2)CD4532真值表
在电路中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。
可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器40ls192进行设计.如下:
40192递减计数器
计数器选用中规模集成电路CD40l92进行设计较为简便,CD40l92是十进制可编程同步加/减计数器,它采用8421码二—十进制编码,并具有直接清零、置数、加/减计数功能。
图11-2是CD40l92的管脚排列图,图11-3是时序波形图。
图中CPU、CPD分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端(上升沿有效)。
是异步并行置数控制端(低电平有效),
、
分别是进位、借位输出端(低电平有效),R是异步清除端(清零),D4~D1是并行数据输入端,Q4~Q1是输出端。
CD40l92的功能表见表11-1所示。
CD40l92的工作原理是:
当
=l,R=0时,若时钟脉冲加入到CPU端,且CPD=1,则计数器在预置数的基础上完成加计数跳变脉冲;当加计数到9时,
端发出进位下跳变脉冲。
若时钟脉冲加入到CPD端,且CPU=1,则计数器在预置数的基础上完成减计数功能,当减计数到0时,
端发出借位下跳变脉冲。
由CD40l92构成的三十进制递减计数器如图11-4所示,其预置数为N=(00110000)8421BCD=(30)l0。
它的计数原理是:
只有当低位
1端发出借位脉冲时,高位计数器才作减计数。
当高、低位计数器处于全零,且CPD为0时,置数端
2=0,计数器完成并行置数,在CPD端的输入时钟脉冲作用下,计数器再次进入下一循环减计数。
表11-1CD40l92的功能表
CPU
CPD
R
操作
×
×
0
0
置数
↑
1
1
0
加计数
1
↑
1
0
减计数
×
×
×
1
清零
表11-2CD40l92的功能测试
计数脉冲
R
CPU
CPD
Q4
Q3
Q2
Q1
1
0
×
×
0
2
0
↑
1
1
3
0
↑
1
1
4
0
↑
1
1
5
0
×
×
0
6
0
1
↑
1
7
0
1
↑
1
8
0
1
↑
1
9
0
1
↑
1
10
1
×
×
×
2)时序控制电路
时序控制电路是抢答器设计的关键,它要完成以下三项功能:
①主持人将控制开关拨到"开始"位置时,抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。
②当参赛选手按动抢答键,抢答电路和定时电路停止工作。
③当设定的抢答时间到,无人抢答时,这时抢答电路和定时电路停止工作。
根据上面的功能要求2,设计的时序控制电路。
门G1的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止,门G2的作用是控制4532的输人使能端。
工作原理是:
主持人控制开关从"清除"位置拨到"开始"位置时,来自于图11、2中的40ls192的输出1Q=0,经G3反相,A=1,则时钟信号CP能够加到40LS192的CPD时钟输入端,定时电路进行递减计时。
同时,在定时时间未到时,则"定时到信号"为1,门G2的输出=0,使74LS148处于正常工作状态,从而实现功能①的要求。
当选手在定时时间内按动抢答键时,1Q=1,经G3反相,A=0,封锁CP信号,定时器处于保持工作状态;同时,门G2的输出=1,4532处于禁止工作状态,从而实现功能②的要求。
当定时时间到时,则"定时到信号"为0,=1,4532处于禁止工作状态,禁止选手进行抢答。
同时,门G1处于关门状态,封锁CP信号,使定时电路保持00状态不变,从而实现功能③的要求。
六、系统的组装与调试及测试方法:
3块实验电路板分别做成数字抢答器电路、可预置时间的定时电路、时序控制电路,根据仿真电路及工程上的可操作性布置芯片、元件、导线等。
插上电源,用万用表测其元件所对应的值。
七、仪器:
1.集成电路45321片,40132片,45113片,40LS1922片,NE5551片,40112片。
2.电阻680Ω21个,2KΩ9个,10kΩ1个,1kΩ1个,68kΩl个。
3.电容0.1uF1只,10uf1只。
4.其它:
发光二极管1只,共阴极显示器3只。
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