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1、内 容 摘 要本十六路抢答器的设计电路由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。经过原理图到PCB布线、焊接、调试等工作后十六路抢答器成形。关键字：抢答电路 定时电路 报警电路 时序控制Summary T he figure vies for the answering device by the subject circuit and expands the circuit to make up . Ha
2、ve priority in code circuit , latch , decipher circuit and export the input signal of the entrant team on the display; Starting the warning circuit with the control circuit and hosts switch, two the above-mentioned parts make up the subject circuit. Through timing circuit and decipher second signal
3、function while outputs and realizes counting on the displaying that pulse produce circuit, form and expand the circuit. Through connect up , weld , debug figure vie for answering device take shape after the work.Key word： Vie for answering the circuitTiming circuit Warning circuit Time sequence cont
4、rolling目 录一、方案论证与比较4 1.1实施方案41.2论证与比较4二、系统设计42.1总体设计42.2设计原理与电路11三、软件设计163.1主程序流程图163.2蜂鸣器闹领中断服务子程序16四、系统测试与分析164.1测试仪器164.2基本要求部分的测试与分析164.3发挥部分的测试与分析19五、设计总结205.1基本要求205.2发挥部分21致谢22参考文献22 一、方案论证与比较1.1实施方案方案1本方案由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒
5、脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。可以实现电路的优先级别和自动记时和报警功能。方案2本方案由普通的编码和译码电路组成,可以实现多路抢答时.实现某一路的是最线优先级。采用高亮发光管实现指示功能.不具备数码显示功能。1.2论证与比较在了解了上面的两个方案的具体的实施方法和功能后,对上面的两个方案进行全面的分析,方案一有一下几点优势: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禁止抢答。方案2不具备方案1上面所
6、阐述的各种优势.而且采用的是比较原始的电路和实施方法,不能突出电子专业的特色.故采用方案1的实施方法。二、 系统设计2.1 总体设计思路：(一）设计任务与要求： 1.抢答器同时供16名选手或16个代表队比赛，分别用16个按钮S0 S15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，同时扬声器发出报警声响提示。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
7、，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。 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。（二）设计原理与电路1数字抢答器总体方框图如图1所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到清除状态，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?quot;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
8、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。 图1数字抢答器框图2单元电路设计(1) 抢答器电路抢答器电路如图所示。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，个触发器输出置，使74LS148的 ，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），74LS148的输出 经RS锁存后，1Q=1, =1,74LS48处于工作状态，QQ
9、Q=101,经译码显示为。此外，1，使74LS148 ，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为，使 ，所以74LS148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开关重新置?quot;清除然后再进行下一轮抢答。74LS148为线线优先编码器，表11、1为其功能表。图11、 数字抢答器电路表、74LS148的功能真值表(2)定时电路图11、3 可预置时间的定时电路 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
10、选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，具体电路如图11、3所示。（3）报警电路由555定时器和三极管构成的报警电路如图11、4所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo143（RI2R2）C，其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。图11、4 报警电路（4）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：主持人将控制开关拨到开始位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定
11、时电路停止工作。图 11、5 时序控制电路根据上面的功能要求以及图 11、2，设计的时序控制电路如图 11、5所示。图中，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74LS148的输人使能端 。图11、4的工作原理是：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74LS279的输出 1Q=0，经G3反相， A1，则时钟信号CP能够加到74LS192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，从而实现功能的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q1，经 G3反
12、相， A0，封锁 CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出 =1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能的要求。当定时时间到时，则定时到信号为0， =1，74LS148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，从而实现功能的要求。集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间，其工作原理请读者自行分析。（1）系统框图系统框图如图1所示。数码管显示模块单片机温度转换模块频率采集模块时钟芯片报警系统键盘状态显示电源电压转换模块 图1 系统框图（2）模块说明a. 数码管显示模块：用数码管显示时间、环境温度、
13、电网频率及电压温度转换模块：测量环境温度，并经过模数转换后送单片机。b. 时钟芯片：用DS12887A时钟芯片向单片机提供时间与闹铃信息。c. 报警系统：用蜂鸣器。当闹铃开且所设置的闹铃时刻到时，蜂鸣器报警，当电网电压欠压或过压时，蜂鸣器也报警。当“闹铃关”键按下或有遥控器止闹时，停止报警。d. 键盘和状态显示模块：用可编程并行I/O芯片8255接状态显示所用的发光二极管及选择各功能的键盘。e. 单片机控制模块：用89C51实现。是系统的主控制器，控制其它模块协调工作。f. 电源模块：向各用电系统提供电源。g. 电压转换模块：测量电网电压，并经过模数转换后送单片机。 2.2模块设计与参数计算
14、(1) 码管显示：本设计采用串行输出显示，利用一片8位移位寄存器74LS164给所有数码管提供显示信号，且利用动态显示，节约了单片机I/O口，降低了能耗。数码管采用LG5643FH。电路如图2所示。(2) 电源模块：由于单片机及其处围的用电模块都用5V或12V直流电源，而电网电压为220V交流电，因此需要设计电源。利用8W的变压器将220V的电网电压变压后加在桥式整流电路的两端进行全波整流。利用三端稳压电源分别产生12V和5V的电压。三端稳压电源选择CW7812DS和CW7805DS。原因是它们有过压保护和过流保护而使其免受高压或大电流的袭击；而且与其他三端稳压电源相比，它们更具经济性的特点。
15、根据该电源所带的负载知流过该电源的电压不超过I=1A。因为变压器输出大约为Uo=12V，所以电阻。因为电网电压一般为220V ，50Hz，所以全波整流后的电压周期大约为10毫秒。又因为时间常数ms,所以取。图2 数码管显示电路 图3电源电路0.1pf的小电容用于滤掉电路路频率较高的部分，使电压输出更加平稳。（3）频率采集模块：如图所示，对电源电路中全波整流后的信号进行判断：若电压大于5V，则二极管正极电压被嵌位于为5.7V，若小于5V，则为原值不变。因此形成向下的尖脉冲，经施密特触发器CD4093变为正脉冲。如图所示。施密特触发器的输出接单片机的P1.5口。在单片机内部数1S内脉冲的个数，除以
16、2后即为电网电压的频率。 图频率采集电路 图频率采集电路的波形变换(4) 温度转换模块：用温度传感器采集环境温度将其转化成模拟量，并将该模拟量送入DAC0809的输入端进行模数转换。最后将转换后的数字量送入单片机89C51进行处理。电路图如图6所示。 图6测温电路(5) 电压转换模块：因为电网电压也是模拟量，要想利用单片机对其进行处理仍需将模拟量进行模数转换。转换电路如图所示。它仍利用电源电路中全波整流后的信号作为输入。因为频率采集电路也以全波整流后的信号作为输入，为了防止电压转换电路的RC回路产生的稳态电压影响频率采集电路的工作，应在电压转换模块的输入端接入二极管。图电压转换电路(6) 键盘
17、、状态显示模块：为了使软件编程简单，本设计利用可编程I/O芯片8255。接法如表1所示。PB口接按键，PC口则用于控制状态显示所用的发光二极管。每个按键都通过一个10K的上拉电阻接电源+ ,按键的另一端接地。当有键按下时，与该键相连的PB口的相应位变为低电平，单片机检测到该变化后即转到相应的键处理程序，同时在程序中点亮相应的发光二极管。表1 PB、PC口与键和状态的对应关系PB口PB.0PB.1PB.2PB.3PB.4PB.5PB.6按键功能设置时间设置闹铃小时分钟闹铃开闹铃关PC口PC.1PC.2PC.3PC.4PC.5PC.6PC.7状态时钟温度电压频率AM/PM闹铃响铃不响(7)报警系统
18、：将蜂鸣器一端接在单片机的P1.6口上，另一端接地。当需要报警时，在口上送上高电平即可；需要关报警时，则送低电平。(8) 红外非接触止闹系统：红外线传输稳定、可靠，不容易受外界杂散信号的干扰，信号处理简单。为了简化系统电路，我们采用了遥控电视机中经常使用红外遥控系统。遥控器直接使用电视机的遥控器，不用改装。红外信号的接收，采用红外光电二极管与放大电路一体的红外接收器，该器件只有三只引脚，使用极其简单，电路如图8所示。用接收器输出的信号送到三极管N3的基极，N3的集电极、发射极并接在“闹铃关”两端。当接收器接收到信号并输出脉冲时，三极管N3导通，相当于“闹铃关”接通按下，单片机的相应引脚被置为低
19、电平。单片机检测到该信号，执行相应的关闹铃程序。 图 8 红外遥控止闹电路三、软件设 计3.1主程序流程图主程序流程图如图9所示。3.2 蜂鸣器闹铃中断服务子程序蜂鸣器闹铃中断服务子程序流图如图10所示。当数字时钟处在闹铃开状态下到达所设置的闹铃时间时，进入该中断服务子程序。此中断服务子程序的作用是当系统处在闹铃状态下时，若闹铃关键按下或有遥控止闹，则关闭蜂鸣器；蜂鸣器在32.55s之后自动停止。四、系统测试与分析4.1测试仪器 ：秒表、温度表、电压表、调压器、频率计、低频信号发生器4.2基本要求部分的测试与分析（1）按下“设置时间”键，观察到“钟表” 和“温度”的发光二极管同时点亮，此时可对
20、时间进行设置。按下“小时”，“分钟”键，观察数码管的小时部分和分钟部分是否随相应按键的变化而变化。经测试该步可以很好的实现。调整时间完毕后，再按一下“设置时间”键，即可完成对时间的设置。开启报警系统开始初始化显示时间读电压电压240V?电压200V?有键按下吗? 判断键值功能显示时间显示温度显示频率显示电压设置时间设置闹钟闹铃关处理闹铃开处理关闭报警系统显示电压YNY N NY 待添加的隐藏文字内容1 图9 主程序流图进入中断子程序保护现场蜂鸣器响MOV R1, #2MOV R2,#0FFH定时66.536毫秒“闹铃关”键按下或有遥控止闹R2=R2-1=0?R1=R1-1=0?关闭蜂鸣器恢复现
21、场返回YNNYNYN 图10 蜂鸣器闹铃中断服务子程序(1) 按下“设置闹铃”键，观察到“电压”、“频率”二极管同时点亮；按下“小时”、“分钟”键，观察数码管的小时部分和分钟部分是否随相应按键的变化而变化，经测试该部分可很好的实现。调整好后，再按一下“设置闹铃”键，则设置完毕。(2) 利用秒表测量数字时钟变化1分钟时的时间间隔。由测试结果知，误差范围很小，其中包括人的反映误差。若除去人的反映误差，则由电路造成的误差可忽略不计。这其中主要的原因是设计中使用了12887专用时钟芯片。(3) 设置好闹铃时间后，按下“闹铃开”键，在所设置的闹铃时刻观察蜂鸣器是否产生闹铃报警，并观察代表闹铃响与不响的发
22、光二极管是否点亮。经测试该部分也能很好的完成。(4) 在系统闹铃时按下“闹铃关”键，观察闹铃是否停止，并观察代表闹铃响与不响的发光二极管是否点亮。经测试该部分也能很好的完成。(5) 当数字时钟的小时位大于12时，观察代表AM/PM的发光二极管是否点亮。经验证，当数字时钟的小时位大于12时，发光二极管点亮。4.3发挥部分的测试与分析 在该部分中，利用“功能”键实现各个功能之间的切换。此时“闹铃开”键作为各个功能的“确认”键。按下功能键，选择相应的功能，然后按下确认键即执行相应的功能。再按一下“确认”键，即可回到时钟状态。（1）键盘切换现场环境温度显示：按“功能”键选择“温度”，将温度传感器和温度
23、计放入不同的测试环境中进行测试，结果如表2所示。表2 与标准温度计测量值比较表温度计示值(摄氏度)0.025.249.970.1100.0数字钟输出(摄氏度)0000025305000703100.0由测试知，数字钟的输出与温度计值基本上相等，误差不大于0.5度。（2）键盘切换电网频率、电压显示：利用调压器改变电网电压，调压器输出分别接数字时钟与电压表，将它们的电压值进行比较。如表3所示。利用低频信号发生器模拟电网频率的变化，并将其输出分别接频率计和数字时钟，将所得频率值进行比较，如表4所示。 表3 电压值电压表220215200230235数字时钟2200214.4200.2231.1235
24、.6 表4频率值 频率计5048465254数字时钟050.0047.8045.8052.1054.8（3）欠压、过压报警：利用调压器改变电压值，观测出当电压大于240或小于200时数字时钟具有报警功能。（4）利用遥控器，当闹铃响时，能对其实现遥控止闹的功能。五、设计总结：经过小组成员的一致努力，完成了本次课题的任务，达到了预期的的。设计制作了一个具有多种功能的十六路数字抢答器本设计很好的完成了基本功能部分、发挥部分的功能。5.1基本要求（1）具有时间设置（小时和分钟）、闹钟时间设置、闹钟开、闹钟关功能。（2）数字显示小时、分钟，有AM、PM指示器，闹钟就绪灯，蜂鸣器。（3）220V供电。5.
25、2发挥部分（1）键盘切换现场环境温度显示。（0601）（2）键盘切换电网频率、电压显示。 （3）电压欠压、过压报警（220V10）功能。致谢通过这次毕业论文的设计，让我学到了很多东西，在此我要感谢我的指导老师xxx老师，他是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。还有在我三年的大学生活中给与我知识与教诲的任课老师，是他们让我学到了很多知识，让我在以后的生活、工作、和学习中可以立足这个残酷的社会，在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，追忆似水年华，描述师生情深。在毕业之际，我代表我们机电工程学院应用电子技术班全体毕业生，向我们最敬爱的领导和老师们致以诚挚的谢意。谨以一份最虔诚的祝福，祝你们工作顺利，家庭幸福！ 参考文献康华光 电子技术基础数字部分高等教育出版社董子舟、段辉娟 电子技术 机械工业出版社2002年,第7期 电子报 类别:电子制作2002年,第50期 电子报 类别:电子产品与器件更多资料尽在： 大学生部落-大学生第一门户社区
