机电一体化毕业论文范文.doc
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1、 毕业设计论文湖南科技工业职业技术学院毕业设计论文设计课题: 实用八路电子抢答器 班 级: 09107 姓 名: 杨勇 学 号: 09107045 专 业: 机电一化 教 研 室: 指导老师: 肖跃安 联系电话: 15073225595 E-mail: 目 录摘要(包括论文的概括性说明及关键字)第1章 引言1.1 课题主要研究目的及意义1.2 课题主要研究的内容第2章 八路抢答器电路的总体设计 2.1方案分析 2.2总体方案方框图第3章 主要模块电路的设计3.1 数码显示电路的设计3.1.1 数码显示电路的设计3.1.2 优先编码器74LS1483.1.3 74LS04集成反相器3.1.4
2、CD4511 显示译码器3.1.5 LED数码管显示管3.2 报警电路的设计3.3 计分电路的设计3.4 主控电路的设计3.5 电源电路的设计第4章 电路的安装与调试4.1 数码显示电路的安装与调试4.2报警电路的安装与调试4.3 计分电路的安装与调试4.4主控电路的安装与调试4.5 电源电路的安装与调试第5章 元件清单5.1 数码显示电路清单5.2 报警电路清单5.3 计分电路清单5.4 主控电路清单结束语参考文献实用八路电子抢答器摘 要:本文介绍了一种用74系列常用集成电路设计的数码显示八路抢答器的电路组成、设计思路及功能。该抢答器除具有基本的抢答功能外,还具有定时、计时和报警功能。主持人
3、通过时间预设开关预设供抢答的时间,系统将完成自动倒计时。若在规定的时间内有人抢答,则计时将自动停止;若在规定的时间内无人抢答,则系统中的蜂鸣器将发响,提示主持人本轮抢答无效,实现报警功能。关键词:抢答电路,定时电路,报警电路, 第1章 引言 伴随着科技时代的前进,电子产业在人们的生活中发挥着越来越重要的作用,电子技术得到了突飞猛进的发展,各种电子产品的功能质量也日臻完善。其中,抢答器被广泛地应用于企事业和商业部门,是为各种知识竞赛,文娱活动提供公正,客观和快速裁决的一种常用电子设备。在人们的娱乐生活中,电子抢答器是必不可少的设备之一。但是,传统的抢答器一般准确与可靠不高,而且产品体积大,安装维
4、修困难。数字电路是用数字信号完成数字量进行算术和逻辑运算的电路。用它设计电路实现简单,系统可靠集成度高,体积小。功耗低,而且电路的设计,维修,维护灵活方便。随着集成电路技术的高速发展,数字逻辑电路的集成度越来越高。因此以74系列常用集成电路设计数码显示八路抢答器,充分利用数字电路的优点,利用她来实现抢答功能,抢答限时,答题限时,记分功能,设定功能,语音报警等功能,可以使结构更加简单,功能更加强大,可靠性更好,实用性更强,从而让设计更加完善,具有十分广阔的前景。 1.1课题主要研究目的及意义让我们掌握时序逻辑电路与组合逻辑电路的区别及时时序逻辑电路的表示方法;能分析触发器的逻辑功能;了解八路数字
5、抢答器的基本原理,及其应用的一些器件的工作运行方式。 在电视和学校中我们会经常看到一些智力抢答的节目,如果要是让抢答者用举手等方法,主持人很容易误判,会造成抢答的不公平,比赛中为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者,所设计的抢答器通常由数码显示、灯光、音响等多种手段指示出第一抢答者。为了使这种不公平不发生,只有靠电子产品的高准确性来保障抢答的公平性。1.2课题主要研究的内容(1)了解八路电子抢答器的控制的时序逻辑电路。(2)了解八路电子抢答器的组成部分(3)了解电路中个器件的作用于与工作原理第2章 八路抢答器电路的总体设计2.1 方案分析制作抢答器可以用好多的方法,可以用单片机来完成,它的功能
6、强大制作简单,并且外围的元件也很少;也可以用PLC来实现,他的制作也是比较简单;还可以用我们学过的EDA技术来制作;最后也可以用数字电路来实现,它的原理比较简单,集成块的价格也比较便宜且很容易购买,与我们学完的数字电路联系紧密,能将我们所学知识用于实际,对巩固所学知识有重要意义,用了一些成型电路,如NE555标准秒脉冲电路等,使总体方案易于实现。 方案一采用数字电路1、原理方框图定时抢答器的总体框图如图1所示,它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能,即开始抢答后,当选手按动抢答键时,能显示选手的编号,同时能封锁输入电路,禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能。图1所
7、示的定时抢答器的工作过程是:接通电源时,节目主持人将开关置于“清除”位置,抢答器处于禁止工作状态,编号显示器灭灯,定时显示器显示设定的时间,当节目主持人宣布“抢答开始”,同时将控制开关拨到“开始”位置,扬声器给出声响提示,抢答器处于工作状态,定时器倒计时。当定时时间到,却没有选手抢答时,系统报警,并封锁输入电路,禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答键时,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;扬声器发出短暂声响,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
8、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,使系统回复1、原理方框图方案二采用单片机此电路完成的功能如图2所示,当主持人宣布抢答开始的时候,按下开始按钮,此时电路进入抢答状态,选手的输入采用了扫描式的输入,之后把相应的信息送往单片机,再由单片机输出到显示输出电路中。此时有人第一按下相应的抢答按钮,经过单片机的控制选择,在八段显示器上显示相应的号码,并锁存,同时禁止其他按钮的输入到禁止工作状态,以便进行下一轮抢答。方案三采用PLC1、原理方框图此电路的功能如图3所示,当主持人打开启动开关后,在设定时间TO 内,如果某组抢先按下抢答按
9、钮,则驱动音效电路发出声响,指示灯LI亮,并且在8段数码管显示器上显示出抢答成功的组号,此时电路实现互锁,其他组再按下抢答按钮为无效;如果在时间TO内,无人应答,则驱动音效电路发出声响,指示灯L2亮,表示抢答者均放弃该题;在抢答成功后,主持人打开限时开关SW2,启动计时器,在设定的时间TI 内回答有效,当到达设定时间TI时,驱动音效电路,指示灯L3亮,表示答题时间到。三、 方案选择方案比较数字电路单片机PLC制作难度低一般一般实现难度一般低低价格低一般高电路原理简单一般一般设计难度简单高一般通过上面的方案比较,数字电路的制作方案比较容易实现,并且在原理方面也是比较简单,所以我选择采用第一种方案
10、来完成抢答器电路。2.2总体方案方框图如图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。 主体电路声音报警电路主控制电路抢答按钮主持人控制开关电路译码电路译码显示锁存器优先编码电路 扩展电路显示电路图1 设计框图3.1 数码显示电路的设计3.1.
11、1数码显示电路的设计抢答电路的功能有两个:一是能分辨出选手按键的先后,并锁存优先抢答者的编号,供译码显示电路用;二是要使其他选手的按键操作无效。选用优先编码器74148和DFF锁存器可以完成上述功能,其电路组成如图4所示。其工作原理是:当主持人控制开关处于“清除”位置时,RS触发器的端为低电平,输出端(4Q1Q)全部为低电平。于是74LS48的 =0,显示器灭灯;74148的选通输入端 =0,74LS148处于工作状态,此时锁存电路不工作。当主持人开关拨到“开始”位置时,优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态,即抢答器处于等待工作状态,等待输入端 7. 0输入信号,当有选手将键按下时(如按下S
12、5),74LSl48的输出=010, =0,经RS锁存器后,CTR=l, =1,74LS279处于工作状态,4Q3Q2Q=101,经74LS48译码后,显示器显示出“5”。此外,CTR=1,使74l48的端为高电平,74LSl48处于禁止工作状态,封锁了其它按键的输入。当按下的键松开后,74LSl48的为高电平,但由于CTR维持高电平不变,所以74LSl48仍处于禁止工作状态,其它按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后,由主持人操作控制开关S,使抢答电路复位,以便进行下一轮抢答。3.1.2 优先编码器74LS148优先编码器克服了普通编
13、码器输入信号相互排斥的问题,它允许同时输入两个或两个以上编码信号。由于在设计优先编码器时已经预先对所有编码信号按优先顺序进行了排队,设置了优先级别,所以当输入端有多个编码请求时,编码器只对其中优先级别最高的输入信号进行编码,而不考虑其他优先级别比较低的输入信号。常用的优先编码集成器件有74LSl47、74LSl48等。图3-1给出了3位二进制优先编码器74LSl48的逻辑符号图、引脚排列图。由于它有8个编码信号输入端,3个二进制代码输出端,为此又把它叫做8线3线优先编码器。74LS148的功能见表2-2。a)逻辑符号 b)引脚图图3-1 优先编码器74LS148表中H表示高电平,L表示低电平,
14、表示任意电平。根据74LSl48的功能表对其逻辑功能说明如下。为8个编码输入端,低电平有效。优先级别最高,优先级别依次降低,优先级别最低。例如,在编码器工作时,若即有编码请求,无编码请求,编码器只对的输入信号进行编码,对应的输出代码为。为3个二进制代码输出端,低电平有效。3位二进制代码从高位到低位的排列为,且输出代码为二进制码的反码。表3-2 74LS148的功能表输 入输 出HHHHHHLHHHHHHHHHHHHLLLLLLLHLLHLLHLHLLHHLHLLHLLHHHLHHLHLLHHHHHLLLHLLHHHHHHLHLHLLHHHHHHHHLLHLLHHHHHHHHHHLH为选通输入端
15、,低电平有效。当时,禁止编码器工作。此时,不管编码输入端有无编码请求,输出,此时,。当时,允许编码器工作。当所有的编码输入端无编码请求时,输出,此时,。当编码输入端有编码请求时,编码器按优先级别为优先权高的输入信号编码,输出为与被输入信号相对应的二进制代码,此时,。为选通输出端,为扩展输出端,用于扩展编码功能。74LSl48的功能表中出现的三种情况,可以用和的不同状态加以区分。 3.1. 74LS04集成反相器74s04是一种芯片作用是将优先编码器74s148输出的二进制反码为二进制码3.1.4 CD4511 显示译码器CC4511为CMOS集成七段显示译码器,具有锁存译码驱动功能。其引脚名称
16、如图2-9所示,为灯测试端,为灯熄灭端,为锁存使能端。七段显示译码器CC4511的真值表见表3-1-4。当(低电平有效)时,所有字段发光,实现灯测试功能;当, (低电平有效)时,所有字段熄灭,实现消隐功能;当和均为高电平时,CC4511实现BCD译码显示功能,此时,锁存使能端LE信号决定译码显示内容;当LE=0时,显示该时刻输入的BCD码相对应的字符,但只能显示字符“0”“9”;当LE=l时,显示LE上跳时锁存入CC4511内部锁存器的BCD码字符。图2-9 CC4511逻辑符号及引脚图表3-1-4 CC4511的真值表输 入输 出显示LEDCBAabcdefg0110000111111000
17、11000101100001011001011011012011001111110013011010001100114011010110110115011011000111116011011111100007011100011111118011100111100119011111118010000000空白111其它输出见3.1.5 LED数码管显示管 LED数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的,加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。当数码管特定的段加上电压后,这些特定的段就会发亮,以形成我们眼睛看到的 字样了。如:显示一个“2”字,那么应当是a亮b
18、亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED数码管有一般亮和超亮等不同之分,也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成,而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成,一般情况下,单个发光二极管的管压降为1.8V左右,电流不超过30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管(见下图2-8),发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。共阳级七段数码管结构 共阴级七段数码管结构(a)共阳级七段数码管结构 (b) 共阴级七段数码管结构图2-
19、8 半导体数码管显示原理公共端公共端公共端公共端共阳级七段数码管结构 共阴级七段数码管结构 共阴级七段数码管结构 3.2 报警电路的设计采用555定时器和三极管构成的报警电路如图6所示。其中555构成多谐振荡器,振荡频率 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,当PR为低电平的时候,电路停振。 图3-2 八路智力抢答器报警模块电路原理图3.3 计分电路的设计与门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的输入使能端。图的工作原理是:主持人控制开关从清除位置拨到开始位置时,来自于图2中的74LS279的输出 1Q,即CTR
20、=0,经G3反相,输出为1,则NE555产生的时钟信号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。当选手在定时时间内按动抢答按键时,CTR1,经G3反相,输出为0,封锁 CP信号,定时器处于保持工作状态;同时,门G2的输出 =1,74LS148处于禁止工作状态。当定时时间到时,则定时到信号为0,/ST=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,封锁时钟CP信号,使定时电路保持00状态不变,此次抢答结束图3-3 八路智力抢答器计分模块电
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