八路抢答器的毕业论文.doc

1、摘 要抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频率较低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低。作为一个单位，如果专门购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展，因此设计了本抢答器。本设计是以八路抢答为基本理念。考虑到依需设定限时回答的功能，利用 80C51 单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和计数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间。用开关做键盘输出，扬声器发声提示。同时系统能够实现：在抢答中

2、，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效；抢答限定时间和回答问题的时间可在 1-99s 设定；可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示；抢答时间和回答问题时间倒记时显示，满时后系统计时自动复位及主控强制复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。关键词：80C51，LED 数码管，抢答器，计时 2目 录前言1第一章 绪 论2第二章设计要求、构思理论依据32.1 设计要求 .32.2 设计构思理论依据 .3第三章关键器件介绍53.1 数码管简介 .53.2 555 定时器简介 8第四章电路设计 .134.1 抢答电路 .134.2 音响电路 .154.3 时序电路 .

3、16第五章电路实验及调试 .175.1 焊接 .175.2 调试出现的问题及解决方法 .18总结.19参考文献 .203前 言进入 21 世纪越来越来多的电子产品出现在人们的日常生活中，例如企业、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛, 抢答记分器是必要设备。过去在举行的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。人们于是开始寻求一种能不依人的主观意愿来判断的设备来规范比赛。因此，为了克服这种现象的惯性发生人们利用各种资源和条件设计出很多的抢答器，从最初的简单抢答按钮，到后来的显示选手号的抢答

4、器，再到现在的数显抢答器，其功能在一天的趋于完善不但可以用来倒计时抢答，还兼具报警，计分显示等等功能，有了这些更准确地仪器使得我们的竞赛变得更加精彩纷呈，也使比赛更突显其公平公正的原则。今天随着科技的不断进步抢答器的制作也更加追求精益求精，人们摆脱了耗费很多元件仅来实现用指示灯和一些电路来实现简单的抢答功能，使第一个抢答的参赛者的编号能通过指示灯显示出来，避免不合理的现象发生。但这种电路不易于扩展，而且当有更高要求是酒无法实现，例如参赛人数的增加。随着数字电路的发展，数字抢答器诞生了，它易于扩展，可靠性好，集成度高，而且费用低，功能更加多样话，是一种高效能的产品。而如今在市场上销售的抢答器大多

5、采用可编程逻辑元器件，或利用单片机技术进行设计，本次设计主要利用常见的 74LS 系列集成电路芯片和 555 芯片，并通过划分功能模块进行各个部分的设计，最后完成了八路智力竞赛抢答器的设计。4第一章 绪 论众 所 周 知 ， 科 学 技 术 的 发 展 离 不 开 实 践 ， 实 践 是 促 进 科 学 技 术 发 展 的 重 要 手 段 ， 应 用起 来 更 加 广 泛 ， 电 子 系 统 的 功 能 越 来 越 强 大 ， 电 路 图 也 越 来 越 复 杂 ， 印 刷 电 路 板 的 走 线 越来 越 复 杂 和 精 密 。 计 算 机 的 应 用 使 得 我 们 对 各 种 复 杂 的

6、 电 路 设 计 工 作 变 得 简 单 快 捷 。“科 学 实 践 是 科 学 理 论 的 源 泉 ”。 基 于 “基 础 研 究 ， 应 用 研 究 ， 开 发 研 究 ， 生 产 研 究 ”四 个 方 面 ， 如 果 结 合 得 好 的 话 ， 经 济 建 设 和 国 防 建 设 定 会 兴 旺 发 达 。验 证 性 实 践 和 训 练 性 的 实 践 主 要 是 针 对 电 子 技 术 本 门 学 科 范 围 内 的 理 论 验 证 和 实 际技 能 的 培 养 。综 合 性 的 实 践 ， 属 于 应 用 型 实 践 ， 目 的 是 培 养 学 生 综 合 运 用 所 学 的 理 论

7、 的 能 力 和 解决 比 较 复 杂 的 实 际 问 题 的 能 力 。设 计 性 实 践 ， 主 要 侧 重 于 某 些 理 论 知 识 的 灵 活 运 用 。 随 着 自 动 化 技 术 的 飞 速 发 展 ，各 种 新 型 电 子 器 件 和 集 成 电 路 应 用 越 集 中 ， 使 得 更 好 更 复 杂 的 电 路 得 以 实 现 。 电 气 自 动化 工 具 的 集 成 设 计 环 境 ， 电 子 设 计 软 件 Protel99se 软 件 等 的 运 用 使 得 设 计 电 路 更 加 方便 。作 为 应 用 电 气 自 动 化 专 业 的 学 生 ， 更 应 该 熟 练

8、掌 握 各 种 电 路 编 辑 软 件 ， 作 为 专 业 必需 的 技 能 更 要 及 时 地 对 这 一 类 软 件 的 更 新 版 本 进 行 学 习 ， 其 日 趋 强 大 的 功 能 是 对 我 们 专 业技 能 的 补 充 。科 学 的 进 步 要 求 我 们 在 不 断 的 实 践 中 熟 练 各 种 制 板 的 技 术 ， 并 不 断 地 总 结 经 验 。 这 次毕 业 设 计 对 我 来 说 非 常 重 要 ， 这 是 我 第 一 次 独 立 地 完 成 一 篇 相 对 完 整 的 学 科 设 计 ， 好 的 开头 是 成 功 的 第 一 步 ， 我 更 应 该 加 倍 努

9、 力 去 完 成 ， 尽 力 做 到 最 好 ， 为 将 来 的 学 习 及 毕 业 设 计的 完 成 奠 定 良 好 的 基 础 ！抢 答 器 是 一 种 应 用 非 常 广 泛 的 设 备 ， 在 各 种 竞 赛 、 抢 答 场 合 中 ， 它 能 迅 速 、 客 观 地分 辨 出 最 先 获 得 发 言 权 的 选 手 。 早 期 的 抢 答 器 只 由 几 个 三 极 管 、 可 控 硅 、 发 光 管 等 组 成 ，能 通 过 发 光 管 的 指 示 辩 认 出 选 手 号 码 。 现 在 大 多 数 抢 答 器 均 使 用 单 片 机 (如 MCS-51 型 )和 数 字 集 成

10、电 路 ， 并 增 加 了 许 多 新 功 能 ， 如 选 手 号 码 显 示 、 抢 按 前 或 抢 按 后 的 计 时 、 选 手得 分 显 示 等 功 能 。第 2 页 共 20 页5第二章 设计要求、构思和理论依据2.1设计要求基 于 单 片 机 的 八 路 控 制 抢 答 器 ， 能 够 及 时 快 速 地 辨 别 选 手 的 号 码 并 执 行 主 持 人 的 命 令 。八 路 抢 答 器 功 能 为 ： 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 S1-S8 表 示 。2、 设 置 一 个 系 统 清 除 和 抢

11、答 控 制 开 关 S9， 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

12、后 ， 计 数 器 进 行 减 一 计 数 ， 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 ， 计 数 器 停 止 工 作 ， 显 示 器 上 显示 选 手 的 编 号 ， 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0。2.2 设计构思和理论依据2.2.1 设计思路整 个 抢 答

13、器 的 设 计 主 要 是 按 键 模 块 。 按 键 模 块 可 以 通 过 AT89S51 单 片 机 内 部 适 当的 软 件 编 程 来 实 现 。 8051 中 内 部 ROM 是 4K， RAM 是 256B。 本 次 设 计 的 8 路 抢 答 器 ， 用89S51 单 片 机 控 制 由 主 持 人 控 制 抢 答 开 始 和 停 止 按 键 ， 选 手 按 键 后 显 示 选 手 序 号 和 点 亮 相应 指 示 灯 ， 之 后 开 始 倒 计 时 ， 到 相 应 时 间 ， 提 醒 选 手 时 间 将 结 束 ， 启 动 蜂 鸣 器 ， 提 醒 选 手要 及 时 作 答 从

14、 而 更 好 把 握 作 答 时 间 。根据设计我初步将系统分 3 为大功能模块：主电路、控制电路和音响电路。可将主电路分为一个十六进制（实现一分钟倒记时答题时间）计数、译码、显示电路；数据采集电路（获得优先抢答选手的编号）分为 8 路抢答开关、八 D 数据锁存器、优先编码器、加 1 电路；控制电路分为锁存控制、倒记时控制、音响控制；音响电路分为单稳态触发器、音振及喇叭电路。6八路抢答器的总体图具体设计方案如下： 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，编号显示器和指示灯灭灯，等主持人将开关置“开始”位置后，抢答器处于等待状态，此时可以进行抢答。抢答器完成：优先判断抢答的

15、组号，并将编号进行锁存，然后通过译码器将编号显示在七段数码管上。如果再次抢答必须由主持人操作“清除“和“开始“状态的开关，即需要主持人清零。2.2.2 设计理论依据计 时 模 块 最 主 要 的 是 选 手 的 按 键 ， 其 它 的 都 是 简 单 的 编 程 问 题 。 抢 答 器 的 关 键 在 于 选手 按 下 键 所 给 出 的 脉 冲 ， 由 单 片 机 内 的 程 序 对 键 盘 进 行 查 询 ， 然 后 去 执 行 相 应 的 命 令 。即 大 家 所 看 到 抢 答 过 程 。7第三章 关键器件介绍整 个 电 路 的 电 子 器 件 有 ： 555 定 时 器 ， CD45

16、11 以 及 若 干 电 容 和 电 阻 。我 详 细 介 绍 一 下 我 所 设 计 的 这 两 个 电 路 中 所 用 到 的 重 要 器 件 （ 数 码 管 和555 定 时 器 ） ：3.1 数码管简介3.1.1 数码管结构数 码 管 由 8 个 发 光 二 极 管 （ 以 下 简 称 字 段 ） 构 成 ， 通 过 不 同 的 组 合 可 用 来 显 示 数 字 0 9 符 号 及 小 数 点 。 数 码 管 的 外 型 结 构 如 图 3-1 所 示 。 数 码 管 又 分 为 共 阴 极 和 共 阳 极 两种 结 构 ， 分 别 如 图 3-2 和 图 3-3 所 示 。10 9

17、 8 7 6g f GND a b1 2 3 4 5dp.e d GND c dpa bcdef gD D+5V图 3-1 外型结构 图 3-2 共阴极 图 3-3 共阳极3.1.2 数码管工作原理数 码 管 就 是 由 简 单 的 半 导 体 二 极 管 构 成 ， 而 二 极 管 就 是 一 个 PN 结 ， 在 一 个 PN 结 两端 接 上 相 应 的 电 极 引 线 ， 外 面 用 金 属 （ 或 玻 璃 、 塑 料 ） 管 壳 封 装 起 来 ， 就 构 成 了 半 导 体 二极 管 。共 阳 极 数 码 管 的 8 个 发 光 二 极 管 的 阳 极 （ 二 极 管 正 端 ）

18、连 接 在 一 起 ， 通 常 ， 公 共 阳极 接 高 电 平 （ 一 般 接 电 源 ） ， 其 它 管 脚 接 段 驱 动 电 路 输 出 端 。 当 某 段 驱 动 电 路 的 输 出 端 为低 电 平 时 ， 则 该 端 所 连 接 的 字 段 导 通 并 点 亮 ， 根 据 发 光 字 段 的 不 同 组 合 可 显 示 出 各 种 数 字或 字 符 。 此 时 ， 要 求 段 驱 动 电 路 能 吸 收 额 定 的 段 导 通 电 流 ， 还 需 根 据 外 接 电 源 及 额 定 段 导通 电 流 来 确 定 相 应 的 限 流 电 阻 。 83.1.3 数码管字形选择要使数码

19、管显示出相应的数字或字符必须使段数据口输出相应的字形编码。表 3.1 数码管字型编码表共 阳 极显示字符字形 Dp g f e d c b a 字型码0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 11H1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 D7H2 2 0 0 1 1 0 0 1 0 32H3 3 1 0 0 1 0 0 1 0 92H4 4 1 1 0 1 1 0 0 1 D4H5 5 1 0 0 1 1 0 0 0 98H6 6 0 0 0 1 1 0 0 0 18H7 7 1 1 0 1 0 0 1 1 D3H8 8 0 0 0 1 0 0 0 0 10H9 9 1 0 0 1 0 0 0

20、0 90H。 。 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH熄灭 灭 1 1 1 1 1 1 1 1 FFH静 态 显 示 是 指 数 码 管 显 示 某 一 字 符 时 ， 相 字 型 码 各 位 定 义 如 下 ： 数 据 线 D0 与 a 字段 对 应 ， D1 字 段 与 b 字 段 对 应 ， 依 此 类 推 。 如 使 用 共 阳 极 数 码 管 ， 数 据 为 0 表 示对 应 字 段 亮 ， 数 据 为 1 表 示 对 应 字 段 暗 ； 如 使 用 共 阴 极 数 码 管 ， 数 据 为 0 表 示 对 应 字 段暗 ， 数 据 为 1 表 示 对 应 字 段 亮 。1、 静 态

21、 显 示 概 念对 应 的 发 光 二 极 管 恒 定 导 通 或 恒 定 截 止 。 这 种 显 示 方 式 的 各 位 数 码 管 相 互 独 立 ， 公 共端 恒 定 接 地 （ 共 阴 极 ） 或 接 正 电 源 （ 共 阳 极 ） 。 每 个 数 码 管 的 8 个 字 段 分 别 与 一 个 8 位I/O 口 地 址 相 连 ， I/O 口 只 要 有 段 码 输 出 ， 相 应 字 符 即 显 示 出 来 ， 并 保 持 不 变 ， 直 到I/O 口 输 出 新 的 段 码 。 采 用 静 态 显 示 方 式 ， 较 小 的 电 流 即 可 获 得 较 高 的 亮 度 ， 且 占

22、 用CPU 时 间 少 ， 编 程 简 单 ， 显 示 便 于 监 测 和 控 制 ， 但 其 占 用 的 口 线 多 ， 硬 件 电 路 复 杂 ， 成 本高 ， 只 适 合 于 显 示 位 数 较 少 的 场 合 。2、 动 态 显 示 概 念动 态 显 示 是 一 位 一 位 地 轮 流 点 亮 各 位 数 码 管 ， 这 种 逐 位 点 亮 显 示 器 的 方 式 称 为 位 扫 描 。通 常 ， 各 位 数 码 管 的 段 选 线 相 应 并 联 在 一 起 ， 由 一 个 8 位 的 I/O 口 控 制 ； 各 位 的 位 选 线（ 公 共 阴 极 或 阳 极 ） 由 另 外 的

23、I/O 口 线 控 制 。 动 态 方 式 显 示 时 ， 各 数 码 管 分 时 轮 流 选 通 ，要 使 其 稳 定 显 示 必 须 采 用 扫 描 方 式 ， 即 在 某 一 时 刻 只 选 通 一 位 数 码 管 ， 并 送 出 相 应 的 段 码 ，在 另 一 时 刻 选 通 另 一 位 数 码 管 ， 并 送 出 相 应 的 段 码 ， 依 此 规 律 循 环 ， 即 可 使 各 位 数 码 管 显9示 将 要 显 示 的 字 符 ， 虽 然 这 些 字 符 是 在 不 同 的 时 刻 分 别 显 示 ， 但 由 于 人 眼 存 在 视 觉 暂 留 效应 ， 只 要 每 位 显 示

24、 间 隔 足 够 短 就 可 以 给 人 同 时 显 示 的 感 觉 。采 用 动 态 显 示 方 式 比 较 节 省 I/O 口 ， 硬 件 电 路 也 较 静 态 显 示 方 式 简 单 ， 但 其 亮 度 不 如 静态 显 示 方 式 ， 而 且 在 显 示 位 数 较 多 时 ， CPU 要 依 次 扫 描 ， 占 用 CPU 较 多 的 时 间 。CD4511 是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点如下：具有 BCD 转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的 CMOS 电路能提供较大的拉电流。可直接驱动 LED 显示器。其引脚如图CD4511

25、 其引脚图（1）锁存功能译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,1 脚相位输出端，传输门的导通或截止由控制端 LE 的电平状态。当 LE 为“0”电平导通，四位数码管引脚图以及封装尺寸。TG2 截止；管脚图引脚图及真值表 封装如下：。当 LE 为“1”电平时，三位数码管引脚图以及封装尺寸。TG1 截止，GS 为片优先编码输出端。TG2 导通，其实最简单的方法是用 5V 电源，此时有锁存作用。 （2）译码 CD4511 译码用两级或非门担任，PNP 三极管管脚图 TO-92 管脚图：。为了简化线路，每组有一个控制端 G，先用二输入端与非门对输入数 据 B、C 进行组合，另一种是 TOSLINK 光

26、缆接口，得出 、 、 、 四项，uA709,然后将输入的数据 A、D 一起用或非门译码。引脚 电压（V） 功能说明 1 9.2 VCC1 电源 2 4.8 垂直触发输入端 3 4.8 单稳多谐振荡时 4 4.8 场幅控制端 5 .5 50/60HZ 转换场幅 6 4.8 锯齿波电压形成 7 4.6 场输出交、直流 8 24.5 VCC2 电源 9 1.9 泵电源输出端 10 1.5 防自激负反馈输 11 0 地 12 15 场扫描输出端 13 24 场输出电源。 103.2 555 定时器简介555 定 时 器 是 一 种 模 拟 和 数 字 功 能 相 结 合 的 中 规 模 集 成 器 件

27、 。 555 定 时 器 成 本 低 ，性 能 可 靠 ， 只 需 要 外 接 几 个 电 阻 、 电 容 ， 就 可 以 实 现 多 谐 振 荡 器 、 单 稳 态 触 发 器 及 施 密 特触 发 器 等 脉 冲 产 生 与 变 换 电 路 。 它 也 常 作 为 定 时 器 广 泛 应 用 于 仪 器 仪 表 、 家 用 电 器 、 电 子测 量 及 自 动 控 制 等 方 面 。 555 定 时 器 的 内 部 电 路 框 图 和 外 引 脚 排 列 图 分 别 如 下 图555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图3.2.1 555定时器的应用（ 1） 构 成 施 密 特 触 发 器

28、， 用 于 TTL 系 统 的 接 口 ， 整 形 电 路 或 脉 冲 鉴 幅 等 ； （ 2） 构 成 多 谐 振 荡 器 ， 组 成 信 号 产 生 电 路 ； （ 3） 构 成 单 稳 态 触 发 器 ， 用 于 定 时 延 时 整 形 及 一 些 定 时 开 关 中 。 555 应 用 电 路 采 用 这 3 种 方 式 中 的 1 种 或 多 种 组 合 起 来 可 以 组 成 各 种 实 用 的 电 子 电 路 ，如 定 时 器 、 分 频 器 、 元 件 参 数 和 电 路 检 测 电 路 、 玩 具 游 戏 机 电 路 、 音 响 告 警 电 路 、 电 源 交换 电 路 、

29、频 率 变 换 电 路 、 自 动 控 制 电 路 等 。3.2.2 555 定 时 器 的 电 路 结 构 和 工 作 原 理它 内 部 包 括 两 个 电 压 比 较 器 ， 三 个 等 值 串 联 电 阻 ， 一 个 RS 触 发 器 ， 一 个 放 电 管 T 及 功 率 输 出 级 。 它 提 供 两 个 基 准 电 压 VCC /3 和 2VCC /3 555 定 时 器 的 功 能 主 要 由 两 个 比 较 器 决 定 。 两 个 比 较 器 的 输 出 电 压 控 制 RS 触 发 器和 放 电 管 的 状 态 。 在 电 源 与 地 之 间 加 上 电 压 ， 当 5 脚

30、悬 空 时 ， 则 电 压 比 较 器 A1 的 反11相 输 入 端 的 电 压 为 2VCC /3， A2 的 同 相 输 入 端 的 电 压 为 VCC /3。 若 触 发 输 入 端 TR 的电 压 小 于 VCC /3， 则 比 较 器 A2 的 输 出 为 1， 可 使 RS 触 发 器 置 1， 使 输 出 端 OUT=1。 如 果 阈 值 输 入 端 TH 的 电 压 大 于 2VCC/3， 同 时 TR 端 的 电 压 大 于 VCC /3， 则 A1 的 输 出 为 1， A2 的 输 出 为 0， 可 将 RS 触 发 器 置 0， 使 输 出 为 0 电 平 。(1)它

31、 的 各 个 引 脚 功 能 如 下 ：1 脚 ： 外 接 电 源 负 端 VSS 或 接 地 ， 一 般 情 况 下 接 地 。2 脚 ： 低 处 发 端3 脚 ： 输 出 端 Vo4 脚 ： 是 直 接 清 零 端 。 当 此 端 接 低 电 平 ， 则 时 基 电 路 不 工 作 ， 此 时 不 论 TR、 TH 处于 何 电 平 ,时 基 电 路 输 出 为 “0”， 该 端 不 用 时 应 接 高 电 平 。5 脚 ： VC 为 控 制 电 压 端 ， 若 此 端 外 接 电 压 ， 则 改 变 内 部 两 个 比 较 器 的 基 准 电 压 ， 当该 端 不 用 时 ， 应 将 该

32、 端 串 入 一 只 0.01uF 电 容 接 地 ， 以 防 引 入 干 扰 。6 脚 ： THA 高 触 发 端 。7 脚 ： 放 电 端 。 该 端 与 放 电 管 集 电 极 相 连 ， 用 做 定 时 器 时 电 容 的 放 电 。8 脚 ： 外 接 电 源 VCC， 双 极 型 时 基 电 路 VCC 的 范 围 是 4.5-16V,CMOS 型 时 基 电 路 VCC的 范 围 为 3-18V。 一 般 用 5V 在 1 脚 接 地 ， 5 脚 未 外 接 电 压 ， 两 个 比 较 器 A1、 A2 基 准 电压 分 别 为（ 3） 555 的 特 点 有 ： 1.只 需 简

33、单 的 电 阻 器 、 电 容 器 ， 即 可 完 成 特 定 的 振 荡 延 时 作 用 。 其 延 时 范 围 极 广 ，可 由 几 微 秒 至 几 小 时 之 久 。 2.其 输 出 端 的 供 给 电 流 大 ， 可 直 接 推 动 多 种 自 动 控 制 的 负 载 。 3.它 的 计 时 精 确 度 高 、 温 度 稳 定 度 佳 ， 且 价 格 便 宜 。555 的 基 电 路 的 功 能 表 如 3-1 所 示表 3-1 555 定时器的功能表由电路框图和功能表可以得出如下结论： 1.555 定 时 器 有 两 个 阈 值 ， 分 别 是 4.5V 和 3V 。 清零端 高触发

34、端 TH 低触发端 TL Q 放电管 T 功能0 0 导通 直接清零1 0 1 x 保持上一状态 保持上一状态1 1 0 1 截止 置11 0 0 1 截止 置11 1 1 0 导通 清零122.输 出 端 3 脚 和 放 电 端 7 脚 的 状 态 一 致 ， 输 出 低 电 平 对 应 放 电 管 饱 和 ， 在 7 脚 外接 有 上 拉 电 阻 时 ， 7 脚 为 低 电 平 。 输 出 高 电 平 对 应 放 电 管 截 止 ， 在 有 上 拉 电 阻 时 ， 7 脚为 高 电 平 。 3 输 出 端 状 态 的 改 变 有 滞 回 现 象 ， 回 差 电 压 为 1.5V 。 4 输

35、 出 与 触 发 输 入 反 相 。 3.2.3 555定时器与触发器的联系1. 555 定时器构成单稳态触发器图 2上 图 为 由 555 定 时 器 和 外 接 定 时 元 件 R、 C 构 成 的 单 稳 态 触 发 器 。 D 为 钳 位 二 极 管 ，稳 态 时 555 电 路 输 入 端 处 于 电 源 电 平 ， 内 部 放 电 开 关 管 T 导 通 ， 输 出 端 Vo 输 出 低 电 平 ，当 有 一 个 外 部 负 脉 冲 触 发 信 号 加 到 Vi 端 。 并 使 2 端 电 位 瞬 时 低 于 1/3VCC， 低 电 平 比 较器 动 作 ， 单 稳 态 电 路 即

36、 开 始 一 个 稳 态 过 程 ， 电 容 C 开 始 充 电 ， Vc 按 指 数 规 律 增 长 。 当Vc 充 电 到 2/3VCC 时 ， 高 电 平 比 较 器 动 作 ， 比 较 器 A1 翻 转 ， 输 出 Vo 从 高 电 平 返 回 低电 平 ， 放 电 开 关 管 T 重 新 导 通 ， 电 容 C 上 的 电 荷 很 快 经 放 电 开 关 管 放 电 ， 暂 态 结 束 ， 恢复 稳 定 ， 为 下 个 触 发 脉 冲 的 来 到 作 好 准 备 。 波 形 图 见 图 3。 图 3 单 稳 态 触 发 器 波 形 图暂 稳 态 的 持 续 时 间 Tw（ 即 为 延

37、 时 时 间 ） 决 定 于 外 接 元 件 R、 C 的 大 小 。 Tw=1.1RC 13通 过 改 变 R、 C 的 大 小 ， 可 使 延 时 时 间 在 几 个 微 秒 和 几 十 分 钟 之 间 变 化 。 当 这 种 单 稳态 电 路 作 为 计 时 器 时 ， 可 直 接 驱 动 小 型 继 电 器 ， 并 可 采 用 复 位 端 接 地 的 方 法 来 终 止 暂 态 ，重 新 计 时 。 此 外 需 用 一 个 续 流 二 极 管 与 继 电 器 线 圈 并 接 ， 以 防 继 电 器 线 圈 反 电 势 损 坏 内部 功 率 管 。2. 555 定时器接成多谐振荡器多 谐

38、 振 荡 器 又 称 为 无 稳 态 触 发 器 ， 它 没 有 稳 定 的 输 出 状 态 ， 只 有 两 个 暂 稳 态 。 在 电路 处 于 某 一 暂 稳 态 后 ， 经 过 一 段 时 间 可 以 自 行 触 发 翻 转 到 另 一 暂 稳 态 。 两 个 暂 稳 态 自 行相 互 转 换 而 输 出 一 系 列 矩 形 波 。 多 谐 振 荡 器 可 用 作 方 波 发 生 器 。 图 4 多谐振荡器和工作波形接 通 电 源 后 ， 假 定 是 高 电 平 ， 则 T 截 止 ， 电 容 C 充 电 。 充 电 回 路 是 VCCR1R2 C地 ， 按 指 数 规 律 上 升 ，

39、当 上 升 到 时 （ TH、 端 电 平 大 于 ） ， 输 出 翻 转 为 低 电 平 。是 低 电 平 ， T 导 通 ， C 放 电 ， 放 电 回 路 为 CR2T地 ， 按 指 数 规 律 下 降 ， 当 下 降 到 时（ TH、 端 电 平 小 于 ） ， 输 出 翻 转 为 高 电 平 ， 放 电 管 T 截 止 ， 电 容 再 次 充 电 ， 如 此 周 而 复始 ， 产 生 振 荡 ， 经 分 析 可 得 输 出 高 电 平 时 间 T=(R1+R2)Cln2 输 出 低 电 平 时 间 T=R2Cln2 振 荡 周 期 T=(R1+2R2)Cln2 14第 4 章 电 路

40、 设 计抢 答 器 现 在 广 泛 的 应 用 于 生 活 实 践 中 及 各 个 领 域 ， 那 么 我 们 所 熟 悉 的 抢 答 器 ， 又 有 几部 分 构 成 呢 ？ 抢 答 器 的 电 路 的 构 成 ： 抢 答 电 路 、 音 响 电 路 、 时 序 电 路 。4.1 抢 答 电 路抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的的先后，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。其电路图如下：工作过程：开关 S 置于“清除”端时，RS 触发器的 端均为 0，5 个触发器输出置 0，R使 74LS148 的 0，使之处于工作状态。当开关 S 置于“开始”

41、时，抢答器处于等待工作T状态，当有选手将键按下时（如按下 S5） ，74LS148 的输出 , ,经 RS 锁存210YEX后,2Q=1, ,74LS48 处于工作状态，5Q4Q3Q=101，且 1Q=0，则经译码显示为“5” 。此外，1BI2Q，使 74LS148 的 ，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下S时，74LS148 的 此时由于仍有 2Q，使 ，所以 74LS148 仍处于禁止状态，EXYST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 开关重新置于“清除”然后再进行下一轮抢答。若按下 S0，经 RS 锁存器后，1Q=1，74LS

42、148 的输出 , ,经 RS 锁存后,210Y0EX2Q=1, ,74LS48 处于工作状态，5Q4Q3Q=000，且 1Q=1,所以经译码显示为“8” 。保证抢1BI答者的优先性与上述类似。若所按的是其他开关(S1、S2、S3、S4、S6、S7)的工作过程与按下开关 S5 的工作过程相似，只是 5Q4Q3Q 的输出会发生变化。15优先判决器优先判决器主要是由 74LS148 集成优先编码器等组成。该编码器有 8 个信号输入端，3个二进制码输出端，选通输入端 ，选通输出端 和扩展端 。其功能表如表 2 所示。STSYEX从功能表中可以看出当 “0”时，编码器工作，而当 “1”时，则不论 8

43、个输入端T为何种状态，输出端均为“1” ，且 端和 端为 “1”，编码器处于非工作状态,这种情况SYEX被称为输入低电平有效。表 2 优先编码器 74LS148 功能表输入 输出ST0I12I34I56I7 2Y10 SYEX1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 10 0 0 0 0 1 00 0 1 0 0 1 1 00 0 1 1 0 1 0 1 00 0 1 1 1 0 1 1 1 00 0 1 1 1 1 1 0 0 1 00 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 00 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 00 0 1 1 1 1 1 1

44、1 1 1 1 1 0注：表中代表任意状态锁存器SR 锁存器是该设计中保证多个开关随后触发而不产生紊乱的重要部分，因实验室不能提供现成的锁存器，则用两个与非门(与非门由集成电路 74LS00 提供)组成了一个 SR 锁存器，连线如图 3 所示，其真值表见表 3。表 3 用与非门组成的 SR 锁存器的特性表DSDRQ *1 1 0 01 1 1 10 1 0 10 1 1 11 0 0 11 0 1 10 0 0 10 0 1 1注：S D、R D的 0 状态同时消失以后状态不定。16译码器本设计中选用的译 码 器 型 号 是 74LS48（ 共 阴 ） ， 其 引 脚 排 列 如 图 6 所

45、示 ， 其中 、3A、 、 BCD 码输入端， 、 、 、 、 、 、 译 码输出端，输出“1”有效，2A10 aYbcdeYfg用来驱动共阴极 LED 数码管。 测灯输入端， “0”时，译码输出全为“1” ，数码管七段同时电亮，以检查LTT数码管各段能否正常发光。 灭灯输入端， “0”时，译码输出全为“0” 。 RBO/IBI作为输出端使用时，称灭“0”输出端，在 A=B=C=D=0时 ， 而 且 =0 时， 才会输出低电RBO平，表示译码器把不希望显示的零熄灭了。 熄零输入端。用来熄灭不希望显示的零I4.2音响电路由 555 定时器和三极管构成的报警电路如图 3-3 所示：U11DIS7

46、OUT3RST48THR6CON5TRI2GNDVCC555_VIRTUALR115kohmC10.1uFR368kohm5VVCCR2510ohmR4 1kohmQ1BJT_NPN_VIRTUALR5510ohm5VVCCC2100uF200HzU2图 4.2 报警电路其中 555 构成多谐振荡器，振荡频率为：f0=1/(R1+2R2)*C*ln2=1.43/(R1+2R2)*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，电路停振不再工作。4.2.1.单稳态触发器设音响提示时间为 2 秒左右，可采用一脉宽为 2 秒的单稳态触发器实现。实现单

47、稳态触发器的方法有很多，可以用与非门或者非门电路实现微分型单稳、利用施密特触发器实现单稳、集成单稳等。现采用 555 定时器实现，注意其脉宽的计算公式为 tw=1.1RC.若一个负脉冲触发信号到来，将有效触发单稳态电路产生一个脉宽为 2 秒的正脉冲。4.2.2音频振荡器及喇叭电路利用 555 定时器实现频率约 1kHz 的音频振荡器，因 555 定时器有较强的功率输出能力，17可以直接推动喇叭输出。当单稳态触发器进入暂稳态产生一个正脉冲时，控制 555 定时器开始工作，发出响声；当单稳态触发器自动返回稳态后，555 定时器清零，不能发声。4.3时序电路时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以

48、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入正常抢答工作状态，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，同时抢答电路和定时电路停止工作。根据上面的功能要求以及图 3.2.1 和图 3.2.2，设计的时序控制电路如图 3.2.4 所示：121312U1A74LS11D& 21 1U3A74LS04D211U4A74LS04DBusBusCP1QU2A12374LS00D& _ST图 3.2.4(A) 抢答与定时电路的时序控制电路图 3.2.4(B) 报警电路的时序控制电路图中，门 G1 的作

49、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 ST。图 3-4（a）的工作原理是：主持人控制开关从“清零”位置拨到“开始”位置时，来自于图 3-1 中的 74LS279 的输出 CTR=0，经 G3 反相，A=1，则从 555 输出端来的18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，在定时时间未到时，来自于图 3-2 的 74LS192 的借位输出端 BO2=1，门 G2 的输出 ST=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，CTR=1，经 G3反相，A=0，封锁 CP 信号，定时器处于保持状态，门 G2