电子技术课程设计5路抢答器.doc

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1、 单单片片机机技技术术课课程程设设计计说说明明书书 五路抢答器五路抢答器 专业专业电气工程及其自动化 学生姓名学生姓名 班级班级BMZ 电气 081 学号学号0861402131 指导教师指导教师 完成日期完成日期2011 年 6 月 9 日 目录目录 目录目录.I 摘 要.II ABSTRACT.III 第一章 五路抢答器需求分析.1 1.1 背景.1 1.2 目的.1 1.4 设计所需元件及工具.2 第二章 五路抢答器框架.3 2.1 5 路抢答器设计的方案分析.3 2.1.1 数字抢答器总体方框图.3 2.2 采用方案.3 第三章 具体电路设计.5 3.1 抢答器主体电路.5 3.2 时

2、序控制电路.5 3.3 报警电路.5 第四章 芯片介绍.7 4.1 74LS373.7 4.1.1 功能简介.7 4.1.2 74LS373 的真值表(功能表)，表中：.8 4.2 74LS148 .8 4.2.1 功能简介.8 4.2.2 引脚图.9 4.2.3 真值表.9 4.3 74LS48.10 4.3.1 功能简介.10 4.3.2 引脚图.10 4.3.3 真值表.10 4.4 74LS83.11 4.4.1 功能简介.11 4.4.2 引脚图.11 4.5 74LS32.11 4.5.1 功能简介.11 4.5.2 引脚图.11 4.5.3 真值表.12 4.6 74LS04.1

3、2 4.6.1 功能简介.12 4.6.2 引脚图.12 4.6.3 真值表.13 4.7 74LS30.13 4.7.1功能简介.13 4.7.2 引脚图 4.7.3 主程序.13 第五章 总结.14 第六章 参考文献.15 第七章 附录.1 附录 I 元件列表.1 摘 要 该抢答器主要是基于 7 4 系列集成芯片组成电路各个部分，成本较低 ， 且基本能够使用于学校的一些活动中。采用 74LS148 编码器和 74LS373 锁存器 组成 抢答器的核心部分抢答电路。采用七段共阴极 LED 数码管显示抢答序号和 定时时间，由 74LS48 数字显示译码管显示数码管。 五路抢答器的设计是基于集成

4、元器件的设计，成本较低 ，且基本能够使用于学 校的一些活动中。采用 CD4532 编码器、CD4511 译码器和 74LS373 锁存器组成 抢答器的核心部分抢答电路。采用 555 定时器和三极管构成报警电路，时序控 制电路由 74LS121 产生。采用七段共阴极 LED 数码管显示抢答序号，由 74LS48 数字显示译码管显示数码管。本设计的理设计主要在 Multisim、protel 和 Protus 上完成。经理论分析、Multisim 和 Protus 的仿真得出各器件信号和参 数。然后在 protel 上画出最终电路图。最后在实验室完成实际设计。 关键词：呼叫器；集成元件；Multi

5、sim；protus。 Abstract Answer eight-way design is based on the design of integrated components, lower cost, and basically be able to use some of the schools activities. Using 74LS148 and 74LS279 RS encoder latch formed the core of the Answers Answer circuit. 74LS192 increase the use of metric / Answer

6、 by counter designs timing of the clock pulse counter circuit to provide. Using 555 timer and alarm circuit transistor constitute, timing control circuit generated by the 74LS121. Seven- Segment LED cathode were used digital tube display the serial number and timing Answer time, figures from the 74L

7、S48 decoder digital tube display. The rationale for the design of the design mainly in the Multisim, protel and complete Protus. By theoretical analysis, Multisim Simulation and come Protus signals and parameters of the device. Protel on and then draw the final circuit. Finally, the completion of th

8、e actual design in the laboratory. KeywordsKeywords: pager; integrated components; Multisim; protus. 第一节第一节 课程设计目标课程设计目标 1.1 概述概述 单片机原理及应用课程设计是学生综合运用所学知识，全面掌握单片微型 计 算机及其接口的工作原理、编程和使用方法的重要实践环节。通过独立或协作 提出并论证设计方案，进行软、硬件调试，最后获得正确的运行结果，可以加 深和巩固对理论教学和实验教学内容的掌握，进一步建立计算机应用系统整体 概念，初步掌握单片机软、硬件开发方法，为以后进行实际单片机软

9、、硬件应 用开发奠定良好的基础。 课程设计的主要内容：根据单片机原理及应用课程的要求，主要进行两个方面 的设计，即单片机最小系统和存储器扩展设计、接口技术应用设计。其中，单 片机最小系统主要要求学生熟悉单片机的内部结构和引脚功能、引脚的使用、 复位电路、时钟电路、4 个并行接口和一个串行接口的实际应用，从而可构成 最小应用系统，并编程进行简单使用。 存储器扩展设计要求学生掌握常用半导体芯片与单片机的接口，如 EPROM 存储器用作外部程序存储器时与单片机的连接关系，SRAM 存储器用作外部数据 存储器时与单片机的连接关系，E2PROM 存储器用作外部程序/数据存储器时与单 片机的连接关系。能合

10、理分配和使用单片机的内部和外部存储器，编程实现正 常的读写功能。 接口技术应用设计主要要求学生能综合运用单片机、存储器、常用接口芯 片构成单片机应用系统，有针对性地进行软、硬件设计与开发。 1.2 功能介绍：功能介绍： 1、如果想调节抢答时间或答题时间,按抢答时间调节键或答题时间调节键 进入调节状态,此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值,如想加一秒按一 下加 1s键,如果想减一秒按一下-1s键，时间 LED 上会显示改变后的时间， 调整范围为 0s99s, 0s 时再减 1s 会跳到 99，99s 时再加 1s 会变到 0s。 2、主持人按抢答开始键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设

11、 30s 抢 答时间） ，如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时 （预设 60s 抢答时间） ，不进行抢答查询，所以只有第一个按抢答的选手有效。 倒数时间到小于 5s 会每秒响一下提示音。 3、如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按停止按键，系统会自动进 入准备状态，等待主持人按抢答开始进入下次抢答计时。 4、如果主持人未按抢答开始键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED 上不 断闪烁 FF 和犯规号数并响个不停，直到按下停止 键为止。 5、P3.0 为开始抢答，P3.1 为停止，p1.0-p1.7 为八路抢答输入 数码管段选 P0 口，位选 P2 口低 3 位，蜂鸣

12、器输出为 P3.6 口。P3.2 抢答时间调整结，P3.3 回 答时间调整，P3.4 为时间加 1 调整，P3.5 为时间减 1 调整。 第一章 五路抢答器需求分析 本章是对五路抢答器设计的总体分析，通过了解设计五路抢答器的背景、 目的，来很好的把握设计所要达到的功能和要求。为以后具体设计打下基础。 1.1 背景 数字电路产品在生活中有着极其广泛的应用，包括计算机、数字通信、智 能仪器仪表、自动控制及航天等领域中。这些给人们带来了生活，工作等方面 带来了极大的方便。数字电路的发展，使得这门课程对于我们来说是很有必要 学好。数字电路设备实现简单，速度和可靠性好。在这次电子设计中，本人制 作五路智

13、能抢答器。抢答器在比赛等场合中不可缺少的设备。 这次电子设计是在周云龙老师的指导下,全组 3 名同学一起讨论，设计出电 路图，然后在试验老师的带领下，设计完成。 1.2 目的 本次设计更重要是完成课程设计，达到规定要求。要求如下： 1. 抢答器同时供 5 名选手或 5 个代表队比赛，分别用 5 个按钮 S1 S5 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

14、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，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间 2 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。 1.31.3 功能 抢答器可以实现 5 个人同时抢答，在抢答时可以优先所存。在第一个信号 输入后，锁存器实现所存，别的信号不能输入，数码显示管输出数字显示。 1.4 设计所需元件及工具 本设计需要的工具有： 数

15、字万用表，电焊，示波器，protues，protel，multism。 本设计需要的元件有（元件参数详见附录）： 5V 电源，电阻，按键，发光二极管，三极管， 74LS373，74LS04。 74LS148，74LS83,74LS48,74LS32,74LS30 共阴极 7 段 LED，喇叭。 原理图原理图 第二章 五路抢答器框架 2.1 5 路抢答器设计的方案分析 设计具有某种特定功能的集成电路板一般比较复杂，因此，在设计前，一 定要通过对几种方案的比较，选择较为简单的。这样，在正式设计是，就能做 到电路简化，电路板做出来较为美观，尤其重要的是：能达到事半功倍的目的。 2.1.1 数字抢答器

16、总体方框图 如图所示为总体方框图。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； 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。 2.22.2 采用方案采用方案 根据设定的总体方框图，我们小组设计除了几种方案。经过大家的一致讨 论，实验室里芯片的取舍，实施的难易程度，我们选择了综合各方面都较为容 易实现的一种方案。 2.2.1 输入电路 由 74LS373 锁存器、74LS148 编

17、码器、74LS30 编码器一起组成电路的输入部分。 2.2.2 中间传输部分 中间传输部分由全加器 74LS83 构成。 2.2.3 输出电路 译码器 74LS48 构成输出的主要部分。由它驱动数码显示管形成数字 显示部分，蜂鸣器也是由它经三极管驱动发出声音。 第三章 具体电路设计 3.1 抢答器主体电路 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 74LS373 锁存器可以完成上述功能。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（4Q1

18、Q）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 S5)，74LSl48 的输出=010， =0，经 RS 锁存器后，CTR=l， =1，74LS373 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 74LSl48 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

19、。 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。 3.2 时序控制电路 时序控制电路是五路抢答器设计的关键，因为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，扬声器发声，抢答电路和定时电路 进人正常抢答工作状态。 (2).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。 (3).当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声

20、，同时抢答电路和定时电 路停止工作。 3.3 报警电路 这部分电路我们是用由 74LS148 译码器和三极管构成。74LS148 构成多谐 振荡器，振荡频率 fo143（R12R2）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；而当 PR 为低电平 时，电路停振。 测试时的结果 第四章 芯片介绍 4.1 74ls373 4.1.1 功能简介: 74ls373 是常用的地址锁存器芯片，它实质是一个是带三态缓冲输出的 8D 触发器，在单片机系统中为了扩展外部存储器，通常需要一块 74ls373 芯片.本 文将介绍 74ls373 的工作原理,引脚图(

21、管脚图),内结构图、主要参数及在单片 机系统中的典型应用电路.4.1.2 74ls373 工作原理简述:(1).1 脚是输出使能 (OE),是低电平有效,当 1 脚是高电平时,不管输入 3、4、7、8、13、14、17、18 如何,也不管 11 脚(锁存控制端,G)如何,输出 2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部呈现高 阻状态(或者叫浮空状态);(2).当 1 脚是低电平时,只要 11 脚(锁存控制端,G)上 出现一个下降沿,输出 2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、 1

22、9(Q7)立即呈现输入脚 3、4、7、8、13、14、17、18 的状态. 锁存端 LE 由高变低时，输出端 8 位信息被锁存，直到 LE 端再次有效。 当三态门使能信 号 OE 为低电平时，三态门导通，允许 Q0Q7 输出，OE 为高电平时，输出悬空。 内部逻辑结构图 内部结构图 4.1.2 74LS373 的真值表(功能表)，表中： Output control Enable G D Output L L L H H H L X H L X X H L Q0 Z L低电平； H高电平； X不定态； Q0建立稳态前 Q 的电平； G输入端，与 8031ALE 连高电平：畅通无阻低电平：关门锁

23、存。 图中 OE使能端，接地。 当 G=“1”时，74LS373 输出端 1Q8Q 与输入端 1D8D 相同； 当 G 为下降沿时，将输入数据锁存。 4.2 74LS148 4.2.1 功能简介 74LS148是8：3线优先编码器。它允许多个输入信号同时有效，但只对一个优先 级最高的信号进行编码。 4.2.2 引脚图 4.2.3 真值表 4.3 74LS48 4.3.1 功能简介 在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码 器时，已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。在同时存在两个或两个以上 输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不 起作用

24、。74LS148 是一个五线-三线优先级编码器。 4.3.2 引脚图 4.3.3 真值表 4.44.4 74LS8374LS83 4.4.1 功能简介 74LS83 是加法器，其输出为两个输入 A、B 的二进制之和。通过简单的级 联，可以实现乘法。 4.4.2 引脚图 4.5 74LS32 4.5.1 功能简介 74LS32 是 4 个二输入与非门。 4.5.2 引脚图 4.5.3 真值表 输入 输出 A B L 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 4.6 74LS04 4.6.1 功能简介 74ls04 是带有 6 个非门的芯片，它的作用是实现反向。 4.6.2 引脚图 4.6.

25、3 真值表 输入输出 4.7 74LS30 4.7.1 功能简介 74LS30 是五输入与非门。 4.7.2 引脚图 A Y 0 1 1 0 4.7.34.7.3（源程序）（源程序） 主程序部分和注解如下： OK EQU 20H;抢答开始标志位 RING EQU 22H;响铃标志位 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INT0SUB ORG 000BH AJMP T0INT ORG 0013H AJMP INT1SUB ORG 001BH AJMP T1INT ORG 0040H MAIN: MOV R1,#30;初设抢答时间为 30s MOV R2,#60;

26、初设答题时间为 60s MOV TMOD,#11H;设置未定时器/模式 1 MOV TH0,#0F0H MOV TL0,#0FFH;越高发声频率越高,越尖 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H;50ms 为一次溢出中断 SETB EA SETB ET0 SETB ET1 SETB EX0 SETB EX1;允许四个中断,T0/T1/INT0/INT1 CLR OK CLR RING SETB TR1 SETB TR0; 显示子程序，及部分注解如下： DISPLAY:MOV DPTR,#DAT1;查表显示程序,利用 P0 口做段选码口输出/P2 低三位 做位选码输出, MOV A

27、,R3 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0feH MOV P0,A ACALL DELAY MOV DPTR,#DAT2 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0fdH MOV P0,A ACALL DELAY MOV A,R4 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0fbH MOV P0,A ACALL DELAY RET DAT1:DB 00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H ;灭,1,2,3,4,5,6,7,8,9,灭,F DAT2:DB 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7d

28、h,07h,7fh,6fh,00H,71H 第一个为零,其他与上相同,因为十位如果为零显示熄灭 =TO 溢出中断(响铃程序)= T0INT: MOV TH0,#0ECH MOV TL0,#0FFH JNB RING,OUT; CPL P3.6;RING 标志位为 1 时候 P3.6 口不断取反使喇叭发出一定频率的声音 OUT: RETI T1 溢出中断(计时程序)： T1INT: MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H INC R0 RETI END 抢答器处理程序： TRUE1: ACALL BARK;按键发声 MOV A,R2 MOV R6,A;抢答时间 R2 送 R6 MO

29、V R3,#01H CLR OK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答 AJMP COUNT TRUE2:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#02H CLR OK AJMP COUNT TRUE3:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#03H CLR OK AJMP COUNT TRUE4:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#04H CLR OK AJMP COUNT TRUE5: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#05H CLR

30、 OK AJMP COUNT TRUE6: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#06H CLR OK AJMP COUNT TRUE7: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#07H CLR OK AJMP COUNT TRUE8: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#08H CLR OK AJMP COUNT 第五章 总结 历时两周的电子技术课程设计已经结束了。虽然只是 2 周的时间，可我在 这次设计中却是受益匪浅。这次的课程设计让我对平时学习的理论知识与实际 操作有了新的收

31、获和认识，在理论和实验教学基础上进一步巩固已学基本理论 及应用知识并加以综合提高，学会将知识应用于实际的方法，提高分析和解决 问题的能力。 这学期一开始，就知道有这个任务要完成。听以前的说过这个东西很难， 因此有些担忧。正是因为担忧，就有了更多提前的准备。很早以前就开始上网 查找这方面的资料，去图书馆翻看有关的书籍。有了这些准备工作，正式做的 时候虽然依然遇到了麻烦，但也不至于束手无策了。 在老师的指导下，我们小组一起完成了电路图的设计。设计完电路图，接 下来的工作就简单多了。在实验室焊接电路板依然困难重重，但经过一次次的 调试、修改，终于完成了。当电路板调试时功能都实现了的那一刻，心里的高 兴劲真是无法用言语形容。 这次设计培养了我独立动手的能力，也使我对我们专业的方向有了更深刻 的了解。以后，我一定要多进行一些专业课程的设计，这样会对自己能力的提 高有很大好处。 第六章 参考文献 1. 邓元庆，贾鹏.数字电路与系统设计.西安电子科技大学出版社； 2. 欧阳星明 编，武汉 华中科技大学出版社，2002 年 5 月版 3. 李海 编 ,重庆 重庆大学出版社 1999 年 9 月版. 4. 金维香.谢玉梅.电子测试技术.湖南大学出版社。 5. 6.