八路抢答器的设计_毕业论文1.doc

八路抢答器的设计 八路抢答器的设计八路抢答器的设计 摘摘 要要 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，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 八路抢答器的设计 3 目目 录录 前言1 第一章 绪 论2 第二章设计要求、构思理论依据3 2.1 设计要求 .3 2.2 设计构思理论依据 .3 第三章关键器件介绍5 3.1 数码管简介 .5 3.2 555 定时器简介8 第四章电路设计.13 4.1 抢答电路 .13 4.2 音响电路.15 4.3 时序电路 .16 第五章电路实验及调试.17 5.1 焊接 .17 5.2 调试出现的问题及解决方法.18 总结.19 参考文献.20 4 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。 5 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6 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。 7 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。 8 第三章第三章 关键器件介绍关键器件介绍 整个电路的电子器件有： 555 定时器，cd4511 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 8 7 6 g f gnd a b 1 2 3 4 5 dp. e d gnd c dp a b c d e f g dd +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）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。 9 3.1.3 数码管字形选择 要使数码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 dpgfedcba 字型码 000001000111h 1111010111d7h 220011001032h 331001001092h 4411011001d4h 551001100098h 660001100018h 7711010011d3h 880001000010h 991001000090h 。 011111117fh 熄灭灭11111111ffh 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 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 10 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 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。 11 3.23.2 555555 定时器简介定时器简介 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。 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，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、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 12 555 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 脚悬空时，则电压比较器 a1 的反 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 vo 4 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 清零端高触发端 th低触发端 tlq放电管 t功能 00导通直接清零 101x保持上一状态保持上一状态 1101截止置1 1001截止置1 1110导通清零 13 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 。 2.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 14 暂稳态的持续时间 tw（即为延时时间）决定于外接元件r、c 的大小。 tw=1.1rc 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 vccr1 r2 c地，按指数规律上升，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 15 第 4 章 电路设计 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”时，抢答器处于等待工作st 状态，当有选手将键按下时（如按下 s5） ，74ls148 的输出,经 rs 锁存 210 010y yy 0exy 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，1bi 2q，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st 时，74ls148 的此时由于仍有 2q，使，所以 74ls148 仍处于禁止状态，1exyst 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=1，74ls148 的输出,经 rs 锁存后, 210 111y yy 0exy 2q=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。 16 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。stsyexy 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 个输入端stst 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syexy 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 st 0i1i2i3i4i5i6i7i 2y1y0y syexy 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 01 0 0 0 1 1 1 0 1 11 0 0 0 1 1 1 1 1 0 01 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 11 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 01 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 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 d s d rq * q 1 100 1 111 0 101 0 111 1 001 1 011 0 001 0 011 注：sd、rd的 0 状态同时消失以后状态不定。 17 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 所示，其中、 3 a 、 bcd 码输入端，、 、 、 译 码输出端，输出“1”有效， 2 a 1 a 0 a a y b y c y d y e y f y g y 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ltlt 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/bibi 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rbirbo 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rbi 4.2 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： u1 1 dis 7 out 3 rst 4 8 thr 6 con 5 tri 2 gnd vcc 555_virtual r1 15kohm c1 0.1uf r3 68kohm 5v vcc r2 510ohm r4 1kohm q1 bjt_npn_virtual r5 510ohm 5v vcc c2 100uf 200hz u2 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。 18 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， 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： 1 2 13 12 u1a 74ls11d & 2 1 1 u3a 74ls04d 2 1 1 u4a 74ls04d bus bus cp 1q u2a 1 2 3 74ls00d & _ 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 19 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 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的输出 st=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，来自于图 3-2 的 74ls192 的借位输出端 bo2=0，门 g2的输出 st=1，74ls148 处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答，门 g1同时处 于关门状态，封锁 cp 信号，使定时电路为 00 状态，从而实现功