Cómo diseñar un contestador automático multifuncional de 8 vías basado en un microcontrolador
Diseño de un contestador automático de ocho vías
Resumen
Este artículo presenta un contestador automático con pantalla digital multifuncional hecho de circuitos digitales. Utiliza principalmente el 74. Serie Un circuito integrado de uso común, además de la función de respuesta básica, también tiene la función de alarma de sincronización y pantalla digital. Cuando comienza la respuesta, el sistema realizará una cuenta regresiva automática y se puede preestablecer el tiempo si alguien se apresura. responder durante el período El sistema detendrá el cronometraje Si nadie responde durante el período, el sistema emitirá una breve alarma para indicar que la respuesta ha terminado.
Palabras clave
Microcomputadora de un solo chip, PLC, contestador, alarma, pantalla digital
1 Propósito del diseño
En TV y escuelas. A menudo vemos algunos programas de respuesta intelectual. Si se les pide a los que responden que levanten la mano u otros métodos, el anfitrión puede juzgar mal fácilmente, lo que provocará una respuesta injusta en la competencia para juzgar de manera precisa, justa e intuitiva. , el dispositivo contestador diseñado generalmente utiliza pantalla digital, iluminación, sonido y otros medios para indicar quién es la primera persona que responde. Para evitar que ocurra esta injusticia, solo podemos confiar en la alta precisión de los productos electrónicos para garantizar la imparcialidad de las respuestas a las preguntas.
2. Solución
Hay muchas formas de hacer un contestador automático, y se puede hacer con un microordenador de un solo chip. Es potente y sencillo de hacer, y tiene pocos. componentes periféricos también se puede implementar con PLC, y su producción es relativamente simple; también se puede producir usando la tecnología EDA que hemos aprendido y, finalmente, también se puede implementar usando circuitos digitales; Simple, el precio de los bloques integrados es relativamente barato y fácil de comprar. Está estrechamente relacionado con el "Circuito Digital" que hemos aprendido y puede poner en práctica el conocimiento que hemos aprendido, lo cual es de gran importancia para nosotros. Consolidar el conocimiento que hemos aprendido. Utilizamos algunos circuitos moldeados, como el circuito de segundo pulso estándar NE555, etc., para que el plan general sea fácil de implementar.
Opción 1 1. Diagrama de bloques principal El diagrama de bloques general del respondedor de temporización se muestra en la Figura 1. Consta de el circuito principal y la expansión El circuito consta de dos partes. El circuito principal completa la función básica de respuesta, es decir, después de comenzar a responder, cuando el jugador presiona el botón de respuesta, se puede mostrar el número del jugador y se puede bloquear el circuito de entrada para prohibir que otros jugadores respondan. El circuito de expansión completa la función de respuesta temporizada. Figura 1 El proceso de funcionamiento del contestador automático cronometrado que se muestra en la Figura 1 es: cuando se enciende la alimentación, el host del programa coloca el interruptor en la posición "claro", y el contestador automático está en estado deshabilitado. En el estado de funcionamiento, la pantalla del número se apaga y la pantalla de tiempo muestra la hora establecida. Cuando el host del programa anuncia "Comienza la respuesta" y mueve el interruptor de control a la posición "Inicio". el altavoz emite un mensaje audible y el contestador automático está en funcionamiento. Cuando el cronómetro expira pero ningún concursante responde, el sistema activará una alarma y bloqueará el circuito de entrada, prohibiendo a los concursantes responder después del tiempo de espera. Cuando un jugador presiona el botón de respuesta dentro del tiempo cronometrado, el contestador automático debe completar las siguientes cuatro tareas: ① El circuito de codificación de prioridad distingue inmediatamente el número de la persona que responde y lo cierra con el pestillo, y luego, el circuito de visualización de decodificación muestra el número. ②El altavoz emite un breve sonido para recordarle al anfitrión del programa que preste atención; ③El circuito de control debe bloquear el circuito de codificación de entrada; evitar que otros concursantes vuelvan a hacerlo. Respuesta; ④ El circuito de control debe detener el cronómetro y el tiempo de respuesta restante se mostrará en la pantalla de tiempo y permanecerá hasta que el anfitrión borre el sistema. Cuando los concursantes terminan de responder las preguntas, el anfitrión acciona el interruptor de control para devolver el sistema al estado deshabilitado para la siguiente ronda de respuestas a preguntas. Opción 2 1. Diagrama de bloques principal Las funciones que completa este circuito se muestran en la Figura 2. Cuando el El anfitrión anuncia el inicio de la respuesta, presiona el botón de inicio y el circuito ingresa al estado de respuesta en este momento. La entrada del jugador adopta la entrada de escaneo, y luego la información correspondiente se envía al microcontrolador, y luego el microcontrolador la envía al. circuito de salida de pantalla. En este momento, alguien presiona primero el botón de respuesta correspondiente después de la selección de control del microcontrolador, el número correspondiente se muestra en la pantalla de ocho segmentos y se bloquea, y se prohíbe la entrada de otros botones al mismo tiempo. (Figura 2) Opción 3 1. Diagrama de bloques principal Se muestra la función de este circuito. en la Figura 3 Después de que el anfitrión enciende el interruptor de inicio, si un determinado grupo presiona el botón de respuesta primero dentro del tiempo establecido TO, el circuito de efectos de sonido ① se activará para emitir un sonido, la luz indicadora LI se encenderá y el El botón de respuesta se mostrará en la pantalla del tubo digital de 8 segmentos. Para el número de grupo exitoso, el circuito está entrelazado en este momento y presionar el botón de respuesta para otros grupos no será válido; Si no hay nadie. responde dentro del tiempo TO, el circuito de efectos de sonido ② se activará para emitir un sonido y la luz indicadora L2 se encenderá, lo que significa que todos los que respondieron abandonaron la pregunta; Después de que la respuesta sea exitosa , el anfitrión enciende el interruptor de límite de tiempo SW2 e inicia el temporizador. La respuesta es válida dentro del tiempo establecido TI. Cuando se alcanza el tiempo establecido TI, la respuesta es válida, activa el circuito de efectos de sonido ③ y la luz indicadora. L3 se enciende, indicando que se acabó el tiempo para responder la pregunta. (Figura 3) 3. Selección de solución Comparación de soluciones Circuito digital MCU PLC Dificultad de producción Baja Media Media Dificultad de implementación p> Promedio Bajo Bajo Precio Bajo Promedio Alto Principio del circuito Simple Promedio Promedio Dificultad de diseño Simple Alta Promedio En comparación con las soluciones anteriores, la solución de producción de circuitos digitales es relativamente Es fácil de implementar y, en principio, también es relativamente simple. Así que elegí usar la primera solución para completar el circuito del timbre. IV. Funciones del sistema de diseño 1. Funciones básicas: (1) Para que 8 jugadores compitan al mismo tiempo, representado por 8 botones S0 ~ S7 respectivamente. (2) Configure un interruptor de control de respuesta y limpieza del sistema S, que está controlado por el host. (3) El contestador automático tiene funciones de bloqueo y visualización. Es decir, el jugador presiona el botón para bloquear el número correspondiente, el altavoz emite un mensaje sonoro y el número del jugador se muestra en el tubo digital de siete segmentos. Se implementa un bloqueo de prioridad para que los concursantes respondan preguntas, y el número del concursante que da prioridad para responder preguntas se mantendrá hasta que el anfitrión borre el sistema. 2. Funciones extendidas: (1) El contestador automático tiene una función de respuesta temporizada y el host establece el tiempo de respuesta de una llamada (por ejemplo, 30 segundos). Cuando el anfitrión activa el botón "Inicio", el temporizador cuenta atrás. (2) Los concursantes responden dentro del tiempo establecido. Si la respuesta es válida, el cronómetro deja de funcionar. El número del jugador y el tiempo de respuesta se muestran en la pantalla y permanecen hasta que el anfitrión borra el sistema. En esta sección (3), si nadie responde después de que haya expirado el tiempo programado, la respuesta no será válida, el sistema emitirá una alarma y prohibirá responder y se mostrará 00 en la pantalla de cronometraje. V. Diseño de cada circuito unitario (1) Diseño del circuito principal del contestador El circuito contestador tiene dos funciones: una es distinguir Se revela la secuencia de pulsaciones de botones del jugador y el número del respondedor prioritario se bloquea para su uso por el circuito de visualización de decodificación, el segundo es para invalidar las operaciones de pulsación de botones de otros jugadores; Las funciones anteriores se pueden completar seleccionando el codificador de prioridad 74148 y el pestillo DFF. La composición del circuito se muestra en la Figura 4. Su principio de funcionamiento es: cuando el interruptor de control del host está en la posición "claro", el terminal del flip-flop RS tiene un nivel bajo y todos los terminales de salida (4Q ~ 1Q) tienen un nivel bajo. Entonces 74LS48 =0, la pantalla se apaga; el terminal de entrada estroboscópico de 74148 =0, 74LS148 está en estado de funcionamiento y el circuito de bloqueo no funciona en este momento. Cuando el interruptor del host se mueve a la posición de "inicio", el circuito de codificación de prioridad y el circuito de enclavamiento están en estado de funcionamiento al mismo tiempo, es decir, el contestador automático está en estado de espera, esperando la señal de entrada de la entrada. terminal 7...0 Cuando un jugador presiona la tecla Cuando (como presionar S5), la salida de 74LSl48 = 010, =0, después de pasar por el pestillo RS, CTR = l, =1, 74LS279 está en funcionamiento. Estado, 4Q3Q2Q = 101, después de decodificar por 74LS48, la pantalla muestra "5". Además, CTR=1 hace que el terminal 74l48 tenga un nivel alto y 74LSl48 esté en un estado de funcionamiento deshabilitado, bloqueando la entrada de otras claves. Cuando se suelta la tecla presionada, 74LSl48 está en nivel alto, pero como CTR permanece en nivel alto, 74LSl48 todavía está en un estado de funcionamiento deshabilitado y no se recibirán señales de entrada de otras teclas. Esto asegura la prioridad del respondedor y la precisión del circuito de respuesta. Cuando el respondedor prioritario termina de responder la pregunta, el anfitrión acciona el interruptor de control S para restablecer el circuito de respuesta para la siguiente ronda de respuestas. (Figura 4) 74LS148 es un codificador de prioridad de 8 a 3 líneas, y la Tabla 1 es su tabla de funciones. Tabla 1 Tabla de verdad funcional de 74LS148 (2) Diseño del circuito de temporización Principio y diseño: esta parte se compone principalmente de un circuito generador de segundo pulso de temporizador 555 , el circuito de conteo de restas 74LS192 del contador de suma y resta síncrono decimal, el circuito de decodificación 74LS48 y dos tubos digitales de 7 segmentos son circuitos relacionados. El circuito específico se muestra en la Figura 5. Dos 74LS192 realizan el conteo de restas, que se muestra en el tubo digital a través del circuito decodificador 74LS48, y la señal de reloj la proporciona el circuito de generación de reloj. El terminal de control de número preestablecido de 74192 realiza el número preestablecido. El anfitrión del programa establece el tiempo para una respuesta de acuerdo con la dificultad de la pregunta de respuesta y preestablece el contador a través del circuito de tiempo preestablecido. Si desea configurarlo en 30S. Puede ingresar 00110000 en el terminal de control de número preestablecido del contador. El impulso de reloj lo proporciona el segundo circuito de impulsos. Después de que aparece el botón, el contador comienza a restar y contar, y muestra el tiempo en el tubo de visualización digital de siete segmentos del cátodo. Cuando alguien responde, deja de contar y muestra el tiempo de cuenta regresiva en ese momento; , se mostrará el tiempo de cuenta atrás. En ese momento, se envía un nivel bajo al circuito de control de tiempo para controlar el circuito de alarma y, al mismo tiempo, las respuestas posteriores de los concursantes no serán válidas. El circuito específico se muestra en la Figura 5. (Figura 5) Circuito de generación de segundo pulso: el segundo pulso lo proporciona NE555 y la frecuencia de la salida de pulso por sus 3 terminales es , combinado con nuestra experiencia práctica y considerando el costo de los componentes, los valores de resistencia que elegimos son R1=15K, R2=68K, C=10uF, que se pueden obtener sustituyendo en la fórmula anterior, que es pulso por segundo. (3) Diseño del circuito de alarma El circuito de alarma compuesto por un temporizador 555 y un transistor se muestra en la Figura 6. Entre ellos, el 555 constituye un multivibrador y la frecuencia de oscilación de su señal de salida impulsa al altavoz a través del triodo. PR es la señal de control. Cuando PR es de nivel alto, el multivibrador funciona. Cuando PR es de nivel bajo, el circuito deja de oscilar. (Figura 6) (4) Diseño del circuito de control de temporización La función de la puerta AND G1 es controlar la liberación y prohibición de la señal de reloj. CP y la puerta G2. Su función es controlar el terminal de habilitación de entrada de 74LS148 (es decir, el terminal 5 en la Figura 2). El principio de funcionamiento de la Figura 7 es: cuando el interruptor de control del host se mueve desde la posición "clara" a la posición "inicio", la salida 1Q del 74LS279 en la Figura 2, es decir, CTR = 0, se invierte mediante G3, y la salida es 1, entonces la señal de reloj CP generada por NE555 se puede agregar a la entrada de reloj CPD de 74LS192 y el circuito de temporización realiza una temporización decremental. Al mismo tiempo, cuando el tiempo de sincronización no ha expirado, la "señal de llegada de sincronización" es 1 y la salida de la puerta G2 = 0, lo que hace que el 74LS148 esté en estado de funcionamiento normal. Cuando el jugador presiona el botón de respuesta dentro del tiempo cronometrado, CTR = 1, invertido por G3, la salida es 0, la señal CP se bloquea y el temporizador permanece en el estado de funcionamiento al mismo tiempo, la salida de la puerta G2; = 1 y el 74LS148 está en estado de funcionamiento prohibido. Cuando el cronómetro expira, la "señal de sincronización" es 0, /ST=1, 74LS148 está en un estado de funcionamiento deshabilitado y los jugadores tienen prohibido responder preguntas. Al mismo tiempo, la puerta G1 está en el estado cerrado, bloqueando la señal CP del reloj, de modo que el circuito de sincronización permanece en el estado 00, y termina esta prisa por responder. (Figura 7) El disparador monoestable integrado 74LS121 se utiliza para controlar el circuito de alarma y el tiempo de sonido (consulte la Tabla 2 para ver su lista de funciones. El principio específico es el siguiente: Compuesto principalmente por 555. Consta de un circuito de reloj (utilizado para controlar la frecuencia del sonido de la alarma), un zumbador, un circuito de retardo relacionado y un circuito de control. El disparador monoestable 74121 controla la alarma o no y el tiempo de la alarma a través de las señales /Ys, BO2, S y el circuito de reloj 555 genera un reloj de pulso. Cuando alguien se apresura a responder a la hora especificada, /Ys salta de 1 a 0 y 74121 tiene el estado 2, es decir, la salida Q es de nivel alto transitorio, el zumbador suena continuamente y la duración es = 2,15 segundos. ; si dentro del tiempo especificado nadie responde, BO2 salta de 1 a 0, 74121 tiene el estado 1, la salida Q es de nivel alto transitorio y el zumbador suena continuamente durante una duración de la alarma de Combinado con la alarma. circuito que se muestra en la Figura 6, analice El cálculo es el siguiente: . Tome C=100uF, R=25K. Sí = 2,15 segundos. (Consulte la Figura 8 para ver el diagrama esquemático) (Figura 8) Tabla 2 Tabla de funciones 74121 (6) Circuito de alimentación Fuente de alimentación El circuito utiliza un bloque integrado regulador de voltaje lineal integrado de tres terminales, L7805CV, porque su circuito periférico es relativamente simple y su funcionamiento es relativamente estable, por lo que es muy adecuado para el bloque integrado de la serie 74. Su precisión de regulación de voltaje es del 2%, la corriente de funcionamiento es de 1,5 A, el paquete es TO-220 (A), la temperatura de funcionamiento también es muy buena y tiene protección contra sobrecalentamiento y protección contra cortocircuitos para el voltaje de entrada máximo. es de 35 V, lo que puede proteger el circuito durante mucho tiempo. Hay una gran seguridad laboral. (Ver Figura 9 para el circuito específico) (Figura 9) 6. Resumen El proyecto de graduación no es sólo una prueba de los conocimientos previamente aprendidos. , pero también es también una mejora de las propias capacidades. A continuación haré un breve resumen de todo el proceso del proyecto de graduación. Primero, selecciona el tema después de recibir la tarea. La selección del tema es el comienzo del proyecto de graduación. Elegir un tema apropiado e interesante tiene una gran influencia en si todo el proyecto de graduación puede desarrollarse sin problemas. Al igual que caminar, el primer paso tiene una importancia decisiva. Es necesario considerar cuidadosamente dónde dar el primer paso. De lo contrario, puedes tomar muchos desvíos, dar muchas vueltas y vueltas, o incluso ir en la dirección equivocada, dificultando llegar a tu destino. Por tanto, debes pensar detenidamente a la hora de elegir una pregunta. En segundo lugar, una vez determinado el tema, es hora de buscar información. La búsqueda de información es la preparación preliminar para el proyecto de graduación. Un buen comienzo equivale a la mitad del éxito. Aunque ir a la biblioteca, librería y sala de referencia es un método relativamente primitivo, también tiene sus ventajas. En resumen, no importa qué método marque, la información es valiosa y debe registrarse una por una para uso futuro. En tercer lugar, a través del proceso anterior, se ha acumulado mucha información y tengo una comprensión general del tema seleccionado. Este paso es actualizar el tema sobre esa base, integrando la información existente. . Analizar el tema a fondo. En cuarto lugar, una vez que tengas una dirección de investigación, debes comenzar a implementarla. De hecho, los tres pasos anteriores son preparativos para este paso. A través de este diseño, tengo una cierta comprensión de las relaciones lógicas en el diseño de circuitos digitales y tengo una nueva comprensión de los circuitos digitales que aprendí antes. Después de revisar el conocimiento que aprendí antes, puedo As. La gente suele decir: revise el pasado y aprenda lo nuevo. Sin embargo, durante el proceso de diseño, encontré muchos problemas y algunos conocimientos ya no estaban claros. Sin embargo, revisé el contenido de la parte del circuito digital nuevamente. materiales. Este proyecto de graduación también ha hecho que nuestra relación con los compañeros vaya un paso más allá. Los compañeros se ayudan entre sí. Si hay algo que no entendemos, podemos discutirlo juntos. Escuchar diferentes opiniones nos ayudará a comprender mejor el conocimiento. ayudas mucho a mis compañeros. Me gustaría agradecer a mi instructor por darme esta oportunidad de hacer ejercicio. A lo largo de todo el proceso de diseño de graduación, aprendí mucho, cultivé mi capacidad para trabajar de forma independiente y establecí confianza en mi propia capacidad laboral. Creo que tendrá un impacto muy importante en mis estudios, mi trabajo y mi vida futuros. Además, mi capacidad práctica ha mejorado enormemente, lo que me permite apreciar plenamente la dificultad de la exploración y la alegría del éxito en el proceso creativo. Aunque este proyecto aún no es perfecto, lo que aprendí durante el proceso de diseño es la mayor ganancia y riqueza de este proyecto de graduación, que me beneficiará durante toda mi vida.