数字抢答器设计.doc

1、目 录1 引言12 Multisim简介23设计原理33.1 总体方案设计33.1.1 设计思路33.1.2 总体框图43.2 各模块设计方案及原理43.2.1 抢答电路43.2.2报警电路73.2.3抢答倒计时电路73.2.4 回答倒计时电路84调试124.1抢答功能测试124.2倒计时功能测试134.3禁止抢答功能测试144.4预置答题时间功能测试154.5超时报警功能测试165 结论176心得体会18参考文献19附录20课程设计说明书1 引言在竞赛、文体娱乐活动中，通过声、光，能准确、公正、直观地判断出抢答者的机器。本设计为六路抢答器，利用逻辑电路基础，由抢答电路、倒计时电路、报警电路组

2、成。实现能同时供6人抢答，并且主持人可预置抢答后选手作答时间。抢答器利用multisim进行设计和仿真，运用数字电子技术知识，通过对问题的分析，找出所需原件进行组合，最终实现抢答器功能。通过本次设计，加深学生对理论知识的理解，提高学生的动手能力，独立分析、解决问题能力，协调能力和创造性思维能力。提高学生在数字电路应用方面的实践技能，树立严谨的科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力，学生通过电路的设计、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，进一步理解数字系统的概念，掌握小型数字系统的设计方法，掌握查阅有关资料的技能。同时也提高了学生对数字电子技术的兴

3、趣，学生可以将自己的思想融入到设计当中，丰富了设计的功能。2 Multisim简介Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。 工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理

4、论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，人们可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，使人们能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。233设计原理3.1 总体方案设计3.1.1 设计思路 1设计整体要求准确判断

5、出第一抢答者的信号并将其锁存，选手在规定时间内作答方可有效，同时将选手编号以数码管显示的方式输出。实现锁存这一功能可选择SR锁存器。在得到第一信号之后立即将电路的输入封锁，即使再有抢答信号也无效。同时还必须注意，第一抢答信号应在主持人发出抢答命令之后才有效。 2只有当主持人按下开始按钮后选手方可答题，否则记为无效。开始抢答，此时，进行9秒倒计时，当有抢答信号时计时停止，显示当前秒数。当数码管显示为“0”后，若无人抢答，抢答显示器全亮为8。主持人清零开始后进行新一轮抢答。 3当主持人按下开始按钮，有选手在规定时间内抢答后，信号输入，通过编码、译码和数显电路显示抢答选手号码。 4.主持人可根据选手

6、回答问题的难易程度，通过拨动开关的方式，事先预置选手回答问题的时间 。 5.当选手到达主持人预置的时间后，倒计时数显电路的数码管显示“00”，此时有灯光亮起，提示选手时间已到，禁止答题。3.1.2 总体框图图3-1 总体框图3.2 各模块设计方案及原理3.2.1 抢答电路抢答电路是由选手抢答电路和主持人控制电路共同组成的。抢答电路要求主持人按下开始按钮后，分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，译码显示电路显示编号，同时保证其他选手按键操作无效。工作过程：开关S置于清除端时，74LS279芯片的 R端均为，个RS触发器输出置，使74LS148的 ，使之处于工作状态。当开关S置于开始时，抢

7、答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下J6），74LS148的输出 经RS锁存后，2Q2=1,74LS48处于工作状态，2Q1 1Q2 1Q1=110,经译码显示为6。同时，21，使74LS148 ，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为21，使EI ，所以74LS148仍处于禁止状态，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开关重新置清除，然后再进行下一轮抢答。抢答器电路如下图3-2所示，74LS148优先编码器功能表如下表3-1所示，74LS279 RS触发器功能表如下表3-2所示：表3-1 74L

8、S148优先编码器功能表输 入输 出EIDOD1D2D3D4D5D6D7A2A1A0GSEO1XXXXXXXX11111011111111111100XXXXXXX0000010XXXXXX01001010XXXXX011010010XXXX0111011010XXX01111100010XX011111101010X01111111100100111111111101表3-2 74LS279 RS触发器功能表QQ*110011110101011110001010000X001X图3-2 抢答电路3.2.2报警电路由555定时器和三极管构成的报警电路如图3-4所示。其中555构成多谐振荡器，振

9、荡频率fo1（RI2R2）Cln2，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。电路如图3-3所示:3-3 报警电路3.2.3抢答倒计时电路该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制加减计数器74ls190、数码管构成。完成的功能是当主持人按下开始按钮，进行9秒倒计时，当有人抢答时，计时停止，到0秒无人抢答停在0秒，抢答无效。通过74ls190实现减法计数，74LS190置数端连接主持人开关，开关闭合前LOAD置于低电平，芯片实现置数功能，因ABCD=1001，因此置数9，当按下开关，LOAD置于高电平开始计数，因为CTEN端接于触发器2

10、Q1端，若有人抢答则输入高电平，因CTEN低电平有效，所以计数停止。而74LS190输出端用一个或门和与门实现倒计时到零停止。电路如图3-4所示：74LS190有如下功能：74LS190为十进制加减法计数器。CTEN为使能端，低电平有效，高电平保持。LOAD为置数端，低电平置数，高电平计数。图3-4 倒计时电路3.2.4 回答倒计时电路1.预置数电路主持人可事先在该部分预置0-99秒任意时间的倒计时，供选手抢到问题后回答。该部分由20个开关，和四个74148优先编码器组成。开关分别为个位0-9和十位0-9的预置数开关。四个74148两两一组，组成两个16线-4线编码器。主持人事先拨动开关，预置

11、倒计时数。74148为输入低电平有效的优先编码器，主持人拨动开关使输入端接地，经过两个74148将十进制数编码为四位二进制数。74148芯片功能表可参见表3-1,电路如图3-5 所示：3-5 预置数电路2.秒脉冲电路该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路构成。555构成多谐振荡器，振荡频率f1（R12R2）Cln2，其输出信号为1HZ的脉冲，用于74LS192的脉冲输入。电路如图3-6所示:3-6 秒脉冲电路3.倒计时显示电路该电路主要由两片71LS192构成。74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。 74LS192是十进制同步加法/减法计数器，采用8421BCD码编码，具有直接清零，异

12、步置数功能。UP为加计数时钟输入端，DOWN为减计数时钟输入端。LOAD为预置输入控制端，异步预置。CLR为复位输入端，高电平有效，异步清除。CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出，BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。由555定时器产生秒脉冲，通过与非门使十位借位信号BO、脉冲信号与非，接入个位的DOWN接口，同时，两片74LS192的UP端均接高电平。当主持人开始按动抢答倒计时按钮后，选手方可抢答，当选手按下抢答器的同时,按钮接地，使74LS192 LOAD端口接低电平，开始置数，在秒脉冲下，倒计时开始。此时十位借位信号BO端为高电平，因此与脉冲相与对脉冲无影响。当十位的74LS19

13、2输出为0000时BO端从高电平转为低电平，和脉冲相与后均为低电平，DOWN端无法接受脉冲，倒计时停止，显示为“00”。当电路显示“00”时，BO端输出低电平，而的和LED1的正极已经接了高电平，故这时由于两端存在电压差，所以LED1能正常工作。从而发出报警信号。74LS192十进制同步加法/减法计数器功能如下表3-1所示，电路如图3-7所示：表3-3 74LS192十进制同步加法/减法计数器功能表 UP DOWN LOAD CLR 操作 0 0 置数 1 1 0 加计数 1 1 0 减计数 1 清零3-7 倒计时显示电路4调试4.1抢答功能测试图4-1 抢答测试4.2倒计时功能测试图4-2

14、倒计时测试4.3禁止抢答功能测试图4-3 禁止抢答测试4.4预置答题时间功能测试图4-4 预置答题时间功能测试4.5超时报警功能测试图4-5 超时报警功能测试5 结论通过使用multisim软件仿真实验，完美实现：1.同时供6位选手抢答的6路数字显示抢答器，每位选手一个抢答按钮，当主持人按下开始按钮发出指令后，选手方可抢答，最先抢答的选手信号被输入并锁存，通过编码、译码、数显电路，最终实现了在七段数码管上显示选手编号。2.主持人有控制开关，可以手动清零复位，当主持人按下开始按键是才可以抢答，显示倒计时9秒，在规定时间抢答有效，同时倒计时停止，直到主持人将系统清零为止。3.如果抢答时间已到，却没

15、有选手抢答，则本次抢答无效，禁止选手超时后抢答。4.主持人事先可根据问题难易程度预置选手回答问题的时间，抢答开始后，当有选手抢答后，倒计时开始。5.当倒计时为“00”后选手答题超时，会有LED亮起，提示超时。6心得体会通过对软件Multisim的学习和使用，进一步加深了对数字电路的认识。在仿真过程中遇到许多困难，但通过自己的努力和同学的帮助都一一克服了。首先，连接电路图过程中，数码管不能显示，后经图形放大后才发现是电路断路了。其次，布局的时候因元件比较多，整体布局比较困难，因子电路不如原电路直观，最后在不断努力下，终于不用子电路布好整个电路。调试时有的器件在理论上可行，但在实际运行中就无法看到

16、效果，所以得换不少器件，有时无法找出错误便更换器件重新接线以使电路正常运行。再设计过程中，除了设计任务书上的功能外，自己还设计了回答倒计时功能的电路，经过了多次修改终于实现了倒计时功能，但是还有许多不完善的地方，如电路过于复杂，所用原件过多。课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程，从理论到实践的过程中，学到了很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书上所没有的知识。更是通过设计熟练掌握了multisim的使用。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合还是很重要的，只有理论知

17、识是远远不够的，只有把所学的知识与实践结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考能力。设计单元电路阶段，这个阶段可以说是考察数电书本知识的阶段。所有的设计方法还有步骤在数电书上都有，而且还有例题。这个阶段遇到的主要问题就是以前的知识忘记不少，所以做设计的时候要常随手翻阅课本，等于是做了几道数电作业题。这个阶段的难度也不是很大，一般翻课本就可以找到答案并解决问题。通过这次的课程设计，使我对数字电子技术有了新的认识，提高了我对数字电子技术的兴趣，自己设计电路，完成功能让我感觉到很大的成就感。参考文献1 阎石数字电路技术基础北京高等教育出版社，19982 王永军 李景华数字逻辑

18、与数字系统北京电子工业出版社，20063 陈大钦电子计数基础实验-电子电路实验设计仿真北京高等教育出版 社，20004 吴俊芹电子技术实训与课程设计.机械工业出版社，2009.45 王鸿明，段玉生.电工与电子技术.高等教育出版社，2009.12附录1元件引脚图 图 F1 74LS48引脚图图 F2 74LS148引脚图 图 F3 共阴数码管引脚图图 F4 555定时器引脚图 图 F5 74LS279引脚图图 F6 74LS192引脚图2元器件清单序号元器件名称型号参数数量1触电开关72电阻10K73电阻510K24电阻1K35电阻15K16电阻68K17电阻200K18电阻620K19优先编码器74ls148510计数器74ls190111双时钟计数器74ls192212555计时器LM555CN313与非门74LS10N714非门74LS04D315或门74LS32116与门74LS08117电源5V1118电容20n119电容10u120电容100n121电容1u322蜂鸣器123LED发光二极管424三极管125显示管DCD_HEX_BLUE326七段显示管13 总体设计电路图图 F7 总体设计电路图