基于PROTEUS的八人搶答器

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）標 題： 基于proteus的八人搶答器 學生姓名： _系 部： _專 業(yè)： 計算機 班 級： 指導教師: _摘 要 競賽的原則是公平，公平的前提科學與技術(shù)。搶答器作為一種實用的競賽工具，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種競賽活動場合。本設(shè)計是基于prutues基礎(chǔ)的八人搶答器，從實際應(yīng)用出發(fā),利用數(shù)字電子技術(shù)作為技術(shù)參考，選用我們熟悉了解的電子元器件，設(shè)計具有實用功能的搶答器。 該設(shè)計主要分為三個部分：搶答部分、計時部分、報警部分。搶答部分由74ls573鎖存器及74ls48譯碼顯示等主要器件組成。兩片74ls192和兩片74ls48共同組成計時部分。兩個555芯片分別組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧

2、振蕩器構(gòu)成報警電路。在整個設(shè)計中主持人通過控制總開關(guān)完成了對整個搶答器的總體控制和置數(shù)控制。搶答器的設(shè)計利用pruter完成了原理圖設(shè)計，用prutues軟件進行電路設(shè)計仿真，實現(xiàn)設(shè)計效果。 關(guān)鍵詞：編碼器 譯碼器 數(shù)字電子技術(shù) proteus仿真 課程設(shè)計任務(wù)書題 目：基于proteus基礎(chǔ)八人搶答器 初始條件：確定搶答器實現(xiàn)的功能，熟悉計算機電子電路設(shè)計，熟悉設(shè)計實驗中所需要的元器件，熟練掌握運用proter和proteus軟件， 要求完成的主要任務(wù): 1 運用所學的模擬電子技術(shù)和數(shù)字數(shù)字電子技術(shù)計算機技術(shù)，設(shè)計一個能夠滿足特定要求功能的八人搶答器。2 在protuer軟件上繪制電路原理圖

3、，3 按照所畫的原理圖，在pruteus仿真軟件上進行仿真。目 錄 摘要 ()一、課程設(shè)計任務(wù)書 11.1 題目 1.2要求完成的任務(wù) 二、總體方案設(shè)計 2.1 設(shè)計目的 2.2 設(shè)計要求與內(nèi)容 2.3 設(shè)計說明與結(jié)構(gòu)圖 2.4工作原理三、電子元器件說明圖結(jié)論 參考文獻 附錄 后記 二、總體設(shè)計方案2.1、設(shè)計目的通過八人搶答器的設(shè)計與仿真實驗，要求學生回顧所學數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)和模擬電子基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)知識，熟悉練習實用protuer軟件和pruteus軟件。掌握組合電路、時序電路、編程器件和任意集成電路的綜合使用及設(shè)計方法，熟悉掌握、觸發(fā)器、計數(shù)器、單脈沖觸發(fā)器、555電路、譯碼/驅(qū)動電路的應(yīng)

4、用方法，熟悉掌握時序電路的設(shè)計方法。達到數(shù)字實驗課程大綱所要求掌握的基本內(nèi)容。2.2、設(shè)計要求與內(nèi)容本題的根本任務(wù)是準確判斷出第一搶答者的信號并將其鎖存。實現(xiàn)這一功能可選擇使用觸發(fā)器或鎖存器等，在這里選擇鎖存器。（1）設(shè)計制作一個可容納8人或組參賽使用的搶答器，每人或組設(shè)置一個搶答按鈕供搶答者使用，主持人設(shè)置一個按鈕控制其他八個按鈕的起始、置零與結(jié)束。（2）。在主持人系統(tǒng)發(fā)出搶答指令后，若參賽者按搶答開關(guān)，則該組指示燈亮，同時蜂鳴器報警，并用人序或組別顯示電路顯示出搶答者的組別，同時指示燈亮。此時，電路應(yīng)具備自鎖存功能，使別組的搶答開關(guān)不起作用。（3）可設(shè)定時間，若超過設(shè)定時間仍無人搶答，則報

5、警指示燈熄滅。電路具有第一搶答信號的鑒別和鎖存功能，當電路形成第一搶答信號之后，用編碼、譯碼及數(shù)碼顯示電路顯示出搶答者的組別，也可以用發(fā)光二極管直接指示出組別。23 設(shè)計說明與結(jié)構(gòu)圖為了實現(xiàn)預期設(shè)計效果，我們設(shè)計了以下方案：在搶答器設(shè)計中我們主要運用了數(shù)字電子技術(shù)的幾種基本芯片。其中最用的最多的就是74ls系列的芯片。在本設(shè)計中運用了74ls192，74ls48以及鎖存器這一系列的邏輯集成電路。在報警這一塊電路中555芯片是運用最多。在數(shù)字電子技術(shù)中555芯片運用相當廣泛，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、斯密特觸發(fā)器和各種控制端的信號系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。搶 答按 鈕優(yōu)先編碼電路鎖 存器譯 碼電 路搶 答顯

6、示主持人控制開關(guān)時鐘脈沖產(chǎn)生定 時電 路顯 示譯 碼時序控制電路報 警電 路定 時顯 示提示音電路 圖2.1方案系統(tǒng)框圖2.4工作原理工作原理簡述：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到"清零"狀態(tài)，鎖存器處于禁止狀態(tài)，時序控制電路控制搶答顯示器滅燈，同時由主持人控制定時電路設(shè)定搶答時間；主持人將開關(guān)置“開始”狀態(tài)，強大顯示器人為滅燈狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作，定時器開始倒計時，提示音電路給出間斷聲響提示。當定時時間到，卻沒有選手搶答時，報警電路報警，同時控制鎖存器封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示

7、。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)?；驹韴D如：四、電子元器件說明圖圖 附2-4 74ls192引腳圖圖 附2-5 74ls48引腳圖74ls48內(nèi)部電路圖圖 附2-6 共陰數(shù)碼管引腳圖圖 附2-7 555定時器引腳圖鎖存器原理圖1 xxxxxxxxxxxxxxx（三號黑體字）1.1 xxxxxxxxxxxxxxx（三號黑體字）1.1.1 xxxxxxxxxxxxxx（三號黑體字）xxxxxxxxxxxxxxx（小四號宋體字）2 xxxxxxxxxxxxxxx（三號

8、黑體字）2.1 xxxxxxxxxxxxxxx（三號黑體字）2.1.1 xxxxxxxxxxxxxx（三號黑體字）xxxxxxxxxxxxxxx（小四號宋體字）三、單元模塊設(shè)計本節(jié)主要介紹系統(tǒng)各單元模塊的具體功能、電路結(jié)構(gòu)、工作原理、以及各個單元模塊之間的聯(lián)接關(guān)系；同時本節(jié)也會對相關(guān)電路中的參數(shù)計算、元器件選擇、以及核心器件進行必要說明。3.1搶答電路該部分電路要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。在設(shè)計中運用74hc573鎖存器鎖存搶答選手的編號。然后再緊接著用74ls13和4002組成的一個bcd譯碼功能塊

9、，最后把譯碼塊的結(jié)果送到數(shù)碼管上顯示出搶答者的正確編號。如圖31該電路由八路開關(guān)s1s8所組成，每一競賽者與一組開關(guān)相對應(yīng),選手的編號是1到8，開關(guān)應(yīng)為常開型，當按下開關(guān)時，開關(guān)閉合，輸入搶答信號。圖3.1選手搶答按鈕電路3.2搶答鎖存、編碼電路搶答器電路由鎖存器和按鍵組成。在未搶答前，8路鎖存器74hc573的le端為高電平，鎖存器的輸入端的電平能直接送到相應(yīng)的輸出端，當搶答開始后，le端變成低電平，鎖存器鎖存，也就是說輸入的信號不能送到相應(yīng)的輸出端，各個輸出保持鎖存前的電平。此時搶答不能進行。當主持人按下時，74hc573的oe為高電平，顯示器被清零,搶答被禁止。當主持人開關(guān)斷開時，搶答被

10、允許。此時如有人搶答，74hc573相對應(yīng)的輸入端則變成低電平，通過反饋74hc573鎖存信號。le控制端保持高電平，搶答準備工作已經(jīng)完成。當8個搶答開關(guān)s1至s8中有一個先按下時，其對應(yīng)的輸入端變?yōu)榈碗娖?，此低電平被送到鎖存器對應(yīng)的輸出端，此時編碼器模塊開始編碼，74hc573執(zhí)行鎖存功能，這時如果有按鍵按下，鎖存器的輸出端也不會發(fā)生改變，從而實現(xiàn)了鎖存的功能和編碼的功能。 圖3.2 整個搶答部分的電路3.3 定時電路該部分主要由555定時器、十進制同步加減計數(shù)器74ls192減法計數(shù)電路、74ls48譯碼電路和兩個7段數(shù)碼管及相關(guān)電路組成。具體電路如圖3.1.4所示。兩塊74ls192實現(xiàn)

11、減法計數(shù)，通過譯碼電路cd4511顯示到數(shù)碼管上,其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74l s192的預置數(shù)控制端pl腳為低電平時實現(xiàn)預置數(shù)，由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答時間，通過預置時間電路對計數(shù)器進行預置，選用十進制同步加減計數(shù)器74ls192進行設(shè)計，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。主持開關(guān)彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管ds2（十位）和ds3（個位）上，當有人搶答時，停止減計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時，兩數(shù)碼管顯示00，并輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警,同時以后選手搶答無效。圖3.3定時電路3

12、.4報警電路由555定時器揚聲器構(gòu)成的報警電路如圖3.4所示。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，其輸出信號經(jīng)電容濾波后推動揚聲器發(fā)聲。pr為控制信號。555的4腳為清零端，為低電平時輸出低電平，當pr為高電平時，多諧振蕩器工作，使揚聲器發(fā)生。發(fā)生部分中555構(gòu)成多諧振蕩器，其輸出信號經(jīng)電容濾波后推動揚聲器發(fā)聲。du du為控制信號。555的4腳為清零端，為低電平時輸出低電平，當du du為高電平時，多諧振蕩器工作，使揚聲器發(fā)生。 (a) (b) 圖3.4報警電路3.5整個系統(tǒng)的時序控制電路 時序控制電路是整個系統(tǒng)中非常重要一部分：圖(a)主要是通地采集搶答電路的選手搶答情況而控制報警電路：圖(b)該部

13、分是在有搶答時控制74ls573的鎖存端：圖(c)在計數(shù)器倒計到0時仍沒有搶答時電平變換來控制啟用報警電路。 (a) (b) (c)圖3.5 系統(tǒng)時序控制電路4 軟件設(shè)計原理protel99se是protel公司近10年來致力于windows平臺開發(fā)的最新結(jié)晶，能實現(xiàn)從電學概念設(shè)計到輸出物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及這之間的所有分析、驗證和設(shè)計數(shù)據(jù)管理。因而今天的protel最新產(chǎn)品已不是單純的pcb（印制電路板）設(shè)計工具，而是一個系統(tǒng)工具，覆蓋了以pcb為核心的整個物理設(shè)計。protel 設(shè)計系統(tǒng)是一套建立在ibm兼容pc環(huán)境下的eda電路集成設(shè)計系統(tǒng)，由于其高度的集成性與擴展性，一經(jīng)推出，立即為廣大用

14、戶所接受，很快就成為世界pc平臺上最流行的電子設(shè)計自動化軟件。 從protel 98開始，protel公司將所有應(yīng)用程序代碼從16位升級為32位，使性能大大提高。1999年初，protel公司推出了protel 99，其最大的改變是引入了設(shè)計數(shù)據(jù)庫文件和設(shè)計團隊的概念，而后又推出了protel 99的改進版-protel 99 se。protel 99 se（second edition）在原理圖設(shè)計和電路仿真方面增加了許多小的功能，而其最主要的改進體現(xiàn)在電路板設(shè)計系統(tǒng)方面。使用protel 99 se，你將贊嘆其強大的功能和應(yīng)用的彈性。據(jù)說protel99se的部分最新功能將兼容舉世矚目的圖

15、形制作，編輯和處理軟件corel draw。當初歐元硬幣的設(shè)計解決方案由corel draw來完成，corel draw圖形套件中，它集位圖編輯處理，網(wǎng)頁動畫，網(wǎng)頁發(fā)布，頁面布局，向量動畫等各種必要功能于一身。將會使您"大大地"提高專業(yè)創(chuàng)作的效率。 protel99 se共分5個模塊，分別是原理圖設(shè)計、pcb設(shè)計（包含信號完整性分析）、自動布線器、原理圖混合信號仿真、pld設(shè)計。 以下介紹一些protel99se的部分最新功能：可生成30多種格式的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表；強大的全局編輯功能；在原理圖中選擇一級器件，pcb中同樣的器件也將被選中； 同時運行原理圖和pcb，在打開的原理

16、圖和pcb圖間允許雙向交叉查找元器件、引腳、網(wǎng)絡(luò) 既可以進行正向注釋元器件標號（由原理圖到pcb），也可以進行反向注釋（由pcb到原理圖），以保持電氣原理圖和pcb在設(shè)計上的一致性；滿足國際化設(shè)計要求（包括國標標題欄輸出，gb4728國標庫）；方便易用的數(shù)?；旌戏抡妫嫒輘pice 3f5）；支持用cupl語言和原理圖設(shè)計pld，生成標準的jed下載文件；pcb可設(shè)計32個信號層，16個電源-地層和16個機加工層；強大的“規(guī)則驅(qū)動”設(shè)計環(huán)境，符合在線的和批處理的設(shè)計規(guī)則檢查；智能覆銅功能，覆鈾可以自動重鋪；提供大量的工業(yè)化標準電路板做為設(shè)計模版；放置漢字功能；可以輸入和輸出dxf、dwg格式文

17、件，實現(xiàn)和autocad等軟件的數(shù)據(jù)交換；智能封裝導航（對于建立復雜的pga、bga封裝很有用）；方便的打印預覽功能，不用修改pcb文件就可以直接控制打印結(jié)果；獨特的3d顯示可以在制板之前看到裝配事物的效果；強大的cam處理使您輕松實現(xiàn)輸出光繪文件、材料清單、鉆孔文件、貼片機文件、測試點報告等；經(jīng)過充分驗證的傳輸線特性和仿真精確計算的算法，信號完整性分析直接從pcb啟動；反射和串擾仿真的波形顯示結(jié)果與便利的測量工具相結(jié)合；專家導航幫您解決信號完整性問題4.1軟件結(jié)構(gòu)圖軟件結(jié)構(gòu)圖如圖4.1所示。advanced integrity99protel advanced route 99seprote

18、l advanced pld99seadvanced sim99protel advanced schimatic 99seprotel advanced pcb 99seprotel 99ses圖4.1 軟件結(jié)構(gòu)圖4.2工作流程框圖工作流程框圖如圖4.2所示。建一數(shù)據(jù)庫建一原理圖文件建一pcb文件元件制作元件制作建一原理圖文件建一pcb元件庫文件特殊元件設(shè)計特殊元件設(shè)計原理圖設(shè)計原理圖設(shè)計否否檢查并生成網(wǎng)絡(luò)文件元件布局布線檢查并生成網(wǎng)絡(luò)文件文件的保存圖42 工作流程框圖5系統(tǒng)調(diào)試5.1系統(tǒng)仿真總圖 見附錄2所示。5.2 系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置在系統(tǒng)調(diào)試之前，我們需要對系統(tǒng)進行參數(shù)設(shè)置，如表5.2所

19、示。表5.2元件參數(shù)表5.3系統(tǒng)調(diào)試5.3.1搶答定時的調(diào)試運行proteus仿真。預調(diào)搶答時間為30秒鐘，在設(shè)計中，應(yīng)用了兩個兩塊74ls192，分別顯示個位和十位的數(shù)字。這是顯示的預設(shè)的30秒。在調(diào)試中首先要明白計數(shù)器的工作原理。第一個數(shù)碼管顯示的是搶答的組的編號。第二個數(shù)碼管顯示是的預調(diào)的時間的十位，第三個數(shù)碼管為預設(shè)的時間的個位，如圖5.1所示圖5.1 調(diào)試電路5.3.2搶答功能的調(diào)試 圖5.2顯示的在預設(shè)為30秒的時候。在秒表計數(shù)為25秒的時候選手5號搶答。圖5.2選手搶答5.3.3無人搶答報警調(diào)試 如圖5.3所示為在倒計時為零時仍然沒有人搶答。555組成的多諧振蕩器電路報警。圖5.

20、3無人搶答報警5.4調(diào)試結(jié)果分析5.4.1調(diào)試中遇到的問題和此電路的不足在調(diào)試最初不能鎖存，或是鎖存不了1和7，則問題在鎖存電路，應(yīng)該從原理上進行分析。鎖存電路的設(shè)計原理是：啟用74hc573的鎖存功能端le，高電平有效，即輸入高電平時執(zhí)行鎖存功能。鎖存器應(yīng)能鎖定第一個搶答信號，并拒絕后面搶答信號的干擾。如何設(shè)計呢，我們對09十個數(shù)字的顯示筆段進行分析，只有0數(shù)字的d筆段亮與g筆段滅，其它數(shù)字至少有一點不成立。由此可以區(qū)分0與其它數(shù)字。我們將led管的a筆段與g筆段的輸入信號反饋到鎖存電路，通過鎖存電路控制鎖存端le輸入為0或1（鎖存與否）。當led顯示器顯示為0時，le=0，74hc573譯

21、碼芯片不鎖存；當led顯示器顯示其它數(shù)字時， le=1，芯片鎖存。這樣只要顯示器上顯示為0，74hc573譯碼芯片才不鎖定，顯示其它數(shù)字均鎖存。所以只要有選手按了按鍵，顯示器上一定是顯示18的數(shù)字，le=1芯片鎖存，之后任何其他選手再按下按鍵均不起作用。例如1鍵先按下，顯示器上顯示1，le=1芯片鎖存，其他選手再按2-8，顯示器上仍顯示1，sb1按下之后的任一按鍵信號均不顯示。直到主持人按清零鍵（總開關(guān)），顯示器上又顯示0，le=0，鎖存功能解除，又開始新一輪的搶答。5.4.1 調(diào)試電路已實現(xiàn)的功能通過先分步調(diào)試后整體調(diào)試的方法，本設(shè)計已實現(xiàn)了優(yōu)先搶答，主持人可以設(shè)定搶答時間定時搶答，定時時間

22、到搶答無效并報警。在最初的高度中八路搶答無法實現(xiàn)在倒計時的時候的0.5秒的提示音響，后來通過添加一個74121組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實現(xiàn)這一功能。74121集成器件是一種不可重復觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。通過74121可以完成倒計時的“嘟嘟”提示音。6系統(tǒng)功能、指標參數(shù)6.1系統(tǒng)功能介紹該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)先搶答功能，選手的編號與顯示的號碼相對應(yīng)，主持人能夠手動清零復位且具有設(shè)定搶答時間的功能，搶答時間到若無選手搶答系統(tǒng)能夠報警且以后搶答無效。接通電源時，世上主持人將開關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時顯示器上顯示設(shè)定的時間。當世上主持人。宣布搶答題目后，說一聲“搶答開始”

23、，同時將控制開關(guān)撥到“開始”位置，揚聲器聲響提示搶答器處于工作狀態(tài)，定時器倒計時。當定時時間到，卻沒有選手搶答時，系統(tǒng)，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。當選手在定時時間內(nèi)按動搶答按鈕時，搶答器要完成以下四項工作：優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號，并鎖存器進行上，然后由譯碼顯示電路顯示編號揚聲器發(fā)出短暫聲響，提醒臺上主持人注意控制電路要對編碼電路進行封鎖，避免其他選手再次進行搶答?？刂齐娐芬苟〞r器停止工作，時間顯示器上顯示第八的搶答時間，并保持到主持將系統(tǒng)清零為止。當選手將問題回答完畢時，主持人操作控制開關(guān)，使系統(tǒng)回復到禁止工作狀態(tài)，以便下一輪搶答。6.2計器件及參數(shù)八路搶答器元件和參數(shù)及型號如表6.1所示6.3系統(tǒng)功能及指標參數(shù)分析搶答電路的功能有兩個：一是能分辨出選手按按鈕的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用，二是要使其他選手的按按鈕操作無效。選用三個與非門和一個非門組成的一個編碼器再加上一個74hc573鎖存器達到目的功能定時電路設(shè)計：臺上主持人根據(jù)搶答題的程度。設(shè)定一次搶答的時間，時間電路運載計數(shù)器進行，選用十同步加、減計數(shù)器7