四路搶答器的仿真設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 四路搶答器的仿真設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 趙云云 學(xué)生學(xué)號(hào)： 1114040146 系 別： 電氣信息工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 屆 別： 2015 指導(dǎo)教師： 王留留 電氣信息工程學(xué)院 2014年3月 四路搶答器的仿真設(shè)計(jì) 學(xué)生：趙云云 指導(dǎo)教師：王留留電氣信息工程學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè) 1課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求1.1 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)采用multisim軟件進(jìn)行電路圖的繪制以及仿真，用七段鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)集成電路CD4511、LED數(shù)碼顯示管、編碼二極管、電阻、74LS08N、74LS00N、74LS04以及蜂鳴器等實(shí)現(xiàn)四路智力搶答器。1.2 課程設(shè)計(jì)的要求(1)4

2、名選手編號(hào)為： 1、2、3、4，各有一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)對(duì)應(yīng)，分別為J1，J2，J3，J4。(2)給主持人設(shè)置一個(gè)控制按鈕K，用來(lái)控制系統(tǒng)清零和搶答的開(kāi)始。(3)搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開(kāi)始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，該選手編號(hào)立即鎖存，并在搶答顯示器上顯示該編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示，封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。1.3 課程設(shè)計(jì)的研究基礎(chǔ)四路智力搶答器電路由四大部分組成：搶答編碼電路、譯碼數(shù)顯電路、優(yōu)先鎖存門(mén)控電路、聲響報(bào)警電路組成。所用的器件主要有鎖存器74LS08N、譯碼器4511BP_5V（即CD4511

3、）、LED數(shù)碼管、蜂鳴器等。搶答電路中主持人通過(guò)開(kāi)關(guān)K控制鎖存器，當(dāng)主持人開(kāi)關(guān)打在高電平1時(shí)，搶答開(kāi)始，J1、J2、J3、J4四位選手按下?lián)尨痖_(kāi)關(guān)即可在數(shù)碼管上顯示該組的組號(hào)并且鎖存，其他各組再搶答均無(wú)作用，這就是研究的基礎(chǔ)。下面以J2選手率先搶答為例：主持人key=space按下開(kāi)關(guān)開(kāi)始搶答，J2號(hào)選手率先按下?lián)尨痖_(kāi)關(guān)，搶答信號(hào)輸入以高電平信號(hào)表示，這里視為1當(dāng)高電平信號(hào)號(hào)傳輸?shù)阶g碼器CD4511的相應(yīng)端口，然后經(jīng)由譯碼器CD4511譯碼為搶答成功選手的代碼，并在數(shù)碼顯示器上顯示該號(hào)碼。同時(shí)在主持人按下開(kāi)始開(kāi)關(guān)時(shí)，數(shù)碼管e和f管腳的電平通過(guò)與非輸出高電平然后和另一個(gè)開(kāi)關(guān)的高電平共同輸出高電平

4、送到CD4511的EL端實(shí)現(xiàn)鎖存，其它的選手在搶答均無(wú)效果。當(dāng)開(kāi)關(guān)按下后輸入低電平到BI，數(shù)碼管熄滅。開(kāi)關(guān)打開(kāi)后清零開(kāi)始搶答。這就是我設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。2四路智力搶答器系統(tǒng)方案制定2.1 方案原理 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開(kāi)始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，該選手編號(hào)立即鎖存，并在搶答顯示器上顯示該編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示，封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。2.2 方案提出 搶答編碼電路譯碼驅(qū)動(dòng)電路CD4511數(shù)顯電路聲訊電路優(yōu)先鎖存電路門(mén)控電路圖1 基于CD4511方案圖3四路搶答器系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)（1）.譯碼

5、數(shù)顯電路（功能是將收到的BCD碼譯碼成十進(jìn)制數(shù)并通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)）圖2譯碼數(shù)顯電路（2）搶答編碼電路（功能主要是任意按下一個(gè)按鍵都可以編成BCD碼） 圖3加入搶答編碼電路后的電路圖（3）.優(yōu)先鎖存門(mén)控電路（主要功能是當(dāng)任意一個(gè)按鍵被按下時(shí)鎖存相應(yīng)的編號(hào)以及允許搶答和清零復(fù)位的功能）圖2加入鎖存門(mén)控電路后的電路（4）.聲響報(bào)警電路（功能主要是在搶答成功后發(fā)出聲響以示搶答成功）圖5加入報(bào)警電路后的電路3.2電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇由于CD4511的輸出端電壓為5v，而數(shù)碼管的前向?qū)妷汉烷_(kāi)門(mén)電流分別為1.66v和5ma，這時(shí)CD4511與數(shù)碼管連接時(shí)中間需加限流電阻668歐，限流電阻必須要

6、小于這個(gè)電阻，我們?nèi)?00歐。本電路中主要選用了譯碼器CD4511，數(shù)碼管，和蜂鳴器以及各種按鍵電阻和各種門(mén)電路。3.3 特殊器件的介紹（1）.譯碼器CD4511圖6譯碼器其功能介紹如下：BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅狀態(tài)，不顯示數(shù)字。  LT：3腳是測(cè)試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來(lái)檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。 LE：5腳是鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。 LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。DA、DB

7、、DC、DD、為8421BCD碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。表1 CD4511的邏輯功能表輸入輸出LEBI非LT非DCBAgfedcba顯示字符01111111日010000000熄滅01100000111111001100010000110101100101011011201100111001111301101001100110401101011101101501101101111101601101110000111701110001111111801110100000000滅01110110000000滅（2）.七段數(shù)碼顯示管 7段數(shù)碼

8、管是由7個(gè)獨(dú)立的二極管采用共陰或共陽(yáng)的方法連接而成。通常將這7個(gè)獨(dú)立的二極管做成a、b、c、d、e、f、g這7個(gè)筆劃。通過(guò)一個(gè)7位的二進(jìn)制電平信號(hào)就可以顯示出想要的結(jié)果。例如，點(diǎn)亮二極管b、c，數(shù)碼管將會(huì)顯示數(shù)字1，點(diǎn)亮a、b、c、d、e、f、g，數(shù)碼管將會(huì)顯示數(shù)字0。所以，數(shù)碼管的顯示需要有7根連線。每個(gè)數(shù)字對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼如下表所示。表2 七段數(shù)碼顯示器功能表顯示abcdefg011111101011000021101101311110014011001151011011600111117111000081111111（3）蜂鳴器圖7蜂鳴器蜂鳴器BUZZER當(dāng)有一個(gè)高電平施加在蜂鳴器上時(shí)蜂鳴

9、器就會(huì)發(fā)出聲音，用于提醒搶答成功。3.4 系統(tǒng)整體電路圖圖8系統(tǒng)總體電路圖4四路搶答器系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)4.1 仿真軟件介紹Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無(wú)需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過(guò)Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工

10、程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。如圖4-1為multisim10的啟動(dòng)界面。圖9 multisim啟動(dòng)界面軟件以圖形界面為主，采用菜單、工具欄和熱鍵相結(jié)合的方式，具有一般Windows應(yīng)用軟件的界面風(fēng)格，用戶可以根據(jù)自己的習(xí)慣和熟悉程度自如使用。 啟動(dòng)Multisim 10后，將出現(xiàn)如圖11界面。圖10啟動(dòng)multisim后的界面界面由多個(gè)區(qū)域構(gòu)成：菜單欄，各種工具欄，電路輸入窗口，狀態(tài)條，列表框等。通過(guò)對(duì)各部分的操作可以實(shí)現(xiàn)電路圖的輸入、編輯，并根據(jù)需要對(duì)電路進(jìn)行相應(yīng)的觀測(cè)和分析。用戶可以通過(guò)菜單或工具欄改變主窗口的視圖內(nèi)容

11、。（1）菜單欄 菜單欄位于界面的上方，通過(guò)菜單可以對(duì)Multisim的所有功能進(jìn)行操作。 不難看出菜單中有一些與大多數(shù)Windows平臺(tái)上的應(yīng)用軟件一致的功能選項(xiàng)，如File，Edit，View，Options，Help。此外，還有一些EDA軟件專(zhuān)用的選項(xiàng)，如Place，Simulation，Transfer以及Tool等（2）工具欄 Multisim 2001提供了多種工具欄，并以層次化的模式加以管理，用戶可以通過(guò)View菜單中的選項(xiàng)方便地將頂層的工具欄打開(kāi)或關(guān)閉，再通過(guò)頂層工具欄中的按鈕來(lái)管理和控制下層的工具欄。通過(guò)工具欄，用戶可以方便直接地使用軟件的各項(xiàng)功能。頂層的工具欄有：Standa

12、rd工具欄、Design工具欄、Zoom工具欄，Simulation工具欄。4.2 系統(tǒng)仿真實(shí)現(xiàn) 圖11搶答未開(kāi)始4.3 系統(tǒng)測(cè)試 圖12第四組搶答成功 圖13第三組搶答成功 圖14第二組搶答成功 圖15第一組搶答成功4.4 數(shù)據(jù)分析通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的功能和參數(shù)都符合設(shè)計(jì)的要求。搶答器具有第一個(gè)搶答信號(hào)的鑒別鎖存及顯示功能。即有搶答信號(hào)輸入時(shí)，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在LED中顯示出來(lái)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出聲響，此時(shí)在按其他任何一個(gè)搶答器開(kāi)關(guān)均無(wú)效，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持不變，直到主持人將系統(tǒng)清零為止。5總結(jié)5.1 設(shè)計(jì)小結(jié)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)我學(xué)習(xí)了很多知識(shí)，首先就是軟件的安裝，之前在自己的安裝下就是安裝不好

13、，感覺(jué)安裝過(guò)程是正確的,但是桌面上總不顯示快捷方式，一度以為自己沒(méi)安裝好，后來(lái)才在開(kāi)始所有程序找到了它，就整個(gè)安裝過(guò)程來(lái)說(shuō)，就對(duì)我造成了小小的陰影。然后就是熟悉了multisim軟件的使用以及四路智力搶答器的原理以及如何去實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。因?yàn)楸旧砟ｋ姅?shù)、Proteus之類(lèi)的學(xué)的也就不太好，所以設(shè)計(jì)電路這個(gè)過(guò)程基本上都是百度搜尋的，再通過(guò)求助于同學(xué)，才找到這個(gè)應(yīng)該對(duì)的電路圖。雖然這整個(gè)過(guò)程我我沒(méi)有從根本上設(shè)計(jì)出四路搶答器，但是這個(gè)過(guò)程也讓我懂得了如何去思考其它的題目，如何從設(shè)計(jì)要求到實(shí)現(xiàn)其功能，有了自己的思考方法，知道該怎么樣去做，向哪個(gè)方向努力才能實(shí)現(xiàn)這 個(gè)功能。在設(shè)計(jì)中我學(xué)會(huì)了multisim

14、，對(duì)該軟件的使用有了很大的進(jìn)步。在這次課程設(shè)計(jì)中我學(xué)到了很多，希望可以再實(shí)踐中加強(qiáng)。在今后的實(shí)踐中我會(huì)更加努力的學(xué)習(xí)。5.2 展望通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，我感覺(jué)自己以前學(xué)習(xí)得太糟糕了，很多東西都不知道，本身四路搶答器是挺簡(jiǎn)單的，它的設(shè)計(jì)理念也不是很難理解，但是我還是不知道該用什么元器件。這件事深深地打擊到了我，使我知道了自己對(duì)本專(zhuān)業(yè)的知識(shí)有著很大的不足，比如說(shuō)有一些軟件我還不能靈活的安裝和運(yùn)用和各種典型實(shí)際案例的設(shè)計(jì)及其各種元器件的使用，我發(fā)誓我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)中不斷加強(qiáng)。這次設(shè)計(jì)的四路智力搶答器是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的電路，在現(xiàn)實(shí)生活中會(huì)有等多更復(fù)雜更實(shí)用的電路需要設(shè)計(jì)，所以在以后的工作學(xué)習(xí)中我會(huì)繼續(xù)努力的學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)出更多更好的電路，從而滿足現(xiàn)代生活的需求。 6 參考文獻(xiàn)1 陳忠平編著.基于Proteus的51系