基于Multisim10的8路智力競賽搶答器

..基于Multisim10的4路搶答器——《硬件實訓(xùn)》實驗報告__組員：指導(dǎo)時間：目錄TOC\o"1-3"\u1.設(shè)計題目12.課程設(shè)計目的13.設(shè)計內(nèi)容和要求14.基本設(shè)計原理15.總體設(shè)計框圖16.單元電路設(shè)計方案和原理說明23.1搶答電路23.2發(fā)光二極管顯示電路33.3主持人控制開關(guān)電路33.4控制電路和秒脈沖產(chǎn)生電路53.5定時、譯碼、顯示電路53.6完整電路圖67.元件清單74.電路仿真109.心得體會1010.參考文獻11一、設(shè)計題目四路智力競賽搶答器二、課程設(shè)計目的1、培養(yǎng)數(shù)字電路的設(shè)計能力。2、掌握搶答器電腦設(shè)計方法。三、設(shè)計內(nèi)容和要求3.1設(shè)計內(nèi)容⒈設(shè)計一個智力競賽搶答器,可同時供4名選手或4個代表隊參加比賽,他們的編號分別是1、2、3、4、5、6、7、4,各用一個搶答按鈕,按鈕的編號與選手的編號相對應(yīng),分別是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。⒉給節(jié)目主持人設(shè)置一個控制開關(guān),用來控制系統(tǒng)的清零<編號顯示數(shù)碼管滅燈>和搶答的開始。⒊搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后,若有選手按動搶答按鈕,編號立即鎖存,相應(yīng)選手的燈亮。封鎖輸入電路,禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的信號燈一直亮到主持人將系統(tǒng)清零為止。4.用中小規(guī)模集成電路組成智力競賽搶答器電路,畫出各單元電路圖和總體邏輯框圖,正確描述各單元功能,合理選用電路器件,畫出完整的電路設(shè)計圖以及寫出設(shè)計總結(jié)報告。3.2設(shè)計要求⒈搶答器具有定時搶答的功能,且一次搶答的時間可以由主持人設(shè)定。當(dāng)節(jié)目主持人啟動"開始"鍵后,要求定時器立即減計時,并用顯示器顯示。⒉參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)搶答,搶答有效,定時器停止工作,相應(yīng)選手的燈亮,顯示器上顯示搶答時刻的時間,并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。⒊如果定時搶答的時間已到,卻沒有選手搶答時,本次搶答無效,系統(tǒng)短暫報警,并封鎖輸入電路,禁止選手超時后搶答。四、基本設(shè)計原理4路智力競賽搶答器,當(dāng)有人按下按鈕后,代表他這一組的發(fā)光二極管就亮了,同時,別組成員按下按鈕時,則不會使自己這一組的燈亮。要想實現(xiàn)這個目的,我們可以用鎖存器或者觸發(fā)器來實現(xiàn),因為它們都能存儲一位二進制數(shù)字。主持人有一個開始鍵,當(dāng)這個鍵按下時,才會使搶答器正常工作；當(dāng)這個鍵彈起時,無論4個選手如何按按鈕,他們各自所對的發(fā)光二極管都不會亮。這個開關(guān)我們可以用芯片上的清零端或者使能端來實現(xiàn)。當(dāng)然,既然是搶答器,就會有時間限制,我們需要一個倒計時器,并且需要將時間顯示,我們可以用相關(guān)的芯片實現(xiàn)這一功能,具體設(shè)計在下面的設(shè)計中會有詳細(xì)的敘述。每次搶答完后,主持人都會將時間重新置數(shù),這一功能也可以通過芯片上的相應(yīng)端口來實現(xiàn)?？傮w設(shè)計框圖它由主體電路和擴展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能,即開始搶答后,當(dāng)選手按動搶答鍵時,能使代表該選手的發(fā)光二極管發(fā)光,同時能封鎖輸入電路,禁止其他選手搶答,擴展電路完成定時搶答的功能以及將時間顯示出來。六、單元電路設(shè)計方案和原理說明智力搶答器包括搶答電路,發(fā)光二極管顯示電路,主持人控制開關(guān)電路,控制電路,秒脈沖產(chǎn)生電路,定時、譯碼、顯示電路。下面對各部分進行詳細(xì)敘述。6.1搶答電路搶答電路的功能有兩個：1、能分辨出選手按按鈕的先后,并鎖存優(yōu)先搶答者的編號,供顯示電路使用；2、使其他選手的按鈕操作無效。搶答電路包括集成D觸發(fā)器74LS374和4個開關(guān)。374為具有三態(tài)輸出的四D邊沿觸發(fā)器,且是上跳沿觸發(fā)的。當(dāng)一個脈沖的上升沿到來時,輸出Q端的值為相應(yīng)D端的值。OC端為使能端,低電平有效,當(dāng)OC接高電平時,處于高阻狀態(tài),OC端接低電平時,芯片能夠正常工作。4個D端接4個開關(guān),開關(guān)另一端接高電平。CLK端接脈沖信號。下圖即是搶答電路電路圖。圖為搶答電路6.2發(fā)光二極管顯示電路發(fā)光二極管顯示電路是由4個發(fā)光二極管組成,由于在仿真時要觀察燈的亮與熄滅,所以用燈來代替一下。4個燈的一端分別接在74LS374的4個Q端,另一端分別接地。當(dāng)Q端輸出為高電平時,燈就會被點亮,否則就會熄滅。下圖即為發(fā)光二極管顯示電路。圖為發(fā)光二極管顯示電路6.3主持人控制開關(guān)電路主持人控制開關(guān)有很多作用,當(dāng)這個開關(guān)彈起時,74LS374將不工作,并且可以控制譯碼顯示電路的清零和置數(shù)功能。我們先來介紹一下計數(shù)器74LS192的功能。下圖為74LS192功能表。從以上兩個圖可知,CR端為清零端,當(dāng)CR端為高電平時,輸出為低電平；CR端為低電平時,芯片可以進行別的功能。在CR端為低電平的情況下,LD端為低電平時,輸出為4個D端上的值,這就是我們所說的置數(shù)功能。在CR為低電平,LD為高電平的情況下,CPU接脈沖信號,CPD接高電平,此時芯片處于加計數(shù)狀態(tài)；CPU接高電平,CPD接脈沖信號,此時芯片處于減計數(shù)狀態(tài)；CPU和CPD均接高電平,芯片處于保持的狀態(tài)?；趯?4LS192的了解,我們可以將清零端和置數(shù)端作為主持人控制開關(guān)電路的一部分。我們將CR端和LD端分別接兩個單刀雙擲開關(guān),開關(guān)一端接高電平,一端接低電平。下圖即為主持人控制開關(guān)電路。6.4控制電路、報警電路和秒脈沖產(chǎn)生電路控制電路是由4個或門組成的。74LS374的4個輸出端分別接在4個兩輸入或門的輸入端上,每兩組的輸出有分別接在另一個或門的輸出端,最后輸出端和脈沖信號接在一個或門的輸入端,輸出端接在74LS374的脈沖輸入端和74LS192的CPD端。當(dāng)有一人按下了搶答開關(guān)后,所對應(yīng)的Q端輸出為高電平,經(jīng)過幾個或門后,最后輸入74LS374和74LS192的脈沖輸入端的信號固定為高電平,則我們將脈沖信號鎖住了,無論別的搶答開關(guān)按下與否,都不會影響結(jié)果。這就起到了控制電路的作用。報警電路中,使用燈來表示,當(dāng)無人搶答時,指示燈亮。秒脈沖信號產(chǎn)生電路可以通過555定時器得以實現(xiàn),但在此次設(shè)計中,我們?yōu)榱撕啽?直接用方波電源來實現(xiàn),將其周期改為1秒即可。下圖為控制電路和秒脈沖產(chǎn)生電路電路圖。6.5定時、譯碼、顯示電路定時、譯碼、顯示電路是由74LS44譯碼器,74LS192計數(shù)器和七段數(shù)碼管構(gòu)成的。在仿真時我們用的是將譯碼器和七段數(shù)碼管集成之后的一個數(shù)碼管,這樣可以使我們在仿真時稍微簡單一些。我們將74LS192的四個輸入端DCBA端分別接上高電平,低電平,低電平,高電平,則通過譯碼器在七段數(shù)碼管上顯示9,然后通過減計數(shù),依次減一,當(dāng)搶答按鈕按下時,控制電路將會鎖住脈沖信號,因此數(shù)碼管應(yīng)該顯示當(dāng)前數(shù)字不變。直至下一次搶答時,主持人通過置數(shù)重新將其置為9。下圖為定時、譯碼、顯示電路。6.6完整電路圖元件清單十進制加減計數(shù)器74LS192×1D觸發(fā)器74LS374×1電阻器包<RPACK1*4SIP>×1開關(guān)DSWPK_4*1,TD_SW1×3燈LAMP5v_1w×9或門74HC32D_4V×9示波器XSC1×1時鐘電壓源CLOCK_VOLTAGE×1非門7404N×1數(shù)碼管DCD_HEX_YELLOW四、電路仿真1、當(dāng)主持人開關(guān)電路的按鈕彈起時,即使別的搶答按鈕按下時,發(fā)光二極管也不會亮。下圖是這種情況的仿真結(jié)果由上圖可知,J12彈起時,雖然J1中的開關(guān)3閉合,但是發(fā)光二極管仍然是熄滅的,這也證明了上文的結(jié)論。2、當(dāng)主持人控制開關(guān)閉合時,如果有一組已經(jīng)先將搶答開關(guān)按下后,其余的組再將搶答開關(guān)按下時,他們所對應(yīng)的發(fā)光二極管也不會亮。在J1中的開關(guān)4先按下的情況下,雖然后面的開關(guān)1、6、7也按下了,但是也只有由開關(guān)4控制的燈X4亮,而別的燈都沒有亮。這也就證明前文結(jié)論的正確。當(dāng)開始正常搶答后,計數(shù)器開始倒計時,當(dāng)無人搶答時,報警指示燈X9亮,數(shù)碼管顯示當(dāng)前搶答剩余時間。4、當(dāng)開始正常搶答后,計數(shù)器開始倒計時,當(dāng)有人搶答后,數(shù)碼管上應(yīng)該顯示當(dāng)前的數(shù)字不變,直到主持人在下一個問題時將其重新置數(shù)。J1中開關(guān)5按下了,他所對應(yīng)的燈X5也亮了,而此時數(shù)碼管顯示為5,并且不再變化了,這也證明了前文結(jié)論的正確。九、心得體會這一次的課程設(shè)計老師,沒有限定我們用什么仿真軟件,給了我們一定的空間。常用的仿真軟件有三個,分別是pespice,protel和matlab,這三個軟件都各有利弊：pespice的仿真功能比protel強,protel主要是焊制電路板的,matlab的畫圖功能很強悍〔在做信號與系統(tǒng)實驗里有深刻體驗。在這一次課程設(shè)計中,我選擇Multisim仿真軟件。對于Multisim仿真軟件,在沒用之前,我感覺很難。首先,這個軟件是全英文的,大部分的專業(yè)詞匯都是我們不認(rèn)識的,這也增加了我們學(xué)習(xí)軟件的難度,雖然它有漢化的,但很多重要的設(shè)置是無法漢化的,自己所需要用的全憑自學(xué)。因此,第一次接觸它時說它不難那是假的。但是,當(dāng)我們開始用它時,發(fā)現(xiàn)他并沒有想象中的那么難,其實,我們只需要怎么畫圖和仿真就行了,至于別的,我們不需要怎么會用,以后有時間自己再學(xué)習(xí)就可以了。我到圖書館找了相關(guān)的書籍。經(jīng)過一番努力地尋找,我終于找到了一本書。但是,回來一看,我發(fā)現(xiàn)這本書所講的和我用的軟件不是一個版本的。我想啊,雖然不是一個版本,但也應(yīng)該差不多的,最起碼基本功能應(yīng)該一樣。果然,和我想的一致。經(jīng)過一段時間的摸索,我終于學(xué)會了畫圖。我做的題目是4路智力競賽搶答器,經(jīng)過一段時間的準(zhǔn)備,我終于在軟件上畫出了相應(yīng)的圖,其中最麻煩的是不知如何接七段數(shù)碼管,因為接上這個的話,在做仿真時就會出現(xiàn)問題,最后,我決定用四角的數(shù)碼管來做仿真,這個四腳的是譯碼器和七段數(shù)碼管集成的,因此連線方面倒省了我不少事。就這樣,我做出了仿真。在此我要感謝老師的諄諄教導(dǎo)和同學(xué)們的幫助,我相信這十幾天的不懈努力會給我未來的學(xué)習(xí)帶來很多的啟發(fā),我會在以后的工作生活中