數(shù)字搶答器設計

唐山學院數(shù)字電子技術課程設計題目數(shù)字搶答器設計系倍B)信息工程系班級12電本班姓名學號***xxx指導教師馬軍爽樊艷2014年6月30日至7月4日共1周2014年7月3日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"引言1\o"CurrentDocument"仿真軟件介紹2\o"CurrentDocument"Multisim2\o"CurrentDocument"Multisim10概述2\o"CurrentDocument"2.3界面基本操作3\o"CurrentDocument"2.4使用注意事項4\o"CurrentDocument"設計及原理5\o"CurrentDocument"3.1設計目的5\o"CurrentDocument"3.2總體框圖5\o"CurrentDocument"3.3工作原理5\o"CurrentDocument"單元設計方案7\o"CurrentDocument"4.1搶答電路的設計7\o"CurrentDocument"4.2定時電路的設計8\o"CurrentDocument"報警電路的設計8\o"CurrentDocument"單元設計測試10\o"CurrentDocument"5.1搶答功能測試10\o"CurrentDocument"5.2定時電路的測試10\o"CurrentDocument"禁止搶答電路的測試11\o"CurrentDocument"課程設計總結13\o"CurrentDocument"參考文獻14\o"CurrentDocument"附錄15附錄1元器件清單15附錄2總體電路設計圖16課程設計說明書課程設計說明書#引言搶答器是一種應用非常廣泛的設備，無論是在學校、工廠、軍隊還是益智性電視節(jié)目都會舉辦各種各樣的智力競賽，都會用到搶答器。它能準確、公正、直觀地判斷出搶答者的座位號，也能顯示出每個選手的搶答時間，使比賽大大增加了娛樂性的同時，也更加公平、公正。目前市場上已有各種各樣的智力競賽搶答器，但絕大多數(shù)是早期設計的，由模擬電路、數(shù)字電路或者模擬電路與數(shù)字電路相結合的產(chǎn)品。數(shù)字搶答器由主體電路與擴展電路組成。優(yōu)先編碼器、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；主持人按開始按鈕示意開始，以上兩部分組成主體電路。通過定時電路實現(xiàn)計時功能，構成擴展電路。在搶答電路中利用一個優(yōu)先編碼器譯出最先搶到答題權的選手編號并經(jīng)數(shù)碼管顯示出來，同時給出聲音提示，還要封鎖電路，使其他選手再搶答則無效。當選手問答完成后，主持人將系統(tǒng)恢復。如果搶答時間已到，卻沒有選手搶答，則本次搶答無效，報警電路發(fā)出報警，禁止選手超時后搶答。本設計以六路搶答器為基本概念，從實際應用出發(fā)，利用multisim完成了原理圖設計和電路仿真，由搶答電路、倒計時電路、報警電路組成。實現(xiàn)能同時供6人搶答的電路。仿真軟件介紹2.1MultisimMultisimlO是美國國家儀器(NI)有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬、數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisin交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。tisin提煉了SPICE仿真的復雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入PttCE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合電子學教育。通過tisim和虛擬儀器技術，PCB設計工程師和電子學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計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。2.2Multisim1概0述目前在各高校教學中普遍使用MultisimlO.O，網(wǎng)上最為普遍的是Multisim10.0，NI于2007年08月26日發(fā)行NI系列電子電路設計軟件，NIMultisimv10作為其中一個組成部分包含于其中。有了Multisim軟件，就相當于擁有了一個設備齊全的實驗室，可以非常方便的從事電路設計、仿真、分析工作。此軟件可以提供以下便利：通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境，輕松設計電路；通過交互式SPICE仿真,迅速了解電路行為；借助高級電路分析,理解基本設計特征；通過一個工具鏈,無縫地集成電路設計和虛擬測試；通過改進、整合設計流程，減少建模錯誤并縮短上市時間。NIMultisim軟件結合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設計和驗證。憑借NIMultisim，可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標準SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級SPICE分析和虛擬儀器，能在設計流程中提早對電路設計進行的迅速驗證，從而縮短建模循環(huán)。與NILabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強大技術的設計流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實現(xiàn)建模測量。在搭建實際電路之前，采用Multisiml0仿真軟件進行虛擬測試，可使實驗方法和實驗手段現(xiàn)代化，擴展實驗容量，使實驗內(nèi)容更完備，提高了實驗效率，節(jié)省大量的實驗資源。Multisiml0軟件有一個完整的集成化設計環(huán)境，它將原理圖的創(chuàng)建、電路的測試分析、結的圖表顯示等全部集成到同一個電路窗口中。Multisiml0軟件進行設計仿真分析的基本步驟為：設計創(chuàng)建仿真電路原理圖、電路圖選項的設置、使用仿真儀器、Multisiml0仿真。2.3界面基本操作啟動Multisim10的實yt曲*EJkbMdiJn4ateTi邪牙ids卸r逼如.甌ifcwHelp二工上O^SJ^[l三|罔喘卑建崗左劈?、山?目￡：jsl-P-ln?...-”?EU<i>I-f.-^1?,□a-*5%J卜■X』匚-自Citeud■m■二a一H■據(jù)0圖2-1Multisiml0界面I菜單工具欄儀表工［護數(shù)據(jù)表格視圖圖2-2Muitisim界面2.4使用汪意事項(1)不要長時間使軟件處于仿真狀態(tài)，以免死機；(2)刪除元件、儀器、連線等，一定要在斷開仿真開關的情況下;注意數(shù)字地與模擬地的差別，使用標準符號；LED數(shù)碼管的極性；分模塊調(diào)試，最后綜合調(diào)試。設計及原理3.1設計目的本課題的根本任務是準確判斷出第一搶答者的信號將其鎖存。實現(xiàn)這一功能可選擇SR鎖存器。在得到第一信號之后立即將電路的輸入封鎖，即使再有搶答信號也無效。同時還必須注意，第一搶答信號應在主持人發(fā)出搶答命令之后才有效。電路形成第一信號之后，用編碼、譯碼及數(shù)碼顯示電路顯示出搶答者號碼。當主持人按下開始按鈕后，開始進行9秒倒計時，開始搶答。當有搶答信號時，計時停止，當計時時間到0秒，若無人搶答，則本次搶答無效，禁止選手超時后搶答，報警器發(fā)出報警。主持人清零開始后才可重新開始搶答。3.2總體框圖定時搶答器的總體框圖如下3-1：圖3-1總體框圖3.3工作原理搶答器具有鎖存、定時、顯示和報警功能，由輸入電路，判別電路，顯示電路，秒脈沖發(fā)生器，計時電路和報警電路等組成。即當搶答開始后，選手搶答按動按鈕，鎖存器鎖存相應的選手編碼，同時用LED數(shù)碼管把選手的編碼顯示出來，并且開始搶答時間的倒計時，同時用LED數(shù)碼管把選手的所剩搶答時間顯示出來。在選手按鍵以及搶答時間倒計時到時的時候都有報警以提醒主持人和選手。電路包括主體電路和擴展電路兩部分。其中主體電路完成基本的搶答功能，擴展電路完成定時搶答的功能以及報警功能。圖3-1所示電路的工作過程是：接通電源后，主持人將控制開關置于“清除”處，此時搶答器處于禁止狀態(tài)，選手不能進行搶答，定時顯示器顯示設定的時間為9s,當主持人將控制開關置于“開始”時,搶答器處于工作狀態(tài)，同時定時器開始倒計時。當選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，電路要完成以下功能：優(yōu)先編碼電路判斷搶答者的編號，并由鎖存器進行鎖存，然后通過譯碼顯示電路在數(shù)碼管上顯示搶答者的編號；揚聲器發(fā)出短暫聲響；控制電路對其余輸入編碼進行封鎖，禁止其他選手進行搶答；控制電路要使定時器停止工作，數(shù)碼管上顯示剩余的搶答時間。當選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關使系統(tǒng)回復到禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答。當定時時間到，卻沒有選手搶答時，系統(tǒng)將報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。4單元設計方案4.1搶答電路的設計搶答電路的功能有兩個：一是能分辨出選手按鍵的的先后，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鍵操作無效。選用優(yōu)先編碼74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能。工作過程：開關S置于清除端時，RS觸發(fā)器的R端均為0,觸發(fā)器輸出置0,使74LS148處于工作狀態(tài)。當開關S置于開始時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將鍵按下時，74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存，處于工作狀態(tài)，Q4Q3Q2=101,經(jīng)譯碼顯示出來。此外，74LS148的ET為高電平1,處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，此時由于仍為ET為1,所以74LS148仍處于禁止狀態(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。當主持人將S開關重新置零，才可以進行下一輪搶答。電路如圖4-1所示：ir=ir=i-Eep=4-Kef=-EKe：=占1圖4-1搶答電路

4.2定時電路的設計該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、74LS190,譯碼電路，7段數(shù)碼管等相關電路組成。工作過程為：搶答開始前，74LS190置數(shù)端為低電位，處于初始狀態(tài)，數(shù)碼管顯示為9,5引腳接高電位。搶答開始后，秒脈沖推動右邊的芯片開始倒記時，同時右邊芯片產(chǎn)生的信號做為左邊芯片的CP信號推動左邊的芯片倒記時,完成十進制的倒記時功能。當有人搶答后1Q的輸出為1,經(jīng)過非門后變?yōu)?,通過與門屏蔽了秒信號，停止記時，完成顯示搶答時間的功能。當?shù)褂嫊r0秒時，左邊的芯片產(chǎn)生的定時到信號輸出為低電位，也屏蔽了秒信號，使得數(shù)碼管顯示為0。定時電路如下：U7VU6AF404NLIW555CM=Z2D0nF■C41QuFs39n-uR6[>CD_HEX_DIG_GR.EEN~5VJrli員3>dJ：X3U9A74ALSQ4BNX1LED洞”U11A74LSQ-&JVU6AF404NLIW555CM=Z2D0nF■C41QuFs39n-uR6[>CD_HEX_DIG_GR.EEN~5VJrli員3>dJ：X3U9A74ALSQ4BNX1LED洞”U11A74LSQ-&J圖4-2定時電路4.3報警電路的設計采用555定時器和三極管構成的報警電路。其中555構成多諧振蕩器，其輸出信號經(jīng)三極管推動蜂鳴器。報警電路如下：

VGCR6r-^M―■1kL：fvccH--5V:VCC5V-A13ST--OUT29DIS5faRIkLcC：'U?；；VGCR6r-^M―■1kL：fvccH--5V:VCC5V-A13ST--OUT29DIS5faRIkLcC：'U?；；；Ff2M1711G2tOOuF28X2U12?d555.VIRTUALR5BUZZER100Hz100nF圖4-3報警電路其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。555芯片的4號管腳（RST）作為控制端，當4號管腳為低電平時，蜂鳴器發(fā)出聲音；當4號管腳為高電平時，蜂鳴器不發(fā)聲。

5單元設計測試5.1搶答功能測試T圖5-1搶答電路選手按下按鍵，數(shù)碼器顯示出選手的號碼，圖為3號選手按下按鍵時數(shù)碼器的顯示正確。5.2定時電路的測試

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