四路搶答器的仿真設計[專業(yè)經驗]

1、課程設計報告題 目： 四路搶答器的仿真設計 學生姓名： 趙云云 學生學號： 1114040146 系 別： 電氣信息工程學院 專 業(yè)： 電子信息科學與技術 屆 別： 2015 指導教師： 王留留 電氣信息工程學院 2014年3月綠茶紅a 四路搶答器的仿真設計 學生：趙云云 指導教師：王留留電氣信息工程學院 電子信息科學與技術專業(yè) 1課程設計的任務與要求1.1 課程設計的任務采用multisim軟件進行電路圖的繪制以及仿真，用七段鎖存譯碼驅動集成電路CD4511、LED數(shù)碼顯示管、編碼二極管、電阻、74LS08N、74LS00N、74LS04以及蜂鳴器等實現(xiàn)四路智力搶答器。1.2 課程設計的要求

2、(1)4名選手編號為： 1、2、3、4，各有一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號對應，分別為J1，J2，J3，J4。(2)給主持人設置一個控制按鈕K，用來控制系統(tǒng)清零和搶答的開始。(3)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，該選手編號立即鎖存，并在搶答顯示器上顯示該編號，同時揚聲器給出音響提示，封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。1.3 課程設計的研究基礎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)先鎖存門控電路、聲響報警電路組成。所用的器件主要有鎖存器74LS08N、譯碼器4511BP_5V（即CD

3、4511）、LED數(shù)碼管、蜂鳴器等。搶答電路中主持人通過開關K控制鎖存器，當主持人開關打在高電平1時，搶答開始，J1、J2、J3、J4四位選手按下?lián)尨痖_關即可在數(shù)碼管上顯示該組的組號并且鎖存，其他各組再搶答均無作用，這就是研究的基礎。下面以J2選手率先搶答為例：主持人key=space按下開關開始搶答，J2號選手率先按下?lián)尨痖_關，搶答信號輸入以高電平信號表示，這里視為1當高電平信號號傳輸?shù)阶g碼器CD4511的相應端口，然后經由譯碼器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碼。同時在主持人按下開始開關時，數(shù)碼管e和f管腳的電平通過與非輸出高電平然后和另一個開關的高電平共同輸

4、出高電平送到CD4511的EL端實現(xiàn)鎖存，其它的選手在搶答均無效果。當開關按下后輸入低電平到BI，數(shù)碼管熄滅。開關打開后清零開始搶答。這就是我設計的基礎。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。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，該選手編號立即鎖存，并在搶答顯示器上顯示該編號，同時揚聲器給出音響提示，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動電路CD4511數(shù)顯電路聲訊電路優(yōu)先鎖存電路門控電路圖1 基于CD4511方案圖3四路搶答器系統(tǒng)方案設計3.1各單元模塊功能介紹及電路設計（1

5、）.譯碼數(shù)顯電路（功能是將收到的BCD碼譯碼成十進制數(shù)并通過數(shù)碼管顯示出來）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)先鎖存門控電路（主要功能是當任意一個按鍵被按下時鎖存相應的編號以及允許搶答和清零復位的功能）圖2加入鎖存門控電路后的電路（4）.聲響報警電路（功能主要是在搶答成功后發(fā)出聲響以示搶答成功）圖5加入報警電路后的電路3.2電路參數(shù)的計算及元器件的選擇由于CD4511的輸出端電壓為5v，而數(shù)碼管的前向導通電壓和開門電流分別為1.66v和5ma，這時CD4511與數(shù)碼管連接時中間需加限流電阻668歐，限流電

6、阻必須要小于這個電阻，我們取600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BI=0 時，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腳是測試輸入端，當BI=1，LT=0 時，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”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。LE：5腳是鎖定控制端，當LE=0時，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。DA、DB、DC、DD、為8421BC

7、D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)碼管是由7個獨立的二極管采用共陰或共陽的方

8、法連接而成。通常將這7個獨立的二極管做成a、b、c、d、e、f、g這7個筆劃。通過一個7位的二進制電平信號就可以顯示出想要的結果。例如，點亮二極管b、c，數(shù)碼管將會顯示數(shù)字1，點亮a、b、c、d、e、f、g，數(shù)碼管將會顯示數(shù)字0。所以，數(shù)碼管的顯示需要有7根連線。每個數(shù)字對應的二進制碼如下表所示。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當有一個高電平施加在蜂鳴器上時蜂鳴器就會發(fā)出聲音，用于提醒搶答成功。3.4

9、 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)方案設計4.1 仿真軟件介紹Multisim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Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE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Multisim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

10、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。如圖4-1為multisim10的啟動界面。圖9 multisim啟動界面軟件以圖形界面為主，采用菜單、工具欄和熱鍵相結合的方式，具有一般Windows應用軟件的界面風格，用戶可以根據(jù)自己的習慣和熟悉程度自如使用。 啟動Multisim 10后，將出現(xiàn)如圖11界面。圖10啟動multisim后的界面界面由多個區(qū)域構成：菜單欄，各種工具欄，電路輸入窗口，狀態(tài)條，列表框等。通過對各部分的操作可以實現(xiàn)電路圖的輸入、編輯，并根據(jù)需要對電路進行相應的觀測和分析。用戶可以通過菜單或工具欄改變主窗口的視圖內容。（1）菜單欄 菜單欄位于界面的上方，通

11、過菜單可以對Multisim的所有功能進行操作。 不難看出菜單中有一些與大多數(shù)Windows平臺上的應用軟件一致的功能選項，如File，Edit，View，Options，Help。此外，還有一些EDA軟件專用的選項，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View菜單中的選項方便地將頂層的工具欄打開或關閉，再通過頂層工具欄中的按鈕來管理和控制下層的工具欄。通過工具欄，用戶可以方便直接地使用軟件的各項功能。頂層的工具欄有：Standard工具欄、Design工具欄、Zoom

12、工具欄，Simulation工具欄。4.2 系統(tǒng)仿真實現(xiàn) 圖11搶答未開始4.3 系統(tǒng)測試 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)分析通過對系統(tǒng)的功能和參數(shù)都符合設計的要求。搶答器具有第一個搶答信號的鑒別鎖存及顯示功能。即有搶答信號輸入時，鎖存相應的編號，并在LED中顯示出來，同時揚聲器發(fā)出聲響，此時在按其他任何一個搶答器開關均無效，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持不變，直到主持人將系統(tǒng)清零為止。5總結5.1 設計小結通過本次課程設計我學習了很多知識，首先就是軟件的安裝，之前在自己的安裝下就是安裝不好，感覺安裝過程是正確的,但是桌面上總不顯

13、示快捷方式，一度以為自己沒安裝好，后來才在開始所有程序找到了它，就整個安裝過程來說，就對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現(xiàn)這個功能。因為本身模電數(shù)、Proteus之類的學的也就不太好，所以設計電路這個過程基本上都是百度搜尋的，再通過求助于同學，才找到這個應該對的電路圖。雖然這整個過程我我沒有從根本上設計出四路搶答器，但是這個過程也讓我懂得了如何去思考其它的題目，如何從設計要求到實現(xiàn)其功能，有了自己的思考方法，知道該怎么樣去做，向哪個方向努力才能實現(xiàn)這 個功能。在設計中我學會了multisim，對該軟件的使用有了很大的進步。在這次課

14、程設計中我學到了很多，希望可以再實踐中加強。在今后的實踐中我會更加努力的學習。5.2 展望通過本次課程設計的學習，我感覺自己以前學習得太糟糕了，很多東西都不知道，本身四路搶答器是挺簡單的，它的設計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，使我知道了自己對本專業(yè)的知識有著很大的不足，比如說有一些軟件我還不能靈活的安裝和運用和各種典型實際案例的設計及其各種元器件的使用，我發(fā)誓我會在以后的學習中不斷加強。這次設計的四路智力搶答器是一個比較簡單的電路，在現(xiàn)實生活中會有等多更復雜更實用的電路需要設計，所以在以后的工作學習中我會繼續(xù)努力的學習專業(yè)知識，設計出更多更好的電路，從而滿足現(xiàn)代生活的需求。 6 參考文獻1 陳忠平編著.基于Proteus的51系列