數(shù)字搶答器設(shè)計(jì)

唐山學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目數(shù)字搶答器設(shè)計(jì)系倍B)信息工程系班級(jí)12電本班姓名學(xué)號(hào)***xxx指導(dǎo)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(xiàng)4\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)及原理5\o"CurrentDocument"3.1設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方案7\o"CurrentDocument"4.1搶答電路的設(shè)計(jì)7\o"CurrentDocument"4.2定時(shí)電路的設(shè)計(jì)8\o"CurrentDocument"報(bào)警電路的設(shè)計(jì)8\o"CurrentDocument"單元設(shè)計(jì)測(cè)試10\o"CurrentDocument"5.1搶答功能測(cè)試10\o"CurrentDocument"5.2定時(shí)電路的測(cè)試10\o"CurrentDocument"禁止搶答電路的測(cè)試11\o"CurrentDocument"課程設(shè)計(jì)總結(jié)13\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn)14\o"CurrentDocument"附錄15附錄1元器件清單15附錄2總體電路設(shè)計(jì)圖16課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書#引言搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，無(wú)論是在學(xué)校、工廠、軍隊(duì)還是益智性電視節(jié)目都會(huì)舉辦各種各樣的智力競(jìng)賽，都會(huì)用到搶答器。它能準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出搶答者的座位號(hào)，也能顯示出每個(gè)選手的搶答時(shí)間，使比賽大大增加了娛樂(lè)性的同時(shí)，也更加公平、公正。目前市場(chǎng)上已有各種各樣的智力競(jìng)賽搶答器，但絕大多數(shù)是早期設(shè)計(jì)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(jié)合的產(chǎn)品。數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼器、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出；主持人按開(kāi)始按鈕示意開(kāi)始，以上兩部分組成主體電路。通過(guò)定時(shí)電路實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。在搶答電路中利用一個(gè)優(yōu)先編碼器譯出最先搶到答題權(quán)的選手編號(hào)并經(jīng)數(shù)碼管顯示出來(lái)，同時(shí)給出聲音提示，還要封鎖電路，使其他選手再搶答則無(wú)效。當(dāng)選手問(wèn)答完成后，主持人將系統(tǒng)恢復(fù)。如果搶答時(shí)間已到，卻沒(méi)有選手搶答，則本次搶答無(wú)效，報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警，禁止選手超時(shí)后搶答。本設(shè)計(jì)以六路搶答器為基本概念，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，利用multisim完成了原理圖設(shè)計(jì)和電路仿真，由搶答電路、倒計(jì)時(shí)電路、報(bào)警電路組成。實(shí)現(xiàn)能同時(shí)供6人搶答的電路。仿真軟件介紹2.1MultisimMultisimlO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Multisin交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。tisin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PttCE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)tisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(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。2.2Multisim1概0述目前在各高校教學(xué)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(shè)計(jì)軟件，NIMultisimv10作為其中一個(gè)組成部分包含于其中。有了Multisim軟件，就相當(dāng)于擁有了一個(gè)設(shè)備齊全的實(shí)驗(yàn)室，可以非常方便的從事電路設(shè)計(jì)、仿真、分析工作。此軟件可以提供以下便利：通過(guò)直觀的電路圖捕捉環(huán)境，輕松設(shè)計(jì)電路；通過(guò)交互式SPICE仿真,迅速了解電路行為；借助高級(jí)電路分析,理解基本設(shè)計(jì)特征；通過(guò)一個(gè)工具鏈,無(wú)縫地集成電路設(shè)計(jì)和虛擬測(cè)試；通過(guò)改進(jìn)、整合設(shè)計(jì)流程，減少建模錯(cuò)誤并縮短上市時(shí)間。NIMultisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。憑借NIMultisim，可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫(kù)的電路圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級(jí)SPICE分析和虛擬儀器，能在設(shè)計(jì)流程中提早對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行的迅速驗(yàn)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(qiáng)大技術(shù)的設(shè)計(jì)流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)建模測(cè)量。在搭建實(shí)際電路之前，采用Multisiml0仿真軟件進(jìn)行虛擬測(cè)試，可使實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)手段現(xiàn)代化，擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)容量，使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更完備，提高了實(shí)驗(yàn)效率，節(jié)省大量的實(shí)驗(yàn)資源。Multisiml0軟件有一個(gè)完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境，它將原理圖的創(chuàng)建、電路的測(cè)試分析、結(jié)的圖表顯示等全部集成到同一個(gè)電路窗口中。Multisiml0軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真分析的基本步驟為：設(shè)計(jì)創(chuàng)建仿真電路原理圖、電路圖選項(xiàng)的設(shè)置、使用仿真儀器、Multisiml0仿真。2.3界面基本操作啟動(dòng)Multisim10的實(shí)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(hù)數(shù)據(jù)表格視圖圖2-2Muitisim界面2.4使用汪意事項(xiàng)(1)不要長(zhǎng)時(shí)間使軟件處于仿真狀態(tài)，以免死機(jī)；(2)刪除元件、儀器、連線等，一定要在斷開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)的情況下;注意數(shù)字地與模擬地的差別，使用標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)；LED數(shù)碼管的極性；分模塊調(diào)試，最后綜合調(diào)試。設(shè)計(jì)及原理3.1設(shè)計(jì)目的本課題的根本任務(wù)是準(zhǔn)確判斷出第一搶答者的信號(hào)將其鎖存。實(shí)現(xiàn)這一功能可選擇SR鎖存器。在得到第一信號(hào)之后立即將電路的輸入封鎖，即使再有搶答信號(hào)也無(wú)效。同時(shí)還必須注意，第一搶答信號(hào)應(yīng)在主持人發(fā)出搶答命令之后才有效。電路形成第一信號(hào)之后，用編碼、譯碼及數(shù)碼顯示電路顯示出搶答者號(hào)碼。當(dāng)主持人按下開(kāi)始按鈕后，開(kāi)始進(jìn)行9秒倒計(jì)時(shí)，開(kāi)始搶答。當(dāng)有搶答信號(hào)時(shí)，計(jì)時(shí)停止，當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到0秒，若無(wú)人搶答，則本次搶答無(wú)效，禁止選手超時(shí)后搶答，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警。主持人清零開(kāi)始后才可重新開(kāi)始搶答。3.2總體框圖定時(shí)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?yè)尨鹌骶哂墟i存、定時(shí)、顯示和報(bào)警功能，由輸入電路，判別電路，顯示電路，秒脈沖發(fā)生器，計(jì)時(shí)電路和報(bào)警電路等組成。即當(dāng)搶答開(kāi)始后，選手搶答按動(dòng)按鈕，鎖存器鎖存相應(yīng)的選手編碼，同時(shí)用LED數(shù)碼管把選手的編碼顯示出來(lái)，并且開(kāi)始搶答時(shí)間的倒計(jì)時(shí)，同時(shí)用LED數(shù)碼管把選手的所剩搶答時(shí)間顯示出來(lái)。在選手按鍵以及搶答時(shí)間倒計(jì)時(shí)到時(shí)的時(shí)候都有報(bào)警以提醒主持人和選手。電路包括主體電路和擴(kuò)展電路兩部分。其中主體電路完成基本的搶答功能，擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能以及報(bào)警功能。圖3-1所示電路的工作過(guò)程是：接通電源后，主持人將控制開(kāi)關(guān)置于“清除”處，此時(shí)搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，選手不能進(jìn)行搶答，定時(shí)顯示器顯示設(shè)定的時(shí)間為9s,當(dāng)主持人將控制開(kāi)關(guān)置于“開(kāi)始”時(shí),搶答器處于工作狀態(tài)，同時(shí)定時(shí)器開(kāi)始倒計(jì)時(shí)。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，電路要完成以下功能：優(yōu)先編碼電路判斷搶答者的編號(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后通過(guò)譯碼顯示電路在數(shù)碼管上顯示搶答者的編號(hào)；揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響；控制電路對(duì)其余輸入編碼進(jìn)行封鎖，禁止其他選手進(jìn)行搶答；控制電路要使定時(shí)器停止工作，數(shù)碼管上顯示剩余的搶答時(shí)間。當(dāng)選手將問(wèn)題回答完畢，主持人操作控制開(kāi)關(guān)使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)將報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。4單元設(shè)計(jì)方案4.1搶答電路的設(shè)計(jì)搶答電路的功能有兩個(gè)：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(hào)，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無(wú)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(guò)程：開(kāi)關(guān)S置于清除端時(shí)，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(dāng)開(kāi)關(guān)S置于開(kāi)始時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)，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(lái)。此外，74LS148的ET為高電平1,處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開(kāi)即按下時(shí)，此時(shí)由于仍為ET為1,所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)，保證了搶答者的優(yōu)先性。當(dāng)主持人將S開(kāi)關(guān)重新置零，才可以進(jìn)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(shí)電路的設(shè)計(jì)該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、74LS190,譯碼電路，7段數(shù)碼管等相關(guān)電路組成。工作過(guò)程為：搶答開(kāi)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(kāi)始后，秒脈沖推動(dòng)右邊的芯片開(kāi)始倒記時(shí)，同時(shí)右邊芯片產(chǎn)生的信號(hào)做為左邊芯片的CP信號(hào)推動(dòng)左邊的芯片倒記時(shí),完成十進(jìn)制的倒記時(shí)功能。當(dāng)有人搶答后1Q的輸出為1,經(jīng)過(guò)非門后變?yōu)?,通過(guò)與門屏蔽了秒信號(hào)，停止記時(shí)，完成顯示搶答時(shí)間的功能。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)0秒時(shí)，左邊的芯片產(chǎn)生的定時(shí)到信號(hào)輸出為低電位，也屏蔽了秒信號(hào)，使得數(shù)碼管顯示為0。定時(shí)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(shí)電路4.3報(bào)警電路的設(shè)計(jì)采用555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，其輸出信號(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)蜂鳴器。報(bào)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(bào)警電路其輸出信號(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器。555芯片的4號(hào)管腳（RST）作為控制端，當(dāng)4號(hào)管腳為低電平時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲音；當(dāng)4號(hào)管腳為高電平時(shí)，蜂鳴器不發(fā)聲。

5單元設(shè)計(jì)測(cè)試5.1搶答功能測(cè)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(hào)碼，圖為3號(hào)選手按下按鍵時(shí)數(shù)碼器的顯示正確。5.2定時(shí)電路的測(cè)試

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a胡L5忡汕42L/>x.hCVCr.aUS3SRCU:4-T_忒冊(cè)出7EIO3LM5&KMU7DCDHEX?IG馭EEN353：353-0USA74ALS04BNX1何VR7Wr%LEDU11AriLsogj圖5-2定時(shí)電路當(dāng)主持人按下開(kāi)始鍵，倒計(jì)時(shí)開(kāi)始，從9秒開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，圖為倒計(jì)時(shí)測(cè)試過(guò)程,顯示正確。當(dāng)主持人按下清零鍵時(shí)，顯示器顯示零。5.3禁止搶答電路的測(cè)試當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)結(jié)束，仍無(wú)選手搶答，報(bào)警器報(bào)警，同時(shí)禁止選手搶答，如圖，顯示正確。6課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)數(shù)字電路有了進(jìn)一步的了解，在設(shè)計(jì)搶答器、報(bào)警器、