數(shù)字搶答器實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

精品文檔課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告設(shè)計(jì)題目：數(shù)字搶答器設(shè)計(jì)班 級(jí)：計(jì)算機(jī)1306班學(xué) 號(hào)： 20133972 姓 名： 指導(dǎo)教師： 楊華設(shè)計(jì)時(shí)間：2015年7月摘 要在智力競賽中，為了公正準(zhǔn)確的顯示出第一搶答者，搶答器的存在是必不可少的。智力競賽搶答器是一種非常實(shí)用的電子電路，根據(jù)使用者要求的不同和難易程度，可以設(shè)計(jì)出多種電路。簡易八路數(shù)字搶答器主要包括搶答、編碼、優(yōu)先鎖存、顯示數(shù)字及復(fù)位等電路?？赏瑫r(shí)進(jìn)行八路優(yōu)先搶答。本文的主要內(nèi)容包括數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)思路、組成電路以及運(yùn)用Multisim 7軟件進(jìn)行仿真。此次設(shè)計(jì)的具有八個(gè)選手的數(shù)字搶答器電路一共有九個(gè)開關(guān)，主持人和八位選手各有一個(gè)開關(guān)，當(dāng)主持人的開關(guān)打開并開始計(jì)時(shí)后，選手開始搶答，該數(shù)字搶答器電路可以通過對(duì)應(yīng)的燈光來顯示搶答選手的代表號(hào)數(shù)，還可以在第一位選手搶答成功時(shí)阻止其他選手搶答。同時(shí)還設(shè)有報(bào)警系統(tǒng)，若有人搶答或超過預(yù)定時(shí)間蜂鳴器便會(huì)報(bào)警。關(guān)鍵詞：搶答器，設(shè)計(jì)電路，仿真，報(bào)警電路目 錄摘要 II第1章 概述 4 第2章 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 4 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 4 2.2 設(shè)計(jì)要求 5第3章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 3.1方案論證 5 3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 3.2.1 結(jié)構(gòu)框架及說明6 3.2.2 系統(tǒng)原理圖及工作原理 7 3.3 單元電路設(shè)計(jì) 7 3.3.1單元電路工作原理 7 3.3.2元件參數(shù)選擇 11第4章 軟件仿真12 4.1 仿真電路圖 12 4.2 仿真過程 13 4.3 仿真結(jié)果 16第5章 安裝調(diào)試17 5.1 安裝調(diào)試過程 175.2 故障分析 19第6章 結(jié)論20第7章 使用儀器設(shè)備清單21參考文獻(xiàn) 21收獲、體會(huì)和建議 21第一章 概述搶答器是為競賽參賽者答題時(shí)進(jìn)行搶答而設(shè)計(jì)的一種優(yōu)先判決器電路，競賽者可以分為若干組，搶答時(shí)各組對(duì)主持人提出的問題要在最短的時(shí)間內(nèi)做出判斷，并按下?lián)尨鸢存I回答問題。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)人按下按鍵后，則在顯示器上顯示該組的號(hào)碼，同時(shí)電路將其他各組按鍵封鎖，使其不起作用?；卮鹜陠栴}后，由主持人將所有按鍵恢復(fù)，重新開始下一輪搶答。搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間可以由主持人設(shè)定（如,30秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)開始鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效。本實(shí)驗(yàn)通過八路數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生回去所學(xué)數(shù)字電子技術(shù)的基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，掌握組合電路、時(shí)序電路和任意集成電路的綜合使用及設(shè)計(jì)方法，熟悉掌握優(yōu)先編碼器、譯碼器、觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器、555定時(shí)器的應(yīng)用方法和時(shí)序電路的設(shè)計(jì)方法。第二章 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 2.1設(shè)計(jì)任務(wù) 1.基本設(shè)計(jì)任務(wù)：（1） 設(shè)計(jì)一個(gè)具有八個(gè)選手（序號(hào)從1到8）的搶答電路，序號(hào)和選手一一對(duì)應(yīng)。（2） 搶答器要求具有顯示選手的序號(hào)，同時(shí)禁止其他選手搶答的鎖存功能。（3） 設(shè)計(jì)主持人控制系統(tǒng)的開始與結(jié)束電路。當(dāng)主持人發(fā)出搶答命令，并同時(shí)按下啟動(dòng)定時(shí)開關(guān)后，八個(gè)選手通過各自的按鍵開關(guān)發(fā)出搶答信號(hào)。（4） 報(bào)警電路：對(duì)犯規(guī)選手（包括提前搶答和超時(shí)搶答），設(shè)計(jì)有顯示搶答犯規(guī)選手序號(hào)的功能。2.擴(kuò)展設(shè)計(jì)任務(wù)：（1）每個(gè)選手按鍵搶答問題的同時(shí)，配有聲音提示。（2）當(dāng)選手開始答題的時(shí)候，系統(tǒng)開始倒計(jì)時(shí)30s有數(shù)字顯示。計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，有聲音提示。（3）自主設(shè)計(jì)部分（實(shí)物仿真均可）。2.2 設(shè)計(jì)要求自擬小型數(shù)字系統(tǒng)題目，并完成原理圖設(shè)計(jì)、模擬仿真，按要求完成設(shè)計(jì)報(bào)告。1.理論設(shè)計(jì)部分 獨(dú)立完成系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)。說明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，應(yīng)達(dá)到技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)行方案論證，確定設(shè)計(jì)方案。 畫出電路圖，說明各部分電路的工作原理，初步選定所使用的各種器件的主要參數(shù)及型號(hào)，列出元器件明細(xì)表。 系統(tǒng)中包含的中、小規(guī)模集成電路的種類至少在六種以上。2.模擬仿真根據(jù)理論設(shè)計(jì)用multisim 7在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真。驗(yàn)證所設(shè)計(jì)方案的正確性。分析電路的工作原理，寫出仿真報(bào)告。第3章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1方案論證3.1.1 主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)八位數(shù)字搶答器并帶有倒計(jì)時(shí)功能和提示報(bào)警功能。3.1.2 設(shè)計(jì)步驟1.設(shè)計(jì)各部分電路圖；2.使用仿真軟件Multisim 11進(jìn)行仿真；3.使用電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行實(shí)物調(diào)試。3.1.3 設(shè)備條件仿真軟件Multisim 11，電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)儀，導(dǎo)線若干，萬用數(shù)字表3.1.4 應(yīng)達(dá)到要求1.八位選手能夠搶答并顯示對(duì)應(yīng)需要，搶答完成后能鎖存搶答狀況；2.主持人能夠控制搶答的開始與結(jié)束；3.控制電路具有搶答倒計(jì)時(shí)和答題倒計(jì)時(shí)功能；4.具有各種情況提示或報(bào)警電路。 3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.2.1 結(jié)構(gòu)框圖及說明顯示電路優(yōu)先編碼器譯碼器鎖存器搶答開關(guān)顯示電路顯示電路控制電路顯示電路圖1數(shù)字搶答系統(tǒng)框圖 3.2.2 系統(tǒng)原理圖及工作原理圖2 搶答器原理圖定時(shí)搶答器的工作原理為：（1）搶答器系統(tǒng)接通電源時(shí)，主持人將開關(guān)置于清除位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，序號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間。（2）當(dāng)主持人宣布搶答題目后，說一聲“搶答開始”，同時(shí)將控制開關(guān)撥到開始位置，揚(yáng)聲器聲音提示，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)。（3）在規(guī)定時(shí)間內(nèi)若有選手搶答，該選手按下開關(guān)后，電路立即封鎖，防止其他選手搶答，同時(shí)顯示器顯示該選手的序號(hào)。（4）當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。3.3 單元電路設(shè)計(jì) 3.3.1單元電路工作原理(1)搶答器電路的設(shè)計(jì)圖3 搶答器部分的電路圖搶答器的功能有兩個(gè)：1、能分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答選手的編號(hào)并顯示；2、有禁止其他選手搶答的鎖存功能，可用優(yōu)先編碼器74LS148和鎖存器74LS373完成上述功能。3、設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。在這里首先通過管腳分配把開關(guān)S分配到相應(yīng)一個(gè)撥動(dòng)開關(guān)。該開關(guān)聯(lián)系到一個(gè)相應(yīng)的線路，這個(gè)線路通過與非門連接其他信號(hào)，從而達(dá)到復(fù)位的功能。搶答開始后選手將開關(guān)擲向低電平表示進(jìn)行搶答，搶答之后手動(dòng)調(diào)至高電平；之后是一個(gè)鎖存器74ls373，當(dāng)主持人發(fā)出搶答信號(hào)后，鎖存器處于打開狀態(tài)，當(dāng)某選手搶答成功后，鎖存器處于鎖存狀態(tài)，其他選手再搶答無效；再后來是一個(gè)優(yōu)先編碼器，對(duì)搶答成功和提前搶答或是超時(shí)搶答的選手序號(hào)進(jìn)行編碼；再后面是兩個(gè)譯碼器74ls47和兩個(gè)數(shù)碼管組成顯示電路分別對(duì)正常搶答和違規(guī)搶答的選手號(hào)碼進(jìn)行顯示。該電路中的一些邏輯門是用來配合實(shí)現(xiàn)以上功能的。圖4 74LS148的真值表（2）控制電路的設(shè)計(jì)下圖為控制電路電路圖圖5-1 主持人復(fù)位開關(guān)圖5-2 控制電路電路圖控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下功能：1、主持人將控制開關(guān)撥到“啟動(dòng)”位置時(shí)，揚(yáng)聲器聲音提示，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作時(shí)間為30s；2、當(dāng)參賽選手按下?lián)尨疰I時(shí)，揚(yáng)聲器聲音提示，搶答電路和定時(shí)電路停止工作；3、當(dāng)設(shè)計(jì)的搶答時(shí)間10s到，無人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器聲音提示，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。圖6 定時(shí)電路電路圖（3）報(bào)警電路的設(shè)計(jì)由555定時(shí)器和三級(jí)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)三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。圖7 報(bào)警電路電路圖 3.3.2元件參數(shù)選擇元件參數(shù)555定時(shí)器LM555CM，555_VIRTUAL_Timer74LS0074LS00D74LS3274LS32D74LS14874LS148D74LS4774LS47D74LS19074LS190D74LS11274LS112D電阻2.4K、100K電容10nF、0.001uF、0.1uF帶顏色LED燈紅橙黃綠藍(lán)蜂鳴器BUZZER 200MHZ數(shù)碼顯示管DCD_HEXLED數(shù)字顯示器與譯碼器共陽極LED數(shù)字顯示器與譯碼器直流電源5V第4章 軟件仿真 4.1 仿真電路圖 4.2 仿真過程任意按下選手搶答開關(guān)，顯示器正常顯示選手序號(hào)，例如按下第六個(gè)開關(guān)顯示如圖所示：圖8 搶答電路仿真-顯示當(dāng)主持人開關(guān)打開時(shí)，若5號(hào)選手搶答如下圖所示圖8 該圖為規(guī)定時(shí)間內(nèi)五號(hào)選手搶答，亮綠燈。若主持人的復(fù)位開關(guān)沒打開，則不會(huì)顯示選手的號(hào)數(shù)。如下圖所示。圖9 主持人開關(guān)沒打開時(shí)的電路開始運(yùn)行后，倒計(jì)時(shí)顯示器正確顯示10秒搶答倒計(jì)時(shí)，如下圖所示：圖10 搶答倒計(jì)時(shí)顯示超時(shí)搶答，報(bào)警系統(tǒng)工作圖11 該圖為超時(shí)搶答亮紅燈，并且報(bào)警聲響起若主持人開關(guān)為開啟，搶答未開始時(shí)搶答，報(bào)警系統(tǒng)工作，亮紅燈。圖12 該圖為搶答為開始時(shí)搶答亮紅燈，并且報(bào)警聲響起 4.3 仿真結(jié)果打開仿真軟件，進(jìn)行主持人搶答復(fù)位開關(guān)的復(fù)位實(shí)現(xiàn)，然后打開搶答開關(guān)，發(fā)出搶答信號(hào)，開始10s倒計(jì)時(shí)，選手可以進(jìn)行搶答，若有某選手搶答成功則計(jì)時(shí)停止，顯示搶答選手序號(hào)，其他選手再搶答無效，若倒計(jì)時(shí)至0后，仍無選手進(jìn)行搶答，計(jì)時(shí)也停止，任何選手在發(fā)出強(qiáng)搶答信號(hào)視為超時(shí)搶答，顯示違規(guī)搶答選手序號(hào)，如果在支持人發(fā)出搶答信號(hào)之前有選手搶答，則視為提前搶答，同樣為違規(guī)搶答，顯示器選手序號(hào)并伴有違規(guī)提示音。搶答結(jié)束后，若有選手搶答成功，則進(jìn)入答題環(huán)節(jié)，主持人打開答題開關(guān)，開始進(jìn)行30s倒計(jì)時(shí)，期間有時(shí)間顯示，當(dāng)答題時(shí)間記為0是停止計(jì)時(shí)，發(fā)出警報(bào)聲，答題結(jié)束。圖13 30s倒計(jì)時(shí)圖圖14 選手開始答題第5章 安裝調(diào)試 5.1安裝調(diào)試過程安裝時(shí)首先設(shè)置八個(gè)選手的按鍵開關(guān)和一個(gè)主持人的按鍵開關(guān)，分別為k1到k10，向上為高電平即為開始或搶答。然后依據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖依次連接。首先要連接的必然是搶答電路，因?yàn)檫@是整個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)部分，其他部分也是在此之上進(jìn)行完善拓展的。 搶答電路，有八個(gè)選手分別接在k1，k2，k3，k4，k5，k6，k7，k8的8個(gè)高低平開關(guān)上。搶答選手通過74LS373進(jìn)行鎖存，禁止其他選手再搶答，同時(shí)信號(hào)傳到74LS148優(yōu)先編碼寄存器，最后通過譯碼器傳到數(shù)碼管上顯示搶答選手編號(hào)。安裝順序?yàn)橄?個(gè)開關(guān)接在74LS373的1D，2D，3D，4D，5D，6D，7D，8D然后1Q,2Q,3Q,4Q,5Q,6Q,7Q,8Q接在74LS148的I1，I2，I3，I4，I5，I6，I7，I8上，Y2非，Y1非，Y0非對(duì)應(yīng)接在譯碼器的DCBA上同時(shí)顯示在數(shù)碼管上。對(duì)應(yīng)接上電源及地，使其工作。 然后連接拓展電路。利用555定時(shí)器和電阻電容組成周期為1秒的多諧振蕩電路實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，利用74LS190和74LS00和74LS32實(shí)現(xiàn)10計(jì)數(shù)器和30計(jì)數(shù)器，兩種電路組合實(shí)現(xiàn)10秒搶答倒計(jì)時(shí)和30答題秒倒計(jì)時(shí)。圖12 數(shù)字搶答器實(shí)物連接圖5.2 故障分析在連好電路之后，并沒有實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。在設(shè)計(jì)顯示選手序號(hào)的電路時(shí)，無論是哪個(gè)選手開關(guān)被按下，顯示的數(shù)字要么是7，要么是8。本以為是接譯碼器的線接錯(cuò)了，但后來經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)并不是接線錯(cuò)誤，于是我便從最開始的編碼器開始檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，是芯片74LS373 連接錯(cuò)誤。修正芯片后還是不行，慢慢檢查后，是連線的錯(cuò)誤，有幾個(gè)地方是不該接在一起的，從而造成了一個(gè)輸入端有兩個(gè)輸入量。在排除錯(cuò)誤后，經(jīng)過了編譯，但是數(shù)碼管完全沒有反應(yīng)，檢查后發(fā)現(xiàn)是因?yàn)樵谕ㄟ^與非門進(jìn)行清零的時(shí)候，接線錯(cuò)誤導(dǎo)致令74LS74一直不工作，改過錯(cuò)誤后，數(shù)碼管能正確顯示，選手也能搶答，但是搶答時(shí)間到了，74LS192還是在計(jì)數(shù)，不能在00那里停止，于是改進(jìn)電路圖，使74LS192的十位的BON連到一個(gè)脈沖上。上面是一些問題和解決方法，其實(shí)遇到的問題遠(yuǎn)不止這些，不過現(xiàn)在回想起來都是一些很低級(jí)的錯(cuò)誤，有時(shí)候是因?yàn)榇中拇笠庠斐傻腻e(cuò)誤，有時(shí)候是因?yàn)闆]有認(rèn)真看芯片的真值表而造成的。第六章 結(jié)論數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)分為三個(gè)步驟，第一步首先分析電路的功能，根據(jù)電路的功能需求，分析電路需要設(shè)計(jì)的模塊，分模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)數(shù)字搶答器的功能要求，此電路分為三個(gè)字電路模塊，第一個(gè)模塊為搶答電路，第二個(gè)模塊為主持人控制電路和定時(shí)電路，第三個(gè)模塊為報(bào)警電路。這次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的數(shù)字搶答器最基礎(chǔ)的便是搶答部分電路的設(shè)計(jì)，通過編碼器和譯碼器和數(shù)碼管的連接便可實(shí)現(xiàn)最基礎(chǔ)的功能顯示搶答題目的選手的序號(hào)。主持人的開關(guān)負(fù)責(zé)控制搶答的開始，這只需讓主持人開關(guān)能控制74LS373的使能端即可實(shí)現(xiàn)。在這個(gè)基礎(chǔ)上完善便設(shè)計(jì)了鎖存器。鎖存器的功能便是在已經(jīng)有選手搶答的情況下立即鎖住電路，阻止其他選手搶答。鎖存電路一般用一個(gè)鎖存器便可實(shí)現(xiàn)鎖存第一搶答者的功能，鎖存器的另一端便接了數(shù)碼管顯示器。為了讓搶答器更再完善添加了定時(shí)功能和報(bào)警功能。一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如,10秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)開始鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。74LS192具有減法功能，通過使用74LS192可以對(duì)設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行自減。74LS192進(jìn)行工作的時(shí)候需要給定秒脈沖。同時(shí)74LS192結(jié)合74LS47可以對(duì)所設(shè)定的搶答時(shí)間和選手搶答的時(shí)間顯示出來。參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，綠燈亮，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。本課程設(shè)計(jì)基本完成了老師的要求，能夠?qū)崿F(xiàn)全部的功能。能八路搶答，能定時(shí)搶答，也能報(bào)警，清零。第七章 使用儀器設(shè)備清單1.電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)儀2.集成芯片：優(yōu)先編碼器74LS148，鎖存器74LS373，JK觸發(fā)器74LS112，555定時(shí)器，與非門74LS00，或門74LS32，CD4511等。3.共陰極數(shù)碼管，蜂鳴器，二極管，電位器，電阻，電容若干。參考文獻(xiàn)1.李景宏，馬學(xué)文.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程.沈陽：東北大學(xué)出版社.20022.王永軍，李景華編著.數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，20023.高吉祥，易凡編著.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，2002收獲、體會(huì)和建議 此次的課程設(shè)計(jì)不簡單但也并不是很難，如果我們掌握了每個(gè)芯片的工作原理，并且有一個(gè)明確的思路，那么設(shè)計(jì)出一個(gè)完整的數(shù)字搶答器便是時(shí)間問題了。在整個(gè)電路的連接和設(shè)計(jì)的過程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)芯片以及各個(gè)電路單元之間的連接，比如報(bào)警系統(tǒng)與定時(shí)系統(tǒng)和主持人開關(guān)的連接等。在連接電路的過程中，我們還要考慮多方面的因素，加一些擴(kuò)展的內(nèi)容進(jìn)去是整個(gè)電路更加完善，更加穩(wěn)定。這次課程設(shè)計(jì)的電路比較復(fù)雜，以前并沒有接觸并著手連接過這么復(fù)雜的電路，而且對(duì)Multisim7這個(gè)軟件的應(yīng)用和運(yùn)用并不是很熟練，所以開始連接時(shí)手足無措，第一遍連出來的電路毫無邏輯可言，連到最