基于Multisim10的8路智力競(jìng)賽搶答器

..基于Multisim10的4路搶答器——《硬件實(shí)訓(xùn)》實(shí)驗(yàn)報(bào)告__組員：指導(dǎo)時(shí)間：目錄TOC\o"1-3"\u1.設(shè)計(jì)題目12.課程設(shè)計(jì)目的13.設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求14.基本設(shè)計(jì)原理15.總體設(shè)計(jì)框圖16.單元電路設(shè)計(jì)方案和原理說(shuō)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(shí)、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(huì)1010.參考文獻(xiàn)11一、設(shè)計(jì)題目四路智力競(jìng)賽搶答器二、課程設(shè)計(jì)目的1、培養(yǎng)數(shù)字電路的設(shè)計(jì)能力。2、掌握搶答器電腦設(shè)計(jì)方法。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求3.1設(shè)計(jì)內(nèi)容⒈設(shè)計(jì)一個(gè)智力競(jìng)賽搶答器,可同時(shí)供4名選手或4個(gè)代表隊(duì)參加比賽,他們的編號(hào)分別是1、2、3、4、5、6、7、4,各用一個(gè)搶答按鈕,按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)相對(duì)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(gè)控制開關(guān),用來(lái)控制系統(tǒng)的清零<編號(hào)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(dòng)搶答按鈕,編號(hào)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(hào)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(jìng)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(jì)圖以及寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。3.2設(shè)計(jì)要求⒈搶答器具有定時(shí)搶答的功能,且一次搶答的時(shí)間可以由主持人設(shè)定。當(dāng)節(jié)目主持人啟動(dòng)"開始"鍵后,要求定時(shí)器立即減計(jì)時(shí),并用顯示器顯示。⒉參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答,搶答有效,定時(shí)器停止工作,相應(yīng)選手的燈亮,顯示器上顯示搶答時(shí)刻的時(shí)間,并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。⒊如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到,卻沒(méi)有選手搶答時(shí),本次搶答無(wú)效,系統(tǒng)短暫報(bào)警,并封鎖輸入電路,禁止選手超時(shí)后搶答。四、基本設(shè)計(jì)原理4路智力競(jìng)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(shí),別組成員按下按鈕時(shí),則不會(huì)使自己這一組的燈亮。要想實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的,我們可以用鎖存器或者觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn),因?yàn)樗鼈兌寄艽鎯?chǔ)一位二進(jìn)制數(shù)字。主持人有一個(gè)開始鍵,當(dāng)這個(gè)鍵按下時(shí),才會(huì)使搶答器正常工作；當(dāng)這個(gè)鍵彈起時(shí),無(wú)論4個(gè)選手如何按按鈕,他們各自所對(duì)的發(fā)光二極管都不會(huì)亮。這個(gè)開關(guān)我們可以用芯片上的清零端或者使能端來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然,既然是搶答器,就會(huì)有時(shí)間限制,我們需要一個(gè)倒計(jì)時(shí)器,并且需要將時(shí)間顯示,我們可以用相關(guān)的芯片實(shí)現(xiàn)這一功能,具體設(shè)計(jì)在下面的設(shè)計(jì)中會(huì)有詳細(xì)的敘述。每次搶答完后,主持人都會(huì)將時(shí)間重新置數(shù),這一功能也可以通過(guò)芯片上的相應(yīng)端口來(lái)實(shí)現(xiàn)?？傮w設(shè)計(jì)框圖它由主體電路和擴(kuò)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(dòng)搶答鍵時(shí),能使代表該選手的發(fā)光二極管發(fā)光,同時(shí)能封鎖輸入電路,禁止其他選手搶答,擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能以及將時(shí)間顯示出來(lái)。六、單元電路設(shè)計(jì)方案和原理說(shuō)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(shí)、譯碼、顯示電路。下面對(duì)各部分進(jìn)行詳細(xì)敘述。6.1搶答電路搶答電路的功能有兩個(gè)：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(hào),供顯示電路使用；2、使其他選手的按鈕操作無(wú)效。搶答電路包括集成D觸發(fā)器74LS374和4個(gè)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(gè)脈沖的上升沿到來(lái)時(shí),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(shí),處于高阻狀態(tài),OC端接低電平時(shí),芯片能夠正常工作。4個(gè)D端接4個(gè)開關(guān),開關(guān)另一端接高電平。CLK端接脈沖信號(hào)。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(gè)發(fā)光二極管組成,由于在仿真時(shí)要觀察燈的亮與熄滅,所以用燈來(lái)代替一下。4個(gè)燈的一端分別接在74LS374的4個(gè)Q端,另一端分別接地。當(dāng)Q端輸出為高電平時(shí),燈就會(huì)被點(diǎn)亮,否則就會(huì)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(gè)開關(guān)彈起時(shí),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(lái)介紹一下計(jì)數(shù)器74LS192的功能。下圖為74LS192功能表。從以上兩個(gè)圖可知,CR端為清零端,當(dāng)CR端為高電平時(shí),輸出為低電平；CR端為低電平時(shí),芯片可以進(jìn)行別的功能。在CR端為低電平的情況下,LD端為低電平時(shí),輸出為4個(gè)D端上的值,這就是我們所說(shuō)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(hào),CPD接高電平,此時(shí)芯片處于加計(jì)數(shù)狀態(tài)；CPU接高電平,CPD接脈沖信號(hào),此時(shí)芯片處于減計(jì)數(shù)狀態(tài)；CPU和CPD均接高電平,芯片處于保持的狀態(tài)?；趯?duì)74LS192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(gè)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(bào)警電路和秒脈沖產(chǎn)生電路控制電路是由4個(gè)或門組成的。74LS374的4個(gè)輸出端分別接在4個(gè)兩輸入或門的輸入端上,每?jī)山M的輸出有分別接在另一個(gè)或門的輸出端,最后輸出端和脈沖信號(hào)接在一個(gè)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(duì)應(yīng)的Q端輸出為高電平,經(jīng)過(guò)幾個(gè)或門后,最后輸入74LS374和74LS192的脈沖輸入端的信號(hào)固定為高電平,則我們將脈沖信號(hào)鎖住了,無(wú)論別的搶答開關(guān)按下與否,都不會(huì)影響結(jié)果。這就起到了控制電路的作用。報(bào)警電路中,使用燈來(lái)表示,當(dāng)無(wú)人搶答時(shí),指示燈亮。秒脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路可以通過(guò)555定時(shí)器得以實(shí)現(xiàn),但在此次設(shè)計(jì)中,我們?yōu)榱撕?jiǎn)便,直接用方波電源來(lái)實(shí)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(shí)、譯碼、顯示電路定時(shí)、譯碼、顯示電路是由74LS44譯碼器,74LS192計(jì)數(shù)器和七段數(shù)碼管構(gòu)成的。在仿真時(shí)我們用的是將譯碼器和七段數(shù)碼管集成之后的一個(gè)數(shù)碼管,這樣可以使我們?cè)诜抡鏁r(shí)稍微簡(jiǎn)單一些。我們將74LS192的四個(gè)輸入端DCBA端分別接上高電平,低電平,低電平,高電平,則通過(guò)譯碼器在七段數(shù)碼管上顯示9,然后通過(guò)減計(jì)數(shù),依次減一,當(dāng)搶答按鈕按下時(shí),控制電路將會(huì)鎖住脈沖信號(hào),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(shí),主持人通過(guò)置數(shù)重新將其置為9。下圖為定時(shí)、譯碼、顯示電路。6.6完整電路圖元件清單十進(jìn)制加減計(jì)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(shí)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(shí),即使別的搶答按鈕按下時(shí),發(fā)光二極管也不會(huì)亮。下圖是這種情況的仿真結(jié)果由上圖可知,J12彈起時(shí),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(shí),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(shí),他們所對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管也不會(huì)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(méi)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(jì)數(shù)器開始倒計(jì)時(shí),當(dāng)無(wú)人搶答時(shí),報(bào)警指示燈X9亮,數(shù)碼管顯示當(dāng)前搶答剩余時(shí)間。4、當(dāng)開始正常搶答后,計(jì)數(shù)器開始倒計(jì)時(shí),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(gè)問(wèn)題時(shí)將其重新置數(shù)。J1中開關(guān)5按下了,他所對(duì)應(yīng)的燈X5也亮了,而此時(shí)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(huì)這一次的課程設(shè)計(jì)老師,沒(méi)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(gè),分別是pespice,protel和matlab,這三個(gè)軟件都各有利弊：pespice的仿真功能比protel強(qiáng),protel主要是焊制電路板的,matlab的畫圖功能很強(qiáng)悍〔在做信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)里有深刻體驗(yàn)。在這一次課程設(shè)計(jì)中,我選擇Multisim仿真軟件。對(duì)于Multisim仿真軟件,在沒(méi)用之前,我感覺(jué)很難。首先,這個(gè)軟件是全英文的,大部分的專業(yè)詞匯都是我們不認(rèn)識(shí)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(wú)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(shí)說(shuō)它不難那是假的。但是,當(dāng)我們開始用它時(shí),發(fā)現(xiàn)他并沒(méi)有想象中的那么難,其實(shí),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(huì)用,以后有時(shí)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(guò)一番努力地尋找,我終于找到了一本書。但是,回來(lái)一看,我發(fā)現(xiàn)這本書所講的和我用的軟件不是一個(gè)版本的。我想啊,雖然不是一個(gè)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(guò)一段時(shí)間的摸索,我終于學(xué)會(huì)了畫圖。我做的題目是4路智力競(jìng)賽搶答器,經(jīng)過(guò)一段時(shí)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?yàn)榻由线@個(gè)的話,在做仿真時(shí)就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題,最后,我決定用四角的數(shù)碼管來(lái)做仿真,這個(gè)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(huì)給我未來(lái)的學(xué)習(xí)帶來(lái)很多的啟發(fā),我會(huì)在以后的工作生活中