综合设计报告抢答器分析.docx

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综合设计报告抢答器分析

武汉工程大学计算机科学与工程学院

综合设计报告

设计名称：

硬件系统综合设计

抢答器的设计设计题目：

1505120201学生学号：

022015计算机科学与技术实验班专业班级：

学生姓名：

查红胜

指导教师（职称）：

陈艳（讲师）

学业导师（职称）：

陈艳（讲师）

学生成绩：

完成时间：

2016.11.28-12.11

制武汉工程大学计算机科学与工程学院．

说明：

1、报告中的第一、二、三项由综合设计负责人在综合设计开始前填写并发给每个学生。

2、学业导师负责批改学生的设计报告，并给出相应的得分。

同时，就设计报告质量撰写评语。

3、指导教师就学生在设计期间的表现及设计完成情况分别给出相应的得分。

同时，就此两项情况撰写评语。

4、设计的总评成绩由上述各部分累加得出，由指导教师汇总，并填写于报告的封面。

5、设计报告正文字数一般应不少于5000字，也可由综合设计负责人根据本项综合设计的具体情况酌情增加字数或内容。

6、此表格式为武汉工程大学计算机科学与工程学院提供的基本格式（适用于学院各项课程设计），各专业也可根据本项综合设计的特点及内容做适当的调整，并上报学院批准。

-ii-

成绩评定表

学生姓名：

查红胜学号：

1505120201班级：

2015计算机科学与技术实验班2

类合计各项实际评语评分标准分值分值得分别

报告格式规范，表述清晰，章节内容组织恰当。

符号统10一，图表完备，符合规范要求。

参考文献数量在5篇以上，格式及引用符合要求。

报告内容翔实，结构严谨理。

课题背景介绍清楚，述充分。

设计与实现等主3010过程完整，论述具体透彻能运用所学专业知识对问加以分析和求解。

无抄袭象设计报告对整个设计过程体现了收获行了全面总结10

得出了有价值的结论或学业导师（签字）果遵守学习纪律，表现良好2020积极完成课程设计任务，旷课、迟到、早退等情况按照要求完成设计内容，案合理，功能完善，设计30作量饱满，能运用专业知和技能去发现与解决实际题50在设计过程中展现出了较20的学习能力动手实践能力团队协作能力和创新意识

总评成指导教师（签字）

一、综合设计目的、条件、任务和内容要求：

）设计目的1抢答器作为一种电子产品，早已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。

但目

前使用的抢答器存在分立元件较多，造成每路的成本较高，而现代电子技术的发展要求电子电路朝数字化、集成化方向发展，因此设计出数字集成化全集成电路的多路抢答器是现代电子技术发展的要求仿真工具，完成简单数字电路的设计；复习巩固逻辑电路及时序电路相关原理、应用知识；进一步学习、掌握各种常用芯片的逻辑功能及使用方法；学习锁存器设计、数字系统的设计、测试方法。

辑实验室进行。

以选用数字逻辑课程实验箱）、万用表、镊子、剪刀、拔线铨、导线若干；提供设计需要的芯片，包括：

锁存器、定时器、段码管、段码管驱动译码芯片及各种门电路芯片及相应的电阻、开关等。

通过本次设计，2）条件本次设计分数字电路仿真和搭建实际电路两部分，分别在专业机房和数字逻3）任务和要求）设计指标1（

要求同学们掌握抢答器的工作原理、

Multisim设计方法，学习（可电源、面包板

数字逻辑实验室为每个小组准备独立的试验台、

示。

①抢答器同时供设置一个系统清除和抢答控制开关②

个代表队比赛，分别用N名选手或N

，该开关由主持人控制。

S

SN-1S0~N个按钮并在此基础上完成实际的

器发出声响提示，并在数码管上显示选手号码。

选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

抢答器具有锁存与显示功能。

即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声③实现抢答倒计时和报警。

④2）设计要求（画出电路原理图；①元器件及参数选择；②系统设计、调试与分析。

③）制作要求（3应用

Multisim

等软件先完成硬件仿真，或Proteus

硬件电路设计、装配，达到设计要求，并能发现问题和解决问题。

）编写设计报告（4

依照给定模板完成设计报告，要求体现自己的工作、收获和思考。

二、进度安排学生自学仿真工具相关资料发给学生指导教师将设计题目12日之

试做题目确定分组和选题，查阅资料，搭建基本硬件电路12

分析、选择合适的设计方案，完成仿真12~1完成、完善系统功能，硬件测试，教师检查验收，各小组方案交流12.5~12.6

完成综合设计报12.7~12.11

三、应收集资料及主要参考文献

2014.1高等教育出版社电子技术基础（数字部分）第六[M].1康华.

Proteu仿真相关资2Multisi（查芯datashee电子网321Ihttp:

//www.21icsearch.co和选题相关的其它资4

摘要...................................................................II

Abstract................................................................III

第一章绪论..............................................................1

1.1课题设计的背景.......................................................1

1.2课题设计的目的.......................................................1

1.3课题设计任务和要求...................................................1

1.4课题设计的理论依据...................................................2

第二章开发工具及相关技术................................................3

2.1设计中使用的芯片介绍.................................................3

2.2设计电路介绍.........................................................6

2.3Multisim仿真软件介绍................................................7

第三章系统设计..........................................................10

3.1方案设计............................................................10

3.2电路工作分析........................................................10

第四章系统测试及改进...................................................15

4.1电路的仿真测试......................................................15

4.2电路仿真发现的问题..................................................16

4.3电路的优化..........................................................16

总结..................................................................18

致谢..................................................................19

参考文献.................................................................20

-I-

摘要

数字电路产品在生活中有着极其广泛的应用，包括计算机、数字通信、智能仪器仪表、自动控制及航天等领域中。

这些给人们带来了生活，工作等方面带来了极大的方便。

数字电路的发展，使得这门课程对于我们来说是很有必要学好。

数字电路设备实现简单，速度和可靠性好。

在这次的数字电路制作中，本人制作多路智能抢答器。

抢答器在比赛等场合中不可缺少的设备。

本文就是从数字电路芯片的功能简介开始，利用功能不同的数字电路芯片的组合来实现多路抢答器的功能。

首先简要的介绍了课题设计的背景、目的以及课题设计任务和要求。

然后介绍几个主要集成芯片的管脚功能和用法。

最后介绍多路抢答器的原理和设计过程。

总结与改进部分，讲一些电路在实际设计调试中的不足，并加以改进。

该多路抢答器设计为一个八路抢答器，每个编号对应相应的组别或个人。

当其中一人抢答时，抢答成功后，与此人对应编号的显示灯会亮，而其他人的则不会亮。

其次，本抢答器中有抢答时间的限制，当时间超过十秒钟的时候所有人都不能够在抢答。

而我们在完成八人抢答的功能后，扩展到十人抢答。

关键字：

抢答；优先编码器；仿真；

-II-

Abstract

Digitalproductsarewidelyusedinlife,includingcomputer,digitalcommunication,

intelligentinstrument,automaticcontrol,aerospaceandotherfields.Thesebringlifeand

workbroughtgreatconvenience.Thedevelopmentofdigitalcircuits,sothatthiscourseis

verynecessaryforustolearntherealizationofasimpledigitalcircuit.Theequipment,speed

andreliability.

Intheproductionofdigitalcircuits,Iproducedmulti-channelintelligentresponder.The

responderoccasionsincompetitionsindispensableequipment.Thisarticleisfromthedigital

circuitchipfeatures,toachievemulti-channelresponderfunctionusingacombinationof

digitalcircuitchipwithdifferentfunctions.Firstbrieflyintroducesthedesignbackground.

Objectivetoresearchanddesigntasksandrequirements.Thenweintroduceseveralmain

integratedchippinfunctionandusage.Finallyintroducestheprincipleanddesignprocessof

multipleresponder.Summaryandimprovement,somelackofactualcircuitinthedesignand

debuggingof,andtobeimproved.

Themulti-channelResponderdesignforaeightresponder,eachnumbercorrespondingto

thecorrespondinggroupsorindividuals.Whenoneanswer,answerinsuccess,andthe

correspondingnumberofthedisplaylights,whileothersarenotbright.Secondly,thereisthe

answerintheanswerinthetimelimit,whenittakesmorethantensecondsallthepeopleare

notabletobeintheanswer.Andwefinishedeightintheanswerfunction,extendedtotenof

theresponder.

Keywords：

Answer;priorityencoder;simulation

-III-

第一章绪论

1.1课题设计的背景

抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。

早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。

现在大多数抢答器均使用单片机或数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。

随着科技的发展，现在的抢答器有着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。

鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答器必将大有市场。

但目前使用的抢答器存在分立元件较多，造成每路的成本较高，而现代电子技术的发展要求电子电路朝数字化、集成化方向发展，因此设计出数字集成化全集成电路的多路抢答器是现代电子技术发展的要求。

抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。

但抢答器的使用频率校低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低，减少兴致。

作为一个单位若专购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展。

因此设计出结构简单，工作稳定，功能齐全的抢答器电路必将大有市场。

1.2课题设计的目的

抢答器在各种场合、电视台的娱乐节目中得到广泛应用。

在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。

它能根据参赛选手的请求，很好地区分先后顺序并显示选手的编号。

为各种抢答形式的比赛提供了公平公正的比赛环境。

其次，通过这次抢答器的设计，同学们掌握抢答器的工作原理、设计方法，学习Multisim仿真工具，完成简单数字电路的设计，复习巩固所学相关原理和知识，进一步学习、掌握各种常用芯片的逻辑功能及使用方法，学习锁存器、编码器的设计，数字系统的设计及测试方法，并不断改进。

从而可能在之后的学习工作中设计出更加方便，功能更加齐全的抢答器产品。

1.3课题设计任务和要求

（1）设计指标

①抢答器同时供N名选手或N个代表队比赛，分别用N个按钮S0--SN-1示。

②设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。

-1-

③抢答器具有锁存与显示功能。

即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在数码管上显示选手号码。

选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

④实现抢答倒计时。

（2）设计要求

①画出电路原理图；

②元器件及参数选择；

③系统设计、调试与分析。

（3）制作要求

应用Multisim或Proteus等软件先完成硬件仿真，并在此基础上完成实际的硬件电路设计、装配，达到设计要求，并能发现问题和解决问题。

1.4课题设计的理论依据

抢答器系统的原理框图如图1.1所示，设计的数显抢答器通常用TTL集成电路制作，它主要由倒计时数字显示、译码器、编码器、锁存器、显示器等部分组成。

主持人开关控制定时电路；锁存器用来锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；用断码管显示抢答器组别号码，同时与选手对应的显示灯显示抢答者。

用CD4532优先编码器对参赛选手或团队进行编号。

其次将第一个抢答到的选手编号通过74HC373进行储存，此时有个关键的地方，就是74HC373在储存第一位抢答选手的编号后不在接受随后抢答选手的编号输入。

最后将74HC373里储存的第一个抢到答题权的选手编号输出，一方面输出到断码管上，另一方面通过74HC154译码器译码输入到与该选手对应的显示灯上，使之点亮。

回答问题结束后主持人通过断开开关开恢复系统。

图1.1抢答器系统的原理框图

-2-

第二章开发工具及相关技术

2.1设计中使用的芯片介绍

（1）CD45328线-3线优先编码器

CD4532的功能位输入D7-D位

二进制输出的优先编码器个输入端的输优先级次序依次DD。

如右2.，当选使能E是低电平的时候该优先编码器禁止工作。

E时高电平时编码器工作，将最高优先级的输入端编为二进制的代码示在输出Q2-Q同时片选信号G为高平以表示编码器正处于工作状态当输入端没有输入时（输入全部为低电平）输出使能端EO为高电平。

如果任何一个输入端有输入（即有输入端为高电平），EO为低电平同时低于该输入端优先级的任何请求将无效。

图2.1CD4532引脚图

本次课题设计中运用两片CD4532进行8位以上选手的编码。

选手的抢答方式为开关的闭合使之信息传输到优先编码器的输入端。

（2）74HC373八D锁存器

如图2.2为74HC373外部管脚图。

Vcc接电源，Di为数据输入端，Oi为数据输出端，GND接地。

图2.274HC373外部管腿图

-3-

逻辑图图2.374HC373触发D74HC373内部就是由八个为74HC373的逻辑图，由逻辑图可以看出如图2.3对第一个抢答选手的编74HC373器构成，可以储存八位二进制数。

在设计中我们是利用码信息进行存储的，如果是八人抢答则是是存储三位二进制数，如果是十人抢答则存储的是四位二进制编码。

真值表图2.474HC373

呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的O0~O7可知当OE为高电平时，由图2.4D随数据LE为高电平时，O负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。

当锁存允许端被锁存在已建立的数据电平。

为低电平时，O而变。

当LE

同时通过编码器在本课题设计中该芯片的功能编码器输出的第一个数据进行储存，的使能工作端，因为当编码器有第一74HC373GS加上三个非门来控制的工作状态标志芯后接在74HC373为1经过三个非门后变为0GS个选手的编号输出时，工作转态标志的过的信息传输到ENGENG使之不能工作，而在这个GS片中高电平有效的使能输入端时间较编码器数据输出端的编码信息传送到锁存器的数据输程中由于经过了三个非门，入端长，因此能够保证只锁存第一个从编码器传输过来的数据，并将其输送到输出端，随后便停止工作。

位超前进位加法器3）74HC2834（左2.54位二进制数的相加求和，逻辑图如图74HC283的主要功能是4位二进制与Si为低位的进位。

右边的大的为高位。

为两四位加数各位上的数值，iC与边的AiBi为向高位的进位。

为输出和，Co，区分无选手抢答时编码加法器主要是使选手抢答编号加1本设计中利用74HC283来控GS开始的，因为编码选手抢答信息是从0器输出的，0所以通过编码器的工作标志-4-

制加法器的工作，从而区分开无选手抢答的0和选手抢答信息编码的0。

再将求得的和通过逻辑关系输送到断码管上显示选手编号，同时通过译码器译出选手编号，将信息传送到与选手对应的显示灯上，使之点亮。

图2.574HC283的逻辑框图

（4）74HC192可逆计数器

74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。

本设计中主要利用它进行倒计时装置。

首先介绍它的逻辑功能。

图2.6为74HC192引脚图与逻辑符号，通过图2.7很清楚可以看出它的功能。

MR为低电平有效的使能控制端，即当MR接0时，芯片可以正常工作，接1时，芯片不工作，CPu和CPd分别为低电平有效的加减计数控制端，即当CPu接0，CPd接1时，芯片进行加计数，相反则进行减计数。

PL为低电平有效的置数控制端，当PL接0时，置数有效，可以控制计数范围。

图2.674HC192引脚图与逻辑符号

-5-

真值表图2.774HC192

设计电路介绍2.2

首先主持人通过开中介绍的几种芯片来实现抢答器的功能，本次设计主要运用2.1关控制倒计时装置开始倒计时，在倒计时时间内，选手可以抢答。

倒计时装置主要通过所示的倒计时系统。

74HC192的减计数功能实现。

如图2.8

倒计时装置图2.8

八线三线优先编码在设计中选手的抢答是通过开关来传递抢答信息，通过CD4532，二号选手抢答输号选手抢答则编码器输出000器来对选手的抢答信息进行编码，如1进行扩展。

，则可用两片CD4532。

如选手个数大于出001，八号选手抢答则输出1118当编码器有数据输出时，即有选手开始抢答了，我们需要把第一个输出的抢答信息来对第一个抢答选手的编码信息存74HC373于是我们用到了具有存储功能的进行存储，通过三GS储，但不能被之后抢答的选手编码信息覆盖，于是我们用编码器的输出信号这样就达到了存储器只储存第一个传输过来的使能控制端，个逻辑非门来作为74HC373-6-

的选手编码信息。

存储的编码信息最后要被显示出来，本设计中有两方面的显示，其一是将选手的编号输出到段码管上，其二是对应选手的的灯泡点亮，在这个过程中我们首先对编码进行译码。

在译码过程中，有一个问题需要解决，就是将无选手抢答信息时编码器输出的000和第一号选手抢答时的编码000区分开来，这里我们用到了74HC283四位加法器对有选手时输出的编号进行加1，使得以前的000到111表示的8位选手改为0001到1000，从而区分开无选手抢答时编码输出的0000。

然后把加法器输出的和连接到断码管上显示选手编号。

同时通过74HC151对和进行译码，因为译码器输出的是底电平有效，所以将译码信息反向连接在与选手对应的灯泡上，即可使与选手对应的灯泡点亮。

整个电路图如图2.10。

2.3Multisim仿真软件介绍

Multisim是InterctiveImageTechnologies公司推出的一个专门用于电子电路

仿真和设计的软件，目前在电路分析、仿真与设计等应用中较为广