基于Multisim四路抢答器设计.docx
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基于Multisim四路抢答器设计
EAD实训
课程设计报告
课题基于multisim的四路抢答器设计
教师
专业13电气工程及其自动化
学号
姓名
2016、4、28
一．设计题目
基于Multisim四路抢答器设计
二．主要容
设计4人数字式竞赛抢答器
三．具体要求
（1）在给定5V直流电源电压的条件下设计一个可以容纳四组参赛者的抢答器，组成设定一个抢答按钮供参赛者使用。
（2）设置一个系统清零和抢答控制开关K（该开关由主持人控制），当开关K被抢按下时，抢答开始（允许抢答），打开后抢答电路清零。
（3）抢答器具有一个抢答信号的鉴别、锁存及显示功能。
即有抢答信号输入（参赛者的开关中任意一个开关被按下）时，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示出来，同时扬声器发生声响。
此时再按其他任何一个抢答器开关均无效，优先抢答选手的编号一直保持不变，直到主持人将系统清除为止。
四．进度安排
第一天上午：
介绍设计所用仿真软件；布置任务，明确课程设计的完整功能和要求。
下午：
图书馆查阅资料。
第二天全天：
消化课题,了解设计要求，明确被设计系统的全部功能。
第三天全天：
确定总体设计方案，画出系统的原理框图。
第四天全天：
绘制单元电路并对单元电路进行仿真。
第五天全天：
分析电路，对原设计电路不断修改，获得最佳设计方案。
第六天上午：
完成整体设计并仿真验证。
下午：
准备课程设计报告。
第七天上午：
对课程设计进行现场运行检查，给出实践操作成绩。
五．成绩评定
成绩分为三部分：
考勤占30%，实践操作占40%，课程设计报告占30%
基于Multisim四路抢答器设计
一．设计容
基于Multisim四路抢答器设计
二．设计目的及要求
1．掌握抢答器的工作原理及其设计方法
2.学会用Multisim10软件操作实验容
3.掌握设计性试验的实验方法
基本要求：
（1）在给定5V直流电源电压的条件下设计一个可以容纳四组参赛者的抢答器，每组设定一个抢答按钮供参赛者使用。
（2）设置一个系统清零和抢答控制开关K（该开关由主持人控制），当开关K被按下时，抢答开始（允许抢答），打开后抢答电路清零。
（3）抢答器具有一个抢答信号的鉴别、锁存及显示功能。
即有抢答信号输入（参赛者的开关中任意一个开关被按下）时，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示出来，同时扬声器发生声响。
此时再按其他任何一个抢答器开关均无效，优先抢答选手的编号一直保持不变，直到主持人将系统清除为止。
扩展功能：
1．抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定。
当节目主持人按下“开始”按钮后，要求定时器立即倒计时，并在显示器上显示。
2．参赛选手在设定的时间抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。
3．如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答，则本次抢答无效，系统封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示0。
三．设计思路
四．设计器材及说明
设计器材
芯片名称
数量（只）
74LS20D
四输入与非门
2
74LS190D
加减发器
1
74LS175N
四D触发器
1
74LS21N
四输入与门
1
74LS148D
8线3线编码器
1
74LS04D
非门
3
数码管
————
2
LEDRED
红色发光二极管
4
LEDBLUE
蓝色发光二极管
1
BUZZER
蜂鸣器
4
74LS190D为加减法器，~cten端为使能端，~LOAD端为预置端，~U/D接入低电平时为加法器，接入高电平时为减法器,CLK为时钟输入端，~RCO借位端（高电平时）。
74LS175D，4D触发器~CLR清零端，CLK为脉冲输入端
74LS148D，低电平有效的8-3线编码器。
五．设计原理及过程
图一
如图1：
锁存电路完成功能：
74LS21、74LS20组成控制74LS175脉冲信号输入的控制电路，主持人清零后，在抢答时间，如果有选手抢答，74LS21的输出端为0，则74LS20的输入端为0，由于74LS20为与非门，输出端始终为1，使得clock端无法输入脉冲信号，达到锁存效果，该部分电路锁存选手的编号，同时封锁其他选手的编号。
图二
图三
如图二：
为编码，译码，显示电路：
锁存电路对选手编号锁存后，优先编码器74LS148芯片立即分辨出抢答者的编号，然后将输入端编码译成8421BCD，数码管显示对应抢答者的编号。
同时选手编号对应的LED灯亮，蜂鸣器发出短暂响声（如图三），提醒主持人。
图四
如图四：
计时电路：
74LS190为加/减法器，将输入端A、D接高电平预置输入9，即倒计时器从9开始倒计时，主持人清零后，LOAD端接入1，74LS190为减法器，并开始工作，定时器开始倒计时，在规定的时间（10秒），如果有选手抢答，74LS20输入端为0输出端为1，74LS190脉冲输入端截止，计时电路停止工作，显示器显示抢答剩余时间，LED5不亮。
如果没有选手抢答，倒数到0后，74LS190输出端13输出低电平，同时LED5发出蓝色光，并控制锁存脉冲电路，使锁存电路停止工作，此时即使有选手抢答仍无效。
图五（静止时的电路）
图六（工作时的电路）
如图六：
具体工作过程：
若A路先闭合开关，则D1输入高点平，Q1输出高电平，LED1亮，显示器显示1，同时1号蜂鸣器发出响声。
而~Q1输出低电平，接入74LS21，74LS20后，触发器停止工作。
此时如果有其他选手再闭合开关时，由于触发器不工作，其他选手对应的LED灯不亮，蜂鸣器不响，示器上仍显示为1。
74LS148译码器输入端Q1=0，Q2=1，Q3=1，Q4=1，则74LS148的输出为100，通过74LS04非门电路转换为001，则显示器显示1。
六．设计结果与分析
（一）1、四个选手各有一个抢答按键，各对应一个指示灯；
2、主持人有控制指示灯和报警声的复位键和允许抢答控制键和一个犯规指示灯，当选手在允许抢答前按开关时，对应的指示灯亮，犯规灯亮，警报声响。
（二）调试过程中遇到的问题、以及改进、调试的方法
1．一开始蜂鸣器不响，试过多种方法也响不了，后来发现蜂鸣器的额定电压和频率可以编辑，通过改蜂鸣器额定电压和频率即可。
2．在使用74LS190D是数码管总是从9-0再从9-0循环无法停止，后来经过我们在12，13输出端加入发光二极管测试后发现13端口为借位端，当数字由9-0时13输出端产生一个下降沿，我们将其输入到控制74LS190脉冲信号的与非门后实现了当数字从9-0后自动停止的初衷，并将13输出端接入蓝色发光二极管，使之成为无人抢答的报警信号灯，实现了一个倒计时并报警的功能拓展。
3．抢答电路有问题，不能实现应有功能，主要是电路导线点错连接处，通过排查已经解决。
（三）了解了抢答器的工作原理，而且感觉电路的界面，器件的排布直接影响到整体电路的美观性、理解性，所以以后设计电路时，要在连接正确的基础上争取界面整洁，干净。
而且感觉电路的界面，器件的排布直接影响到整体电路的美观性、理解性，所以以后设计电路时，要在连接正确的基础上争取界面整洁，干净。
七．设计体会
我们学习了数字电路，对电子技术有了一些了解，但那都是一些理论的东西。
通过这次抢答器课程设计，我才把学到的东西与实践相结合，使我们将课堂上的理论知识有了进步的了解，并增强了对数字电子技术这门课程的兴趣。
了解了更多电子元件的工作原理。
在这次抢答器设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构级掌握了各种芯片的工作原理和其具体的使用方法。
也锻炼了自己的通过查看相关资料来解决问题的能力。
极大程度的节约了耗材，在实际生产活动在实践中有着十分重要的作用。
在这次试验中，我对Multisim软件有了更进一步的了解，这是我在以后的学习中更加的得心应手。
试验中借助仿真软件不仅可以把课堂里学到的直接应用，而且还可以把各个知识点祝贺为一个整体。
在这次时间的过程中学到了一些初技能以外的其他东西，我体会到了学习的乐趣，培养了我独立思考的能力，激发了我对电路设计的兴趣。
领略到了别人在处理问题是显示的优秀品质，更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制，最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性变化。
八．参考书目
《数字逻辑电路实验及课程设计指导书》自编
《电子技术基础数字部分》康华光主编
《基于multisim10的电子仿真实验与设计》王连英主编
《数字电路课程设计与实验》维主编
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