多路抢答器的设计.docx

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多路抢答器的设计

CompanyDocumentnumber：

WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT

多路抢答器的设计

山西大学

课程设计说明书

题目名称：

基于Multisim的电子电路仿真

课程名称：

电子技术基础课程设计

开设学院（系）：

电子信息工程系

专业：

自动化

学号：

学生姓名：

指导教师：

刁少岚

教师职称：

讲师

2018年6月21日

1引言

设计题目、内容及要求

一、设计题目

多路抢答器设计

二、设计内容

设计一个可同时供6位选手参加的6路数字显示抢答器。

选手每人一个抢答按钮，抢答开始后，抢答器具有优先抢答的功能，最先抢答成功的选手编号能被显示，并有音响提示，当有选手抢答成功时，禁止其他选手抢答，直到主持人将系统清零为止。

　　主持人有控制开关，可以手动清零复位，当主持人按下开始按键时才可以抢答，并同时显示倒计时9秒，选手在规定时间内抢答才有效，抢答成功时倒计时停止，直到主持人将系统清零为止；如果抢答时间已到，却没有选手抢答，则本次抢答无效，禁止选手超时后抢答。

三、设计要求：

1.多路抢答器需实现选手的按键抢答功能。

电路应有开关输入电路，且开关应选用瞬态开关，以备下次继续抢答。

2.电路能显示参赛选手的编号，因此电路应能区分每个选手的输入开关信号，可选用编码器电路实现，并配备LED数码显示电路。

3.电路具有抢答功能，因此系统应设计封锁电路，一旦检测到有按键输入，立即将其他各路输入封锁。

4.电路的数码显示和语音提示可由主持人用清除按钮解除，因此系统应设计清除电路，为下一次抢答做准备。

5.考虑到系统采用数字控制方式，其控制器为时序电路，因此系统应有时钟发生电路，以产生系统所需要的时钟信号。

时钟信号的频率可根据系统的分辨率确定。

6.电路需要语音提示电路和信号指示电路。

比如必答时，启动定时灯亮，以示开始，当时间到要发出单音调“嘟”声，并熄灭指示灯。

抢答时，当抢答开始后，指示灯应闪亮（也可以驱动组别数字显示即用数码管显示）。

当有某组抢答时，指示灯灭，最先抢答一组的灯亮，并发出音响。

7.回答问题的时间应可调整。

设计目的及意义

一、设计目的

1.熟悉数字集成电路的设计和使用方法

2.通过课程设计提高和巩固所学的专业知识。

二、设计意义

在信息多元化的今天，各大综艺节目中开始出现各种各样的竞赛，常见的竞赛有知识竞赛、猜歌词竞赛等，在这些竞赛中，我们都会看到抢答器的身影。

抢答器是通过设计电路，以实现如字面上意思的能准确判断出抢答者的电器。

在知识竞赛、文体娱乐活动（抢答赛活动）中，能准确、公正、直观地判断出抢答者的座位号，并能够更好的促进各个团体的竞争意识，让选手门体验到战场般的压力感。

传统抢答器只是大概判断出抢答成功或犯规选手台号，无法显示出每个选手的抢答时间。

而今抢答器可以通过数据来说明裁决结果的准确性、公平性，使比赛大大增加了娱乐性的同时，也更加公平公正。

随着科技的不断进步，人们对抢答器的制作更加追求精益求精，在不断摆脱耗费很多元件仅能实现简单的抢答功能同时，人们对它的认识也逐步加深。

多路抢答器由主体电路与扩展电路组成。

优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；主持人按开始按钮示意开始，以上两部分组成主体电路。

通过定时电路实现计时功能，构成扩展电路。

在抢答电路中利用一个优先编码器译出最先抢到答题权的选手的编号并经LED显示器显示出来，同时还要封锁电路以防其他选手再抢答。

当选手问答完成后，主持人将系统恢复。

2仿真软件介绍

本实验中使用的是Multisim软件。

Multisim发展简介

工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。

Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计。

通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

目前在各高校教学中普遍使用，网上最为普遍的是Multisim，NI于2007年08月26日发行NI系列电子电路设计软件，NIMultisimv10作为其中一个组成部分包含于其中。

Multisim10概述

Multisim10是美国NI公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟、数字电路板的设计工作。

它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

有了Multisim软件，就相当于拥有了一个设备齐全的实验室，可以非常方便的从事电路设计、仿真、分析工作。

此软件可以提供以下便利：

1.通过直观的电路图捕捉环境,轻松设计电路

2.通过交互式SPICE仿真,迅速了解电路行为

3.借助高级电路分析,理解基本设计特征

4.通过一个工具链,可无缝地集成电路设计和虚拟测试

5.通过改进、整合设计流程,减少建模错误并缩短上市时间

NIMultisim10用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现了“软件即元器件”、“软件即仪器”。

NIMultisim10是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。

NIMultisim10的元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到，因此也很方便的在工程设计中使用。

NIMultisim10的虚拟测试仪器仪表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源；而且还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等。

NIMultisim10具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。

NIMultisim10可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工学、模拟电路、数字、电路、射频电路及微控制器和接口电路等。

可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。

在进行仿真的同时，软件还可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。

NIMultisim10还提供了与国内外流行的印刷电路板设计自动化软件Protel及电路仿真软件PSpice之间的文件接口，也能通过Windows的剪贴板把电路图送往文字处理系统中进行编辑排版。

支持VHDL和VerilogHDL语言的电路仿真与设计。

小结：

利用NIMultisim10可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，与传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点：

设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便；设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验；可方便地对电路参数进行测试和分析；可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图；实验中不消耗实际的元器件，实验所需元器件的种类和数量不受限制，实验成本低，实验速度快，效率高；设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。

界面基本操作

用户界面

图2-1

2.元器件工具栏

图2-2

元器件栏各图标名称及其功能如表所示：

3.仪器仪表栏

图2-3

在本次实验中主要用到示波器来观察波形变化，Multisim10提供的示波器有双通道示波器和四通道示波器两种。

①双通道示波器

Multisim10提供的双通道示波器与实际的示波器外观和基本操作基本相同，该示波器可以观察一路或两路信号波形的形状，分析被测周期信号的幅值和频率，时间基准可在秒直至纳秒范围内调节。

示波器图标有四个连接点：

A通道输入、B通道输入、外触发端T和接地端G。

图2-4

②四通道示波器

四通道示波器与双通道示波器的使用方法和参数调整方式完全一样，只是多了一个通道控制器旋钮

，当旋钮拨到某个通道位置，才能对该通道的Y轴进行调整。

图2-5

使用注意事项

1.不要长时间使软件处于仿真状态，以免死机；

2.删除元件、仪器、连线等，一定要在断开仿真开关的情况下；

3.注意数字地与模拟地的差别，使用标准符号；

4.LED数码管的极性；

5.分模块调试，最后综合调试。

3系统的组成及工作原理

系统的组成

系统的工作原理

抢答器由输入电路、判别电路、显示电路、秒脉冲发生器、计时电路和报警电路等组成。

计数器选用十进制加/减计数器，计数输入由秒脉冲发生器提供。

本课题所设计的电路包括主体电路和扩展电路两部分。

主体电路完成基本的抢答功能，即主持人按下控制开关后，当选手按动抢答键时，数码管显示选手编号，同时封锁输入电路，其他选手抢答无效；扩展电路完成定时抢答的功能以及报警功能。

在抢答电路中，其工作过程是：

接通电源后，主持人将控制开关置于“清除”处，此时抢答器处于禁止状态，选手不能进行抢答，当主持人将控制开关置于“开始”时，抢答器处于工作状态，同时定时器开始倒计时。

当选手在定时时间内按动抢答键时，电路要完成以下功能：

1.优先编码电路判断抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后通过译码显示电路在数码管上显示抢答者的编号；

2.警报系统中的蜂鸣器发出声响；

3.控制电路对其余输入编码进行封锁，禁止其他选手进行抢答；

同时还设有控制电路，其目的是使定时器停止工作，数码管上显示剩余的抢答时间，当选手回答完问题，主持人操作控制开关使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。

当定时时间到，却没有选手抢答时，系统将报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。

4芯片与常见元器件的介绍

74LS148（8-3线优先编码器）

1.电路图

输入端：

D0～D7

输出端：

A0～A2

选通输入端：

EI（低电平有效）

选通输出端：

扩展端：

图4-1

2.功能表

输入

输出

分析功能表得

①当EI=1时，无论输入端的输入信号如何，则输出端A0～A2的输出信号全为“1”，GS=“1”，EO=“1”

②当EI=0，输入端的输入信号全为“1”时，输出端A0～A2

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