多路抢答器Multisim-小学期-实验报告

电子线路课程设计报告--数字部分设计题目基于Multisim的多路抢答器设计姓名：学号：学院：专业：年级2015年7月22日1总体方案论证1.1题目分析题目要求如下：（1）使用Multisim进行仿真设计；（2）抢答器可以供不少于8人使用；（3）主持人按键开始抢答，并进行抢答倒计时，且对提前抢答做出反应；（4）显示第一个抢答的编号，并屏蔽之后的抢答信号，关闭抢答倒计时，开始答题倒计时；（5）抢答、倒计时结束都有相应的声音提示；（6）主持人可以对抢答器进行一键清零复位。1.2总体方案设计系统的核心功能在于抢答部分的设计。选手的按键使用轻触开关，按下代表开始抢答。抢答信号使用74LS1488线-3线优先编码器采集及编码输出到下一级处理电路。四位锁存器74LS279接收编码后的信号，并根据复位开关的状态判断是否对输入信号进行锁存输出。七段数码管译码驱动器74LS48接收到上级输出的信号，并将其重新编码后，输出给七段数码管显示。倒计时部分通过抢答部分给出不同的信号来进行开始、暂停和重置计时功能。此部分使用555定时器及外围电路，产生1Hz的方波，用来做秒定时。脉冲信号与其他控制信号经过74LS11与门后，输入十进制可逆计数器74LS192中，控制倒计时开始、暂停或重置。计数器在倒计时数码管上显示当前时间。系统中的抢答倒计时和答题倒计时基本一致，设计思路相同。系统采用层次化设计，将各个模块单独绘制出，并在总原理图中调用。这种设计方法使得系统设计思路更清晰，具有一定的重用性，且错误修改较为方便，有利于系统的维护。2硬件设计说明总体设计流程图如下：开始抢答开始有人抢答抢答处理有人抢答编码器锁存器译码器显示编号抢答计时开始抢答计时结束回答计时开始复位Multisim仿真总原理图如下：总原理图调用了模块化设计的抢答部分和倒计时部分的电路。复位按键在复位端或者抢答端代表系统整体的运行状态，并可以实现清除功能。拨码开关用于进行抢答权限控制，可以禁止系统对某一个按键的响应从而实现了防抢答功能。开始答题时抢答信号输入到抢答部分，经过处理后，输出抢答的编号此时抢答倒计时时间停止并在答题部分显示答题倒计时。答题结束之后由主持人自行选择恢复清零状态或等待答题结束。此外在某一选手答题时其他选手不能抢答，此部分通过74LS48的BI将74LS148的使能端拉为高电平，此时74LS148处于禁止工作状态，从而实现了抢答屏蔽。3设计关键问题及说明3.1抢答部分抢答部分的抢答信号来自于总原理图中的各个按键，对应P0~P1口。START接口为复位按键信号，控制整个系统的开始和复位。在复位状态下若有按键信号输入时，74LS148对信号进行优先编码，但此时74LS279没有锁存功能，数码管显示抢答编号，同时BI端的高电平驱动蜂鸣器报警提醒有人抢答，主持人可以根据具体情况做出相应处理。开始抢答时。假如按键为6，那么P6口输入低电平，根据真值表可得，74LS148输出A0~A2为100，GS输出信号由高电平转为低电平。74LS279对100信号进行锁存，并输出到下一级电路。74LS48接收到信号100，并将其译码输出给数码管显示，且BI/RBO脚置为高电平，蜂鸣器鸣响，且输出到74LS148的EI端，使其失能，屏蔽之后的其他输入信号。有人抢答后，74LS148的EO端输出高电平，控制抢答倒计时电路的计时停止和回答倒计时电路的计时开始。3.2倒计时部分在抢答倒计时设计中，由74LS192的工作特性可知，实现减计数时DOWN要接在定时器的输出端从而在上升沿到来时开始计数，UP（加计数）接高电平，CLR（异步清零高电平有效）接低电平，LOAD置数端接在控制复位信号端当未开始抢答时显示抢答总时间，开始抢答时LOAD为高电平（无效），此时A~D输入信号决定抢答总时间，BO端为借位信号（低电平有效），将两片74LS192级联从而实现10s的计时控制。555定时器产生1s方波信号，具体计算公式为f=1/T=1.44/((R1+2*R2)*C),经过与门74LS11将信号输入到个位减计数计时器，当输出为0时信号再次到来其借位信号会有一个跳变沿从而驱动十位74LS192进行第一次减计数，依次实现计时功能。当十位74LS192减到0时，再次到来的上升沿会使其的BO输出低电平，经过74LS11终端定时器的信号输入，从而实现计数到0时停止计数，同时BO的低电平会驱动U27蜂鸣器实现报警提示功能。此外在抢答过程中若有人答题此时TIME0为低电平，不再进行计数，实现抢答时间停止功能。在答题倒计时有人抢答时TIME1为高电平，74LS192开始计数，具体计数详情与抢答倒计时类似，唯一不同在于若主持人不进行系统清零，答题倒计时会一直计数直到为0自动结束。结束的同时蜂鸣器会自动报警。在此系统中，通过设置蜂鸣器的频率达到区分不同信号。4调试问题、结果记录及分析4.1调试问题调试过程中，调试步长的设置比较重要。为了使调试更接近于真实，采用以下设置：秒脉冲信号决定了计时的准确性，555信号发射能器产生的秒脉冲信号如下图所示：4.2结果记录与分析实验效果展示：开始仿真之后，主持人将抢答控制拨码开关打开。如果有提前抢答的情况，会在编号数码管上显示抢答人的编号，并发出声音报警。主持人可以将其对应的拨码开关关闭，禁止其再次抢答。复位按键置于抢答端之后，抢答开始，抢答倒计时由10开始倒数。10秒内有人抢答后，编号数码管上显示抢答人的编号，抢答倒计时停止，答题倒计时开始，并发出声音报警。10秒内答题结束后，主持人可以讲复位按键置于复位端。如果抢答开始10秒内无人抢答，则抢答倒计时在倒数至0之后停止，并发出声音报警。如果抢答人未在10秒之内答题完毕，答题倒计时倒数至0之后停止，并发出声音报警。5设计收获及心得通过对软件Multisim的学习和使用，进一步加深了对数字电路的认识。在仿真过程中遇到许多困难，但通过自己的努力和同学的帮助都一一克服了。布局的时候因元件比较多，整体布局比较困难，因子电路不如原电路直观，最后在不断努力下，终于不用子电路布好整个电路。调试时有的器件在理论上可行，但在实际运行中就无法看到效果，所以得换不少器件，有时无法找出错误便更换器件重新接线以使电路正常运行。同时，在最后仿真时，预置的频率一开始用的是1Hz，结果仿真结果反应很慢，后把频率加大，这才在短时间内就能看到全部结果。总之，通过这次对数字时钟的设计与仿真，为以后的电路设计打下良好的基础，一些经验和教训，将成为宝贵的学习财富。参考资料[1]《电子技术基础》（数字部分）康华光主编高等教育出版社[2]《电子技术基础实验》（数字部分）祁存荣主编武汉理工大学出版社[3]《数字逻辑》欧阳星明主编华中科技大学出版社[4]《数字电子技术》张惠敏主编化学工业出版社[5]《74系列芯片手册》李海主编重庆大学出版社