基于Multisim仿真的数字竞赛抢答器

作者：liuzqiang1016本设计所有仿真均已通过电子线路课程设计报告设计题目：数字竞赛抢答器专业班级：07级电子（1）班小组成员：liuzqiang1016指导教师：白老师完成日期：2010-7-2数字竞赛抢答器一、设计任务与要求1.设计任务:设计一个四人参赛用的数字竞赛抢答器，通过数显、灯光、音响等多种手段判断抢答优先权。2.设计要求:1)当抢答者按下面前的按钮时抢答器能准确判断出抢答者，并显示相应的组号；2)抢答器具有互锁功能，本组抢答后能自动封锁其他各组进行抢答；3)电路有一个总复位开关；4)安装并调试电路。二、方案设计与论证抢答开始前，总复位按钮拨到”清零”状态，抢答器处于禁止状态，每个抢答者面前的闪灯熄灭，数码显示单元显示0；当总复位按钮置于”开始”状态，抢答器开始工作。当一轮抢答完成时，数码显示单元显示首次按下按钮者的编号,此时电路被锁存，再次按下其他按钮电路不工作。如果再次抢答必须将总复位按清零，开始下一次抢答操作。本设计电路主要由编码锁存电路、触发控制电路及译码显示电路组成。当有选手抢答时，首先编码，同时锁存，阻止其他选手抢答，再经3线8线BCD译码器将数字显示在显示器上。系统原理框图如下：编码电路抢答按钮触发控制电路译码电路数码显示电路复位锁存控制编码锁存电路三、单元电路设计与参数计算1.抢答器编码锁存电路设计:编码电路处于抢答器的最前级，用以将按钮输出的0、1信号编码成十进制信号输出以及区别是哪个抢答者最先按下的抢答按钮，本设计采用3线8线优先编码器74LS148N，由于只是四路输入，所以设计只用到4、5、6、7引脚，分别对应于抢答者A、B、C、D。因为74LS148N的EI引脚是低电平有效，因此可利用这个性质设计锁存电路，当第一次抢答经编码输出后将三个输出电平信号（分别为001、010、011、100对应于十进制1、2、3、4）求或后得到一个高电平送给74LS148N的EI端，此时74LS48N停止再一次编码。即完成了锁存功能。2.抢答器触发控制电路设计：抢答器控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下两项功能：1）当总复位开关按钮按下时，锁存器处于复位状态，触发器输出端为全零，即LED数码显示零，抢答器准备好开始抢答。2）当一次抢答过程完成时，触发器启动锁存功能，触发器输出端一直处于本次输入状态，数码管始终显示本次抢答状态，直至总复位开关按钮再一次按下止。根据以上要求，选用8输入、8输出触发器74LS273N构成触发控制电路，所选元件引脚图及元件功能如下：U374LS273N1D32D43D74D85D136D147D178D18~CLR1CLK111Q22Q53Q64Q95Q126Q157Q168Q19功能如下：(1).1脚是复位CLR,低电平有效,当1脚是低电平时,输出脚2(Q1)、5(Q2)、6(Q3)、9(Q4)、12(Q5)、15(Q6)、16(Q7)、19(Q8)全部输出0,即全部复位;(2).当1脚为高电平时,11(CLK)脚是锁存控制端,并且是上升沿触发锁存,当11脚有一个上升沿,立即锁存输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的电平状态,并且立即呈现在在输出脚2(Q1)、5(Q2)、6(Q3)、9(Q4)、12(Q5)、15(Q6)、16(Q7)、19(Q8)上。3.译码显示电路设计：数码显示电路用于将首次按下按钮的选手的组号显示出来，因此需用到7段LED数码管（本设计选用红色共阴极7段LED数码管），而驱动它必需用相应的BCD译码器（本设计选用可驱动共阴极的四输入BCD译码器4511BP_10V）.所选元件引脚图及元件功能如下：[注]：4511BP_10V译码器需用+12V直流电源驱动。U14511BP_10VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~EL5~BI4~LT34.有关参数的计算：1）74LS148输入电阻的计算：电源电压选用直流+5V，外接输入电阻1KΩ,因此74LS148的输入电流为5/1000=5mA2）LED数码管输入电阻的计算：数码管的工作电流为200mA左右，4511的工作电压为直流+10V，因此选用外接300ohm的电阻。四、总原理图及元器件清单1．总原理图1）只有LE是0，才有ABCD输入端决定显示字符。2）当LT=0时所有字段全点亮，即显示8字符。3）当LT=1且BI=0时全部字符熄灭，无字符显示。2．元件清单元件序号型号主要参数数量备注U174LS148N1U274LS273N1U3A7404N1U44511BP_10V1U5SEVEN_SEG_COM_K1U6B7427N1U8A7404N1R1~R41.00kohm_1%4R121.00kohm_1%1R5~R10.R13300ohm_5%7KEYA~DMUSHROOM_HEAD4五、安装与调试1）当竞赛者D按下按钮时，他面前的灯闪烁一次（微动开关自带红色闪灯），同时数码管显示他的编号1。仿真图如下：2）当竞赛者C按下按钮时，他面前的灯闪烁一次（微动开关自带红色闪灯），同时数码管显示他的编号2。仿真图如下：3）当竞赛者B按下按钮时，他面前的灯闪烁一次（微动开关自带红色闪灯），同时数码管显示他的编号3。仿真图如下：4）当竞赛者A按下按钮时，他面前的灯闪烁一次（微动开关自带红色闪灯），同时数码管显示他的编号4。仿真图如下：六、性能测试与分析电路设计如上图，利用Multisim进行仿真，仿真结果和设计要求相符。当抢答者按下面前的按钮时，闪灯闪烁一次，同时数码管显示对应序号，并且直至总复位开关清零为止；当总复位开关再次按至开始按钮时，才开始下一次抢答。七、结论与心得此次设计过程中，我对所使用到的器件和思想有了更深刻的认识。把所学的东西和实际结合起来，这是学有所用的一种体现。通过这次设计我学到了知识，开阔了思路，增加了考虑问题的角度。此次设计圆满完成，但也有不足之处。例如，当数码管的输入电阻过大时，数码管将不能正常显示。通过此次设计，我们进一步加深了对数字电路知识的认识与理解，掌握了四人智力竞赛抢答器电路的设计与调试方法。更加熟练的运用Multisim仿真软件，并学习了运用软件测试、调试、改进电路。培养了独立思考、分析、解决问题的能力，并培养了我们的动手能力。最后，我要感谢老师的指导，谢谢。八、参考文献[1]阎石，数字电子技术基础。第五版，北京：高等教育出版社，2006.5.[2]彭介华，电子技术课程设计指导。北京：高等教育出版社，1997.