六路抢答器课程设计

1、电路CAD课程设计 六路抢答器的设计1 引言抢答器作为一种工具已经广泛应用于各种智力竞赛场合。本设计以六路抢答器为基本概念，从实际应用出发，利用逻辑电路基础，由抢答电路、倒计时电路、报警电路组成。实现能同时供6人抢答的电路。该抢答器的设计利用multisim完成了原理图设计和电路仿真，具有数字显示、倒计时显示、编码译码功能。数字系统课程设计是一门独立课程、有独立学分的实践性教学环节，同“数字逻辑与数字系统”理论讲授课程有密不可分的关系，起着相辅相成的作用，也是在“数字逻辑与数字系统”课的基础上，进一步深化的实践环节。其主要目的是通过指导学生循序渐进地独立完成数字电路的设计任务，加深学生对理论知

2、识的理解，提高学生的动手能力，独立分析、解决问题能力，协调能力和创造性思维能力。提高学生在数字电路应用方面的实践技能，树立严谨的科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力，学生通过电路的设计、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法，本课程设计培养、启发学生的创造性思维，进一步理解数字系统的概念，掌握小型数字系统的设计方法，掌握小型数字系统的组装和调试技术，掌握查阅有关资料的技能。2 Multisim简介Multisim是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics简称IIT公司)推

3、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。NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，人们可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，使人们能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的

4、实现建模测量。3设计及原理3.1 总体方案设计3.1.1 设计思路 1本课题的根本任务是准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可选择SR锁存器。在得到第一信号之后立即将电路的输入封锁，即使再有抢答信号也无效。同时还必须注意，第一抢答信号应在主持人发出抢答命令之后才有效。 2电路形成第一信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者号码。 3主持人没有按下开始抢答按钮前抢答无效；当主持人按下开始按钮后，开始抢答，此时，开始进行9秒倒计时，当有抢答信号是计时停止，当计时时间到0，若无人抢答，则计时时间停在0秒，若此时再有人抢答，抢答显示器全亮为8。主持人清零开始后进行新一轮抢答。3.

5、1.2 总体框图控制开关控制电路路报警电路抢答按钮优先编码电路锁存器译码电路译码显示秒脉冲发生电路定时电路显示电路图3-1 总体框图3.2 各模块设计方案及原理3.2.1 抢答电路1. 抢答器电路     参考电路如图1-1所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程：开关S置于"清除"端时，RS触发器（此处用74ls279代替）的 R端均为，个触发器输出置，使74LS148的 ，使之处于工作状态。当开关S置于"开始&q

6、uot;时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下J1），74LS148的输出 经RS锁存后，2Q2=1,74LS48处于工作状态，2Q1 1Q2 1Q1=001,经译码显示为"1"。此外，21，使74LS148 ，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为21，使EI ，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将开关重新置清除，然后再进行下一轮抢答。RS触发器工作原理如下。74LS148为线线优先编码器，表1-1为其功能表。2.RS触发器：(1) 保持

7、状态。当输入端接入=1的电平时，如果基本SR触发器现态=1、=0，则触发器次态=1、=0；若基本SR触发器的现态=0、=1，则触发器次态=0、=1。即=1时，触发器保持原状态不变。(2) 置0状态。当=1，=0时，如果基本SR触发器现态为=1、=0，因=0，会使=1，而=1与=1共同作用使端翻转为0；如果基本SR触发器现态为=0、=1，同理会使=0，=1。只要输入信号=1，=0，无论基本SR触发器的输出现态如何，均会使输出次态置为0态。(3) 置1状态。当=0、=1时，如果触发器现态为=0、=1，因=0，会使G1的输出端次态翻转为1，而=1和=1共同使G2的输出端=0；同理当=1、=0，也会使

8、触发器的次态输出为=1、=0；只要=0、=1，无论触发器现态如何，均会将触发器置1。(4) 不定状态。当=0时，无论触发器的原状态如何，均会使=1，=1。当脉冲去掉后，和同时恢复高电平后，触发器的新状态要看G1 和G2两个门翻转速度快慢，所以称=0是不定状态，在实际电路中要避免此状态出现。抢答器电路如下图3-2所示，74LS148优先编码器功能表如下表3-1：图3-2 抢答电路表3-1 74LS148优先编码器功能表输 入输 出EIDOD1D2D3D4D5D6D7A2A1A0GSEO1XXXXXXXX11111011111111111100XXXXXXX0000010XXXXXX0100101

9、0XXXXX011010010XXXX0111011010XXX01111100010XX011111101010X011111111001001111111111013.2.2倒计时电路该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制加减计数器74ls190、数码管构成。完成的功能是当主持人按下开始按钮，进行9秒倒计时，当有人抢答时，计时停止，到0秒无人抢答停在0秒，抢答无效。通过74ls190实现减法计数，74LS190置数端连接主持人开关，开关闭合前LOAD置于低电平，芯片实现置数功能，因ABCD=1001，因此置数9，当按下开关，LOAD置于高电平开始计数，因为CTEN端接于触发器2Q1

10、端，若有人抢答则输入高电平，因CTEN低电平有效，所以计数停止。而74LS190输出端用一个或门和与门实现倒计时到零停止。电路如图3-3所示。74LS190有如下功能：74LS190为十进制加减法计数器。CTEN为使能端，低电平有效，高电平保持。LOAD为置数端，低电平置数，高电平计数。图3-3 倒计时电路3.2.3报警电路由555定时器和三极管构成的报警电路如图3-4所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo1（RI2R2）Cln2，其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。电路如图3-4所示:图3-4 报警电路4系统调试4.1抢答功能

11、测试图4-1 抢答测试4.2倒计时功能测试图4-2 倒计时测试4.3禁止抢答功能测试图4-3 禁止抢答测试5 multisim仿真结论经过multisim仿真，完美实现：1、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；2、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是才可以抢答，显示倒计时9秒，在规定时间抢答有效，同时倒计时停止，直到主持人将系统清零为止。3、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

12、超时后抢答6 PCB板的制作6.1 电路原理图设计6.2 网络表生成6.3 电路版图的设计7心得体会课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程，从理论到实践的过程中，学到了很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书上所没有的知识。更是通过设计熟练掌握了multisim和protel99se的使用。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合还是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的知识与实践结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考能力。在整个电路的

13、设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，在多种方案的选择中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后还是在通多次对电路的改进，上机仿真，终于使整个电路可稳定工作。设计过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。设计思路是最重要的，只要设计思路是成功的，那设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。设计单元电路阶段，这个阶段可以说是考察数电书本知识的阶段。所有的设计方法

14、还有步骤在数电书上都有，而且还有例题。这个阶段遇到的主要问题就是以前的知识忘记不少，所以做设计的时候要常随手翻阅课本，等于是做了几道数电作业题。这个阶段的难度也不是很大，一般翻课本就可以找到答案并解决问题。通过这次的课程设计，知识上不但有了重要的收获，精神上的丰收更加可喜。明白了学无止境的道理，当然最后的成功是自己很有成就感。参考文献1、电路CAD讲义2、数字电路逻辑设计 王毓银3、百度文库资料附录1元件引脚图图 F2 74LS148引脚图 图 F1 74LS48引脚图 图 F3 共阴数码管引脚图图 F4 555定时器引脚图图 F5 74LS279引脚图附录2元器件清单序号元器件名称型号参数数量1触电开关62单刀双掷开关13电阻10K74电阻510K25电阻1K16电阻15K17电阻68K18电阻200K19电阻620K110优先编码器74ls148111计数器74ls190112锁