基于Multisim仿真的数字竞赛抢答器

1、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

2、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

3、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

4、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：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

5、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。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

6、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。 4.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1K,因此74LS148的输入电流为 5/1000=5mA 2）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2元件清单元件序号型号主要参数数量备注U174LS148N1U274LS273N1U3A7404N1U44511BP_10V1U5SEVEN_SEG_COM_K1U6B7427N1U8A7404N1R1R4

7、1.00kohm_1%4R121.00kohm_1%1R5R10.R13300ohm_5%7KEYADMUSHROOM_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

8、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