1、第1章 multisim9簡介1.1 multisim9軟件開發的背景在科學技術日新月異的背景下，隨著教育改革的深入，如何實現教育技術現代化、教學手段現代化已經成為我國教育改革所面臨的一個重要課題。目前，在電工電子技術實驗教學方面，國內多數高校仍主要采用實物元器件進行硬件連線測試，大多數采用面包板或者各種現成的實驗箱。這種傳統的實驗方式由于受實驗室條件的限制，在給學生開設一些擴展型、設計型以及綜合型實驗時將會遇到困難，特別是新器件，新設備價格昂貴，一般院校的電子學實驗室更是無法承受。隨著電子和計算機技術的進步，推動了eda 技術的普及與發展，從而推動了一場新的電子電路設計革命，使得電子工程師大

2、量的設計工作可以通過計算機來完成。傳統的電子線路的設計過程要經過設計方案提出、方案驗證和修改三個階段，一般是采用搭接實驗電路的方法進行，往往需要經過實驗和修改的反復過程，直到設計出正確的電路用eda工具.multisim的軟件的開發，使得電子工程師可以從概念、方法、協議等開始設計系統，大量工作可以通過計算機來完成，并可以將電子產品從電路設計、性能分析到設計出印制板的整個過程在計算機上自動處理完成。隨著計算機的發展，multisim軟件經歷了常時間的發展已經趨于不斷完善，目前multisim的最新版本是 multisim9。他實在前幾版的發展基礎上進行了改善，使multisim的軟件系統功能更加

3、完善和強大.1.2 multisim9軟件的的介紹以及發展過程multisim9是一款完整的工具設計系統，提供了一個非常大的元件數據庫，并提供原理圖輸入接口、全部的數模spice仿真功能、vhdl和verilog hdl 設計接口和仿真功能、fpgacpld綜合、rf設計能力和處理功能，還可以從原理圖到pcb數據包的無縫隙數據傳輸。它提供單一易用的圖形輸入接口可以滿足設計者的需求。multisim9提供全部的先進設計功能，滿足從設計參數到產品需求multisim9是加拿 大 interactive image technologies(ii t)公司于1988年推出了一個專門用于電子線路仿真和

4、設計的eda工具軟件electronics workbench (ewb) ,ewb具有數字、模擬及數字/模擬混合電路的仿真能力，以界面直觀操作方便、分析功能強大、易學易用等突出優點，得到了迅速的推廣及使用隨著技術的發展，ebw 軟件也經過了多個版本的衍變。v5以前的版本稱為electronics workbench，從v6開始改為multisim。在教育界比較流行的multisim 2001版屬于v6版本，目前multisim的最新版本是v8。multisim從v5到v6的功能有很大的擴充，特別是增加了vhdl和verilog hdl模塊，使它成為真正的“數模vhdl verilog”的混合

5、電路模擬軟件。2001年iit公司又推出了multisim的最新版本multisim2001，直至2003年8月，該公司又對multisim2001進行了較大的改進，升級為multisim 7，增加了3d元件以及安捷倫的萬用表，示波器，函數信號發生器等仿真實物的虛擬儀表，似的虛擬電子工作平臺更加接近實際的實驗平臺。迄今為止，multisim 軟件已升級到multisim 9版本，相較之各版本功能更強大。1.3 multisim9的主要功能及特點1.3.1 multisim9的主要功能及特點（1）用戶界面直觀 multisim9沿襲了ewb界面的特點，提供了一個靈活的、直觀的工作界面來創建和定位

6、電路。multisim9（教育版）考慮到學生的特點，允許教師根據自身需要、課程內容和學生水平設置軟件的用戶界面，以創建具有個性化的菜單、工具欄和快捷鍵。還可以使用密碼來控制學生所接觸的功能、儀器和分析項目。（2）種類繁多的元件和模型 multisim9提供的元件庫擁有13000個元件。盡管元件庫很大，但由于元件被分為不同的“系列”，所以可以方便地找到所需要的元件。multisim9元件庫含有所有的標準器件及當今最先進的數字集成電路。數據庫中的每一個器件都有具體的符號、仿真模型和封裝，用于電路圖的建立、仿真和印刷電路板的制作。multisim9還含有大量的交互元件、指示元件、虛擬元件、額定元件和

7、三維立體元件。交互元件可以在仿真過程中改變元器件的參數，避免為改變元器件參數而停止仿真，節省了時間，也使仿真的結果能直觀反映元件參數的變化；指示元件可以通過改變外觀來表示電平大小，給用戶一個實時視覺反饋；虛擬元件的數值可以任意改變，有利于說明某一概念或理論觀點；額定元件通過“熔斷”來加強用戶對所設計的參數超出標準的理解；3d元件的外觀與實際元件非常相似，有助于理解電路原理圖與實際電路之間的關系。除了multisim9軟件自帶的主元件庫外，用戶還可以建立“公司元件庫”，有助于一個團隊的使用，簡化仿真實驗室的練習和工程設計。multisim9與其他軟件相比，能提供更多方法向元件庫中添加個人建立的元

8、件模型。元件放置迅速和連線簡捷方便在虛擬電子工作平臺上建立電路的仿真，相對比較費時的步驟是放置元件和連線，multisim9可以使使用者不需要指導就可以輕易地完成元件的放置。元件的連接也非常簡單，只需單擊源引腳和目的引腳就可以完成元件的連接。當元件移動和旋轉時，multisim9仍可以保持它們的連接。連線可以任意拖動和微調。進行spice仿真對電子電路進行spice（simulationprogramwithintegrated circuitemphasis）仿真可以快速了解電路的功能和性能。multisim9為模擬、數字以及模擬/數字混合電路提供了快速并且精確的仿真。multisim9的核

9、心是基于使用帶xspice擴展的伯克利spice的強大的工業標準spice引擎來加強數字仿真的。multisim9的界面對最為陌生的用戶來說都是非常直觀的。這使用戶運用spice的功能而不必去擔心spice復雜的句法。虛擬儀器 multisim9提供了邏輯分析儀、安捷倫儀器、波特圖儀、失真分析儀、頻率計數器、函數信號發生器、數字萬用表、網絡分析儀、頻譜分析儀、瓦特表和字信號發生器等18種虛擬儀器，其功能與實際儀表相同。特別是安捷倫的54622d示波器、34401a數字萬用表和33120a信號發生器，它們的面板與實際儀表完全相同，各旋鈕和按鍵的功能也與實際一樣。通過這些虛擬器件，免去昂貴的儀表費

10、用，用戶們可以毫無風險地接觸所有儀器，掌握常用儀表的使用。強大的電路分析功能multisim9除了提供虛擬儀表，為了更好地掌握電路的性能，還提供了直流工作點分析、交流分析、敏感度分析、3db點分析、批處理分析、直流掃描分析、失真分析、傅里葉分析、模型參數掃描分析、蒙特卡羅分析、噪聲分析、噪聲系數分析、溫度掃描分析、傳輸函數分析、用戶自定義分析和最壞情況分析等19種分析，這些分析在現實中有可能是無法實現的。強大的作圖功能 multisim9提供了強大的作圖功能，可將仿真分析結果進行顯示、調節、儲存、打印和輸出。使用作圖器還可以對仿真結果進行測量、設置標記、重建坐標系以及添加網格。所有顯示的圖形都

11、可以被微軟excel、mathsoftmathcad以及labview等軟件調用。后處理器 利用后處理器，可以對仿真結果和波形進行傳統的數學和工程運算。如算術運算、三角運算、代數運算、布爾代數運算、矢量運算和復雜的數學函數運算。rf電路的仿真 大多數spice模型在進行高頻仿真時，spice仿真的結果與實際電路測試結果相差較大，因此對射頻電路的仿真是不準確的。multisim9提供了專門用于射頻電路仿真的元件模型庫和儀表，以此搭建射頻電路并進行實驗，提高了射頻電路仿真的準確性。hdl仿真利用multihdl模塊（需另外單獨安裝），multisim9還可以進行hdl（hardwaredescri

12、ptionlanguage，硬件描述語言）仿真。在multihdl環境下，可以編寫與ieee標準兼容的vhdl或veriloghdl程序，該軟件環境具有完整的設計入口、高度自動化的項目管理、強大的仿真功能、高級的波形顯示和綜合調試功能。針對不同用戶的需要，multisim9發行了增強專業版（powerprofessional）、專業版（professional）、個人版（personal）、教育版（education）、學生版（student）和演示版（demo）。各版本的功能和價格也有明顯的不同，目前，發展到multisim9版本，電子仿真軟件multisim的主要功能以及在電路分析、模擬電

13、子線路、脈沖與數字電路、高頻電子線路等電子技術課程中的應用。 1.3.2 multisim9的新增功能2005年 ht公司又推出了multisim的最新版本multisim9，對先前的版本又進行了許多改進，主要有: 重新驗證了元件庫中所有元件的信息和模型，使其更加精確可靠。 允許用戶自定義元器件的屬性。 提高數字電路仿真的速度。 允許把子電路當作一個元器件使用，從而增大了電路的仿真規模。根據電路圖形的大小，程序能自動調整電路窗口尺寸，不再需要人為設置。開設了edaparts.com網站，為用戶提供元器件模型的擴充和技術支持。1.3.3 multisim9的主要特點（1）仿真的手段切合實際，選用

14、的元器件和測量儀器與實際情況非常接近；并且界面可視、直觀。（2）繪制電路圖所需的元器件、儀器、儀表以圖標形式出現，選取方便，可擴充元件庫。（3）可以對電路中的元器件設置故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，針對不同故障觀察電路的各種狀態，從而加深對電路原理的理解。（4）在進行仿真的同時，它還可以存儲測試點的所有數據、測試儀器的工作狀態、顯示波形和具體數據，列出所有被仿真電路的元器件清單等。（5）有多種輸入輸出接口，與spice軟件兼容，可相互轉換。multisim產生的電路文件還可以直接輸出至常見的protel、 tango、orcad等印制電路板排版軟件。1.3.4 multisim9與其他

15、電路仿真軟件相比，具有如下一些優點（1）系統高度集成，界面直觀，操作方便 multisim9將原理圖的創建、電路的測試分析和結果的圖表顯示等全部集成到同一個電路窗口中。整個操作界面就像一個實驗工作臺，有存放仿真元件的元件箱，有存放測試儀表的儀器庫，還有進行仿真分析的各種操作命令。測試儀表和某些仿真元件的外形與實物非常接近，操作方法也基本相同，因而該軟件易學易用。創建電路、選用元器件和測試儀器等均可直接從屏幕上器件庫和儀器庫中直接選取。測試儀器操作面板與實驗室內實際儀器相差無幾，操作起來得心應手。一切電路的分析、設計與仿真工作都蘊含于輕點鼠標之間，不僅為電子電路設計者帶來了無盡的樂趣，而且大大提

16、高了電子設計工作的質量與效率。（2）有完備的電路分析功能multisim9提供了11種常用的測試儀器，能夠完成18種常用的電路仿真功能，能基本滿足一般電子電路的分析設計要求。此外它還可以對被仿真電路中的元件設置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察到在不同故障情況下的電路工作狀況。在進行仿真的同時，它還可以存儲測試點的所有數據，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲測試儀器的工作狀態、顯示波形和具體數值等。 （3）靈活方便,功能不斷擴展 在multisim9中，與現實元件對應的元件模型豐富，增強了仿真電路的實用性；元件編輯器給用戶提供了自行創建或修改所需元件模型的工具；元件之間的

17、連接方式靈活，可創建子電路并允許當作一個元器件使用，從而增大了電路的仿真規模；提供了多種輸入輸出接口如可以輸入由pspice等其他電路仿真軟件所創建的spice網表文件，并自動生成電路原理圖。也可以把multisim9環境下創建的電路原理圖文件輸出給protel，專業版的multisim還支持vhdl和verilog語言等； iit還推出了自己的pcb軟件ultiboard與multisim配合使用，可以完成電路原理圖輸入、電路分析、仿真、制作印制電路板全套自動化工序，如果再加上自動布線模塊ultiroute和通信電路分析與設計模塊commsim等，功能就更加強大。另外，multisim9提供

18、目前眾多通用電路仿真軟件所不具備的射頻電路仿真功能。 第2章 multisim9的基本操作2.1 multisim9的主要操作界面（如下圖）仿真電源開關菜單欄工具欄元器件欄儀器儀表欄電路工作區狀態欄2.1.1 multisim9文件的基本操作與windows常用的文件操作一樣，multisim9中也有： new-新建文件、open-打開文件、save-保存文件、save as-另存文件、print-打印文件、print setup-打印設置和exit-退出等相關的文件操作。 以上這些操作可以在菜單欄file子菜單下選擇命令，也可以應用快捷鍵或工具欄的圖標進行快捷操作。 2.1.2 multis

19、im9元件的基本操作常用的元器件編輯功能有：90 clockwise-順時針旋轉90、90 countercw-逆時針旋轉90、flip horizontal-水平翻轉、flip vertical-垂直翻轉、component properties-元件屬性等。這些操作可以在菜單欄edit子菜單下選擇命令，也可以應用快捷鍵進行快捷操作。原始圖像 順時針旋轉90 逆時針旋轉90 水平翻轉 垂直翻轉 2.1.3multisim9中子電路的創建 子電路是用戶自己建立的一種單元電路。將子電路存放在用戶器件庫中，可以反復調用并使用子電路。利用子電路可使復雜系統的設計模塊化、層次化，可增加設計電路的可讀性

20、、提高設計效率、縮短電路周期。創建子電路的工作需要以下幾個步驟：選擇、創建、調用、修改 。子電路選擇： 把需要創建的電路放到電子工作平臺的電路窗口上，按住鼠標左鍵，拖動，選定電路。被選擇電路的部分由周圍的方框標示，完成子電路的選擇。子電路創建： 單擊place/replace by subcircuit命令，在屏幕出現subcircuit name的對話框中輸入子電路名稱sub1 ，單點ok，選擇電路復制到用戶器件庫，同時給出子電路圖標，完成子電路的創建。子電路調用單擊place/subcircuit命令或使用ctrl+b快捷操作，輸入已創建的子電路名稱sub1，即可使用該子電路。子電路修改：

21、雙擊子電路模塊，在出現的對話框中單擊edit subcircuit命令，屏幕顯示子電路的電路圖，直接修改該電路圖。子電路的輸入/輸出： 為了能對子電路進行外部連接，需要對子電路添加輸入/輸出。單擊place / hb/sb connecter命令或使用ctrl+i快捷操作，屏幕上出現輸入/輸出符號，將其與子電路的輸入/輸出信號端進行連接。帶有輸入/輸出符號的子電路才能與外電路連接。2.1.4 multisim 9路創建 在元器件欄中單擊要選擇的元器件庫圖標，打開該元器件庫。在屏幕出現的元器件庫對話框中選擇所需的元器件，常用元器件庫有13個：信號源庫、基本元件庫、二極管庫、晶體管庫、模擬器件庫、

22、ttl數字集成電路庫、cmos數字集成電路庫、其他數字器件庫、混合器件庫、指示器件庫、其他器件庫、射頻器件庫、機電器件庫等。元器件操作 選中元器件，單擊鼠標右鍵，在菜單中出現下列操作命令：cut：剪切copy：復制flip horizontal：選中元器件的水平翻轉；flip vertical：選中元器件的垂直翻轉；90 clockwise：選中元器件的順時針旋轉90；90 countercw：選中元器件的逆時針旋轉90；color：設置器件顏色edit symbol：設置器件參數help：幫助信息元器件特性參數 雙擊該元器件，在彈出的元器件特性對話框中，可以設置或編輯元器件的各種特性參數。元

23、器件不同每個選項下將對應不同的參數。 例如：npn三極管的選項為： label - 標識 display - 顯示 value - 數值 fault - 故障輸入/輸出單擊place / hb/sb connecter命令，屏幕上會出現輸入/輸出符號，將該符號與電路的輸入/輸出信號端進行連接。子電路的輸入/輸出端必須有輸入/輸出符號，否則無法與外電路進行連接。2.1.5 multisim9菜單欄（如下圖）11個菜單欄包括了該軟件的所有操作命令。從左至右為：file（文件）、edit（編輯）、view（窗口）、place（放置）、simulate（仿真）、transfer（文件輸出）、tools

24、（工具）、reports（報告）、options（選項）、window（窗口）和help（幫助）。2.2具欄介紹2.2.1設計工具欄 設計工具欄multisim9的核心，使用它可進行電路的建立、仿真、分析并最終輸出設計數據(雖然菜單欄中也已包含了這些設計功能，但使用該設計工具欄進行電路設計將會更方便快捷)。設計工具欄按鈕共有9個（如圖21所示），從左至右分別是： 圖21 設計工具欄 元件(component) 按鈕：用以確定存放元器件模型的元件工具欄是否放到界面上。 件編輯器(component editor)按鈕：調整或增加元件。 元件“instruments”按鈕：用以給電路添加儀表或觀察

25、仿真結果。 仿真 “simulate” 按鈕：(用以確定開始、暫停或結束電路仿真。分析(analysis)按鈕：選擇要進行的分析。后處理“postprocessor”按鈕：用以進行對仿真結果的進一步操作。 vhdlverilog按鈕：用以使用vhdlverilog模型進行設計。報告(reports)按鈕：打印相關電路的報告。 傳輸(transfer)按鈕：與其他程序如ultiboard進行通信，也可將仿真結果輸出到像mathcad和excel這樣的應用程序。2.2.2 multisim9的元器件庫multisim 9提供了14個元器件庫，用鼠標左健單擊元器件庫欄目下的圖標即可打開該元器件庫，元

26、器件欄如圖所示。（1） 電源（source）庫:其對應元器件系列（family）如圖24 所示：圖2-4電源庫 圖2-5基本元件庫(2)基本元件(basic)庫：包含現實元件箱18個，虛擬元件箱7個，如圖25所示。虛擬元件箱中的元件（帶綠色襯底者）不需要選擇，而是直接調用，然后再通過其屬性對話框設置其參數值。不過，在選擇元件時還是應該盡量到現實元件箱中去選取，這不僅是因為選用現實元件能使仿真更接近于現實情況，還因為現實的元件都有元件封裝標準，可將仿真后的電路原理圖直接轉換成pcb文件。但在選取不到某些參數，或者要進行溫度掃描或參數掃描等分析時，就要選用虛擬元件。(3) 二極管(diodesco

27、mponents)二極管庫中包含10個元件箱，如圖26所示。該圖中雖然僅有一個虛擬元件箱,但發光二極管元件箱中存放的是interactive component(交互式元件)，其處理方式基本等同于虛擬元件（只是其參數無法編輯）。圖26二極管庫 圖27模擬元件庫發光二極管有6種不同顏色，使用時應注意，該元件只有正向電流流過時才產生可見光，其正向壓降比普通二極管大。紅色led正向壓降約為1.11.2v，綠色led的正向壓降約為1.41.5v。(4) 晶體管(transistorscomponents)庫：共有30個元件箱，如圖28所示。其中，14個現實元件箱中的元件模型對應世界主要廠家生產的眾多晶

28、體管元件，具有較高精度。另外16個帶綠色背景的虛擬晶體管相當于理想晶體管，其參數具有默認值，也可打開其屬性對話框，點擊edit model按鈕，在edit model對話框中對參數進行修改。圖28晶體管庫 圖210cmos器件庫(5) 模擬元件(analogcomponents)庫：對應元件系列如圖27 所示。(6) ttl元（器）件(ttl)庫：對應元件系列如圖29 所示。圖29ttl元件庫使用ttl元件庫時，器件邏輯關系可查閱相關手冊或利用multisim9的幫助文件。有些器件是復合型結構，在同一個封裝里有多個相互獨立的對象。如7400n，有a、b、c、d四個功能完全相同的二端與非門，可在

29、選用器件時彈出的選擇框中任意選取。(7) cmos元（器）件庫：如圖210所示。(8) 其他數字元件(misc. digital components)庫：實際上是用vhdl、verilog-hdl等其它高級語言編輯的虛擬元件按功能存放的數字元件，不能轉換為版圖文件。(9) 混合器件(mixed components)庫：如圖211 所示，其中adc-dac 雖無綠色襯底也屬于虛擬元件。(10) 指示器件(indicators components)庫：如圖212所示，含有種multisim2001 稱之為交互式元件、用來顯示電路仿真結果的顯示器件。交互式元件不允許用戶從模型進行修改，只能在其

30、屬性對話框中設置其參數。圖211混合器件庫 圖212指示器件庫(11) 其他器件(misccomponents)庫：是把不便化歸于某一類型元件庫中的元件放在了一起。如圖213 所示。(12) 控制器件(controls components)庫：其中有12個常用控制模塊，如圖214所示雖無綠色襯底，仍屬虛擬元件圖2-13其他器件庫 圖214控制器件庫(13) 射頻元件(rfcomponents)庫：如圖215所示，提供了一些適合高頻電路的元件，這是目前眾多電路仿真軟件所不具備的。當信號處于高頻工作狀態時，電路元件的模型要產生質的改變。圖215射頻元件庫 圖2-16機電類器件庫(14) 機電類器

31、件(electro-mechanical components)庫：該庫共包含個元件箱，除線性變壓器外，都屬于虛擬的電工類器件。如圖216所示2.3 multisim9的虛擬儀表庫對電路進行仿真運行，通過對運行結果的分析，判斷設計是否正確合理，是eda軟件的一項主要功能。為此，multisim9為用戶提供了類型豐富的虛擬儀器，可以從design工具欄instruments工具欄，或用菜單命令（simulation/ instrument）選用這11種儀表， 下面將17種虛擬儀器的名稱如下圖：從左到右分別為：數字萬用表、函數發生器、瓦特表、雙通道示波器、四通道示波器、波特圖儀、頻率計、字信號發生

32、器、邏輯分析儀、邏輯轉換器、iv分析儀、失真度儀、頻譜分析儀、網絡分析儀、agilent信號發生器、agilent萬用表、agilent示波器。2.4 multisim9強大的仿真分析方法multisim9除了提供虛擬儀表，為了更好地掌握電路的性能，還提供了直流工作點分析、交流分析、敏感度分析、3db點分析、批處理分析、直流掃描分析、失真分析、傅里葉分析、模型參數掃描分析、蒙特卡羅分析、噪聲分析、噪聲系數分析、溫度掃描分析、傳輸函數分析、用戶自定義分析和最壞情況分析等19種分析，這些分析在現實中有可能是無法實現的。 第3章 基于multisim仿真軟件的搶答器電路設計3.1強答器電路設計要點及

33、原理框圖結構3.1.1設計要求及要點設計要求：每組設置一個搶答器按鈕，供搶答者使用。電路具有第一搶答信號鑒別和鎖存功能。在主持人將系統復位并發出搶答指令后，若搶答者按動搶答開關，則該組指示燈亮并組別鑒別顯示電路顯示搶答者的組別，同時揚聲器發出“嘀-嘟”的雙響，音響持續2-3s。電路具備自鎖功能，使別組的搶答器開關不起作用。設計要求：本題的根本任務是準確判別第一搶答者的信號并將其鎖存。實現這功能可用觸發器或鎖存器等。在得到第一信號后應該將其電路的輸出封鎖，使其他組的搶答信號無效。同時還必須注意，第一搶答信號必須在主持人發出搶答命令后才有效，否則應視為提前搶答而犯規。當電路形成第一搶答信號之后，l

34、ed顯示組電路顯示其組別。還可鑒別出的第一搶答信號控制一個具有兩種工作頻率交換變化的音頻振蕩器工作，使其推動揚聲器發出響音，表示該題搶答有效。門控多諧振蕩電路聲音提示電路電源電路主持人開關顯示電路控制電路搶答開關組3.1.2搶答器電路原理框圖結構圖3.1 搶答器原理框圖結構框圖3.2電路設計方案論證3.2.1 方案一 基于軟件編程和硬件方面的四路搶答器的設計 采用單片機及其外圍電路組成的搶答器電路。利用單片機at89c51的的p0p3為輸入口，接搶答按鍵開關，當有某個按鍵按下時，對應口的電位跳低，被單片機檢測到并執行相應的程序，比如讓數碼管顯示或者控制音響電路發聲等。pd口接數碼管，用于顯示哪

35、個組搶到，并一數值方式顯示出來。pb口的pb0通過電容接到門鈴音樂集成電路的觸發端，當有某一組搶到時發出聲音。電路中，輕觸開關sb為復位開關，按下sb，可以讓系統復位。當一次搶答完畢以后，只有按下sb，讓系統復位，在下一次搶答時，各個組的搶答按鍵才有用，否則，搶答按鍵沒有作用。這種由組成的搶答器電路的優點使得外圍組成電路和實現起來也比較簡單、易于制作。但其缺點是對單片機的軟件要求比較高（需要掌握一定的編程語言）并且實現的功能也比較少。做成的成本表較高。一般不采用。3.2.2 方案二 基于純硬件要求的四路搶答器的設計設計電路具有搶答自鎖，燈光指示、暫停復位、電子音樂報聲、自動定時等功能，交流、直

36、流兩用（如圖3-3所示）。當閉合s1接通電源后，電源指示燈ha亮，表示機器已處于工作狀態。以第2組為例，當按下sb2時，繼電器kl2吸合，接點kl2-1的常開接點閉合，常閉接點斷開，即其中間簧片倒向2一邊，此時kl2自鎖，并且后面的幾路都斷開電源。kl2-2中間簧片倒向2一邊，前面的一路也斷開電源。此時共用的喇叭中發出優美的電子音樂聲，表示第2組獲得搶答權。其他幾組因電源已斷開，即使再按下自己的按鈕，也不起使用。待主持人宣布誰有搶答權后，由主持人按一下常閉復位開關sbc，機器便恢復原狀。由于電路的相互制約關系，在搶答時只能有一組接通電路獲得搶答權。電子音樂的產生是利用vd1、vd2、vd3的勢

37、壘電壓，給音樂片提供2v左右的電壓，使其音樂集成塊工作。c3起改善音質作用。競賽中不使用定時功能時，s2是閉合，vt1基極電位為零，vt1、vt2、vt3均不導通，繼電器kl不吸合。如果需使用定時功能，可預先調整電位器rp，將定時時間選好(定時時間5秒2分鐘連續可調)。在每題競賽開始時，斷開s2，計時則開始，當電源通過rp、r2向c2充電至2v時，vt1、vt2、vt3導通，繼電器kl吸合，其常開接點kla閉合，定時指示燈hb亮，定時結束，喇叭中奏出音樂，同時其常閉接點klb斷開，主電路被切斷，各組均不能再接通電源進行搶答。當主持人將s2閉合時，則又恢復原狀。圖3-2基于純硬件要求的四路搶答器

38、的設計 3.2.3方案三 基于multisim9仿真軟件設計的四路搶答器利用鎖存型d觸發器cd4042來完成的四路搶答器。如圖3-4所示，觸發器cd4042與非門cd4012等元器件組成搶答器的控制電路，q1-q4,led1led4等元器件組成顯示電路，與非門cd4011等元器件組成聲音提示電路， sa1sa4組成搶答按鈕，s5a復位按鈕，觸發器cd4042是電路的核心元件。當6腳輸出高電平時，觸發器cd4042的輸出狀態由輸入的時鐘脈沖的的高的電平來決定，cp=o時鎖存數據，cp=1時傳輸數據。 圖 3-3 基于multisim仿真軟件方面的四路搶答器設計3.2.4 方案比較通以上三種方案的

39、分析我們可以看出，方案一利用單片機來實現四路搶答器較簡單，實現起來也比較容易，但其需要一定的語言編程知識，對設計者的要求比較高，并且單片機價格比較昂貴，使其設計成本加大，一般不宜于采用；方案二采用4d觸發器74ls171制作4路搶答器，電路結構簡單，實現起來也比較容易，也不需要編程,由于其電路采用常用的4d觸發器來實現，使其成本明顯降低，但由于電路結構過于簡單使其實現的功能比較少，不太實用。并且精度也不高最主要的是在multisim9中無法對電路進行仿真，故不采用第二種方案。方案三利用鎖存型d觸發器cd4042來完成的四路搶答器，可以在軟件中進行仿真測試,同時使用的是常用的數字集成芯片，使得電

40、路結構簡單成本大大降低，并且實現的功能也較多，電路的效率高，輸出搶答者的信息一般不會出錯。綜上所述，方案三的電路比較好。故采用第三種方案。3.3單元電路的設計3.3.1電源電路的設計直流穩壓電源一般由變壓器、整流器、濾波器和穩壓器四部分組成，如圖3-5所示。變壓器把220v交流電（市電）變為穩壓所需的低壓交流電；整流器把低壓交流電變為直流電；整流后的直流電中仍會含有交流成分，可以通過濾波電路將交流成分濾除；經濾波后，穩壓器再把不穩定的直流電壓變為穩定的直流電壓輸出。圖3-4 直流穩壓電源原理圖電源電路一般采用可調或者固定電壓為電路提供工作電壓。為求簡單實用，本電源電路采用固定三端集成穩壓器78

41、12為電路提供所需的12v直流電壓，如圖35所示。當電源電壓220v的交流電壓經過變壓器t2的變壓輸出15v的交流電壓，經過變壓器的交流電壓輸入的由整流二極管組成的整流電路。把交流電壓轉換成直流電壓輸出。由于整流后的電壓含有較大的脈動成份，必須經過c4的濾波后輸入到三端集成穩壓器7812后輸出電路所需的電壓 。（結果如圖36所示）圖3-5 直流穩壓電源電路3.3.2控制電路的設計控制電路是由鎖存型的d觸發器cd4042和與非門cd4012等組成（如圖38）； cd4042含有四組具有共同單位控制儲存指揮輸入.控制極性是可以選擇的。如pol輸入為低電平電位及store輸入亦為低電平,送至d輸入之

42、數據將在其個別真的及互補的輸出端出現當store輸入電位升高,在此輸入之數據于正過度時即儲存于內部并以真值形式出現q輸出端及其互補出現于輸出端；cd4012為雙4輸入端與非門兩組正邏輯皆可單獨使用。當任一閘之一或一個以上之輸入端電位低時，將使輸出端電位升高。如四個輸入端皆為高電平時，則輸出端之電位降低。a系列元件會產生極壞之一面倒的反應。可使用b系列元件，但非臨界之應用。在沒有任何電平輸入時，cd4042的4個輸入端經過電阻上拉為高電平，根據其功能表可知其四個q輸出端為高電平， 輸出端為低電平led不顯示，此時與非門cd4012輸出為低電平使多諧振蕩電路停振，從而控制整個電路處于穩定狀態。反之

43、，當cd4042輸入高電平時，其輸出端q與分別輸出低電平和高電平，cd4012輸出低電平使多諧振蕩電路起振，從而控制整個電路進行正常的工作。控制電路是整個電路的核心部分，當輸入的cp1時cd4042進行數據傳輸，當輸入的cp0時cd4042進行數據所存（判別第一個搶答者的信號）。cd4042的好壞，決定了整個電路的整體性能。、 上圖是集成d鎖存器cd4042的邏輯圖和功能表。芯片中含有4個d鎖存器單元，共用一個時鐘脈沖，cp為時鐘端，pol為極性控制信號。cd4042功能見圖，它的功能為：當極性控制信號pol=0時，若cp=0觸發器接收d信號，并在cp上升沿到來時，鎖存d信號，cp=1期間自鎖

44、d信號；當pol=1時，則cp=1時，觸發接收d信號，cp下降沿到來時鎖存d信號，cp=0期間自鎖。 圖3-6 控制電路3.3.3 聲響電路的設計聲響電路用一個音頻振蕩器去推動一個揚聲器(蜂鳴器)工作即可。為求電路簡單,聲響電路所示一般聲響電路都由集成音樂芯片或簡單的分立元件構成。而采用集成音樂芯片構成的電路結構簡單，但一般的的成本比較高，電路性能較差。而用簡單的分立元件使得電路的設計成本大大降低,性能也可以達到設計的要求。圖 3-7 聲響電路電路本聲響電路的設計主要采用多諧振蕩器和q1等元件組成（如圖39）；當cd4012在輸出低電平時多諧振蕩電路不工作；聲響提示電路處于穩定狀態（不工作）。

45、當cd4012在輸出高電平時多諧振蕩電路起振；驅動三極管工作從而帶動揚聲器發出聲音。聲響提示電路處于工作狀態）。當有信號從振蕩電路輸出時，電流經r15形成一電壓壓降在q1的基極，此時q1導通,電流從vcc經蜂鳴器到地，從而蜂鳴器發聲。該裝置中，直流電源提供12v電壓，足夠驅動蜂鳴器發聲，所以不需要接入74ls244驅動。3.3.4 顯示電路顯示電路一般由 led為發光二極管或數碼顯示器來實現，由于數碼顯示電路一般都需要顯示驅動電路來實現比較復雜。而led為發光二極管主要加上適當的正向電壓，該管即可發光，led內接法有兩種：即共陽極和共陰極接法，要使其對方的發光二極管發光，前種接法使其相應的極為

46、低電平，后種接法使其相應極為高電平。半導體二極管的優點是體積小、工作可靠、壽命長、響應速度快、顏色豐富、缺點是功耗較大。在本電路的設計中主要采用q1-q4和led1led5等元器件組成顯示電路（如圖310），用來顯示搶答者的組別。cd4042的端輸出低電平時led不發光。cd4042 的輸出高電平時led發光,顯示搶答者的組別。 圖38顯示電路3.3.5 門控多諧振蕩電路 多諧振蕩器是一種無穩態電路,它在接通電源后不需要外加觸發信號,電路狀態能夠自動地不斷變換,產生矩形波的輸出.由于矩形波中的諧波分量很多,因此這種振蕩器冠以”多諧”二字。在數字電路設計中常常使用555多諧振蕩電路、施密特振蕩電

47、路或者由簡單的門電路來實現，由于555多諧振蕩電路、施密特振蕩電路應用于對于電路精度要比較高的電路設計中。與普通的門電路相比門電路具有電路結構簡單、成本低 、實現容易的特點。而在本電路的設計中門控多諧振蕩電路由cd4011門電路和r14、c1等組成。它主要用來驅動q5使揚聲器發出聲音。開關按下與非門輸出高電平，門控多諧振蕩器起振。揚聲器發聲。門控多諧振蕩器頻率由r14、c1來決定，振蕩器頻率約為800hz。 圖39控多諧振蕩電路cd4011、 cd4012的邏輯圖和實現的功能如下表31名稱 邏輯圖實現的功能cd40114二輸入與非門（1/4）所有這四組正邏輯反和閘皆可單獨使用之。當任一閘之間或

48、兩輸入端電位低時，則輸出端之電位升高；兩輸入端同時電位高時，輸出端之電位降低。cd4012雙4輸入與非門（1/2）當任一閘之一或一個以上之輸入端電位低時，將使輸出端電位升高。如四個輸入端皆為高電平時，則輸出端之電位降低。表31 cd4011、 cd4012的邏輯圖3.4系統電路工作過程如圖（33）所示搶答器由控制電路、顯示電路和聲音提示電路3部分組成。鎖存型d觸發器cd4042、與非門ic2-1cd4042等元器件組成搶答控制電路；q1q4、led1led4等元器件組成顯示電路；與非門ic3cd4011等元器件組成聲音提示電路。j1aj4a是搶答按鈕，j5a位按鈕。四位鎖存器d觸發器cd404

49、2是整個電路的核心器件，當pol6腳接高電平時，d觸發器的輸出狀態由輸入時鐘脈沖的極性決定，即cp=1時，傳輸數據，cp=0時鎖存數據。當q1q4沒有按下時，cd4042的個輸入端d1d4經過電阻r1r4上拉為高電平，因此其輸出端q1q4均輸出高電平，1-4輸出為低電平，q1q4均截止，發光二極管led1led4均不亮。此時與非門ic2-1cd4012輸出低電平，由u4a、u6a cd4011等元器件組成的門控多諧振蕩器處于停振狀態，提示音電路不工作。同時與非門u3acd4042輸出低電平，使得u5a cd4011輸出高電平，即cp=1，d觸發器處于數據傳輸狀態。假如sa1被按下，此時d1=0

50、，q1=0，使得u2a4042輸出為高電平 ，u5a cd4011為低電平，即cp=0，d觸發器轉入鎖存狀態，再按下其他按鈕，電路不再響應。同時cd4042的1=1，vy1接通，led1點亮，顯示第一路搶答。在按下s1a的同時，與非門u3a輸出高電平，門控多諧振蕩器起振，由q5驅動揚聲器發出提示音。門控振蕩器的振蕩頻率由r14、c1的參數決定，振蕩頻率約為800hz。sa5是復位按鈕，按下j5a，可使與非門u5a cd4011的一個輸入端置零，其輸出變為高電平，即cp=1，電路又回到q1q4=1，q1q4=0的初始狀態，為下一輪搶答做好準備，其他3路的工作原理與之相同。3.5基于 multis

51、im9的多路搶答器電路的仿真3.5.1電源電路 圖3-11電源電路接線圖 圖3-12電源電路仿真結果仿真結果分析：當輸入220v / 50hz的交流電壓經過變壓整流 濾波穩壓輸出約為12.593v的直流電壓。結果如圖 3-12所示3.5.2 總電路的仿真及分析圖3-13系統電路仿真結果結果分析：當在主持人將開關s5a清零宣布搶答開始命令后，s1a、s2a、s3a先后將開關閉合后后，led1亮，說明cd4042將1組的信號鎖存 ，led1亮，揚聲器發出聲響，主持人判別出第一組搶答成功，其他組的顯示不亮，沒有搶答成功（如圖3-13）所示。從以上結論可以看出本電路的設計符合設計要求。總結畢業設計是在

52、教學過程的最后階段采用的一種總結性的實踐教學環節。通過畢業設計總結，能使我們綜合應用所學的各種理論知識和技能，進行全面、系統、嚴格的技術及基本能力的訓練。科學技術的突飛猛進，帶來了第四次科技革命，知識更新速度加快，周期變短，科技和經濟結合得更緊密，隨著產業結構的變化，需要體力和簡單技能崗位和數量逐漸下降，而需要更高知識、智能的崗位數量將會增加。此次設計經過了以下幾個階段：1.系統分析階段 熟悉課題：設計任務下達后，首先了解課題的名稱、課題來源、課題范圍、提供的原始數據、要求達到的技術指標。收集資料：圍繞課題，收集有關資料，調查有關文獻及技術參數，收集有關數據，并對有關資料和數據進行歸納分析。 可行性分析：在熟悉課題和收集了足夠的資料和數據的基礎上，對課題進行可行性分析，得出幾個初步方案，經過反復比較、