1、基于Multisim10的4路搶答器 硬件實訓實驗報告 班級： 組員： 指導老師： 時間：目 錄1.設計題目12.課程設計目的13.設計內容和要求14.基本設計原理15.總體設計框圖16.單元電路設計方案和原理說明23.1搶答電路23.2 發光二極管顯示電路33.3 主持人控制開關電路33.4 控制電路和秒脈沖產生電路53.5 定時、譯碼、顯示電路53.6 完整電路圖67.元件清單74.電路仿真109.心得體會1010.參考文獻11一、設計題目四路智力競賽搶答器二、課程設計目的 1、培養數字電路的設計能力。 2、掌握搶答器電腦設計方法。三、設計內容和要求3.1 設計內容設計一個智力競賽搶答器，

2、可同時供4名選手或4個代表隊參加比賽，他們的編號分別是1、2、3、4、5、6、7、4，各用一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應，分別是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。給節目主持人設置一個控制開關，用來控制系統的清零(編號顯示數碼管滅燈)和搶答的開始。搶答器具有數據鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，相應選手的燈亮。封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優先搶答選手的信號燈一直亮到主持人將系統清零為止。4.用中小規模集成電路組成智力競賽搶答器電路，畫出各單元電路圖和總體邏輯框圖，正確描述各單元功能，合理選用電路器件，畫出完整的電路設計圖以及寫出設計總

3、結報告。3.2 設計要求搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間可以由主持人設定。當節目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即減計時，并用顯示器顯示。參賽選手在設定的時間內搶答，搶答有效，定時器停止工作，相應選手的燈亮，顯示器上顯示搶答時刻的時間，并保持到主持人將系統清零為止。如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，系統短暫報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。四、基本設計原理4路智力競賽搶答器，當有人按下按鈕后，代表他這一組的發光二極管就亮了，同時，別組成員按下按鈕時，則不會使自己這一組的燈亮。要想實現這個目的，我們可以用鎖存器或者觸發器來實現，因為它們都能存儲一位二進

4、制數字。主持人有一個開始鍵，當這個鍵按下時，才會使搶答器正常工作；當這個鍵彈起時，無論4個選手如何按按鈕，他們各自所對的發光二極管都不會亮。這個開關我們可以用芯片上的清零端或者使能端來實現。當然，既然是搶答器，就會有時間限制，我們需要一個倒計時器，并且需要將時間顯示，我們可以用相關的芯片實現這一功能，具體設計在下面的設計中會有詳細的敘述。每次搶答完后，主持人都會將時間重新置數，這一功能也可以通過芯片上的相應端口來實現。5、 總體設計框圖 它由主體電路和擴展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當選手按動搶答鍵時，能使代表該選手的發光二極管發光，同時能封鎖輸入電路，禁止其他選

5、手搶答，擴展電路完成定時搶答的功能以及將時間顯示出來。六、單元電路設計方案和原理說明智力搶答器包括搶答電路，發光二極管顯示電路，主持人控制開關電路，控制電路，秒脈沖產生電路，定時、譯碼、顯示電路。下面對各部分進行詳細敘述。6.1搶答電路搶答電路的功能有兩個：1、能分辨出選手按按鈕的先后，并鎖存優先搶答者的編號，供顯示電路使用；2、使其他選手的按鈕操作無效。搶答電路包括集成D觸發器74LS374和4個開關。374為具有三態輸出的四 D 邊沿觸發器，且是上跳沿觸發的。當一個脈沖的上升沿到來時，輸出Q端的值為相應D端的值。OC端為使能端，低電平有效，當OC接高電平時，處于高阻狀態，OC端接低電平時，

6、芯片能夠正常工作。4個D端接4個開關，開關另一端接高電平。CLK端接脈沖信號。下圖即是搶答電路電路圖。 圖為搶答電路6.2 發光二極管顯示電路發光二極管顯示電路是由4個發光二極管組成，由于在仿真時要觀察燈的亮與熄滅，所以用燈來代替一下。4個燈的一端分別接在74LS374的4個Q端，另一端分別接地。當Q端輸出為高電平時，燈就會被點亮，否則就會熄滅。下圖即為發光二極管顯示電路。 圖為發光二極管顯示電路 6.3 主持人控制開關電路主持人控制開關有很多作用，當這個開關彈起時，74LS374將不工作，并且可以控制譯碼顯示電路的清零和置數功能。我們先來介紹一下計數器74LS192的功能。下圖為74LS19

7、2功能表。從以上兩個圖可知，CR端為清零端，當CR端為高電平時，輸出為低電平；CR端為低電平時，芯片可以進行別的功能。在CR端為低電平的情況下，LD端為低電平時，輸出為4個D端上的值，這就是我們所說的置數功能。在CR為低電平，LD為高電平的情況下，CPU接脈沖信號，CPD接高電平，此時芯片處于加計數狀態；CPU接高電平，CPD接脈沖信號，此時芯片處于減計數狀態；CPU和CPD均接高電平，芯片處于保持的狀態。基于對74LS192的了解，我們可以將清零端和置數端作為主持人控制開關電路的一部分。我們將CR端和LD端分別接兩個單刀雙擲開關，開關一端接高電平，一端接低電平。下圖即為主持人控制開關電路。

8、6.4 控制電路、報警電路和秒脈沖產生電路控制電路是由4個或門組成的。74LS374的4個輸出端分別接在4個兩輸入或門的輸入端上，每兩組的輸出有分別接在另一個或門的輸出端，最后輸出端和脈沖信號接在一個或門的輸入端，輸出端接在74LS374的脈沖輸入端和74LS192的CPD端。當有一人按下了搶答開關后，所對應的Q端輸出為高電平，經過幾個或門后，最后輸入74LS374和74LS192的脈沖輸入端的信號固定為高電平，則我們將脈沖信號鎖住了，無論別的搶答開關按下與否，都不會影響結果。這就起到了控制電路的作用。報警電路中，使用燈來表示，當無人搶答時，指示燈亮。秒脈沖信號產生電路可以通過555定時器得以

9、實現，但在此次設計中，我們為了簡便，直接用方波電源來實現，將其周期改為1秒即可。下圖為控制電路和秒脈沖產生電路電路圖。 6.5 定時、譯碼、顯示電路定時、譯碼、顯示電路是由74LS44譯碼器，74LS192計數器和七段數碼管構成的。在仿真時我們用的是將譯碼器和七段數碼管集成之后的一個數碼管，這樣可以使我們在仿真時稍微簡單一些。我們將74LS192的四個輸入端DCBA端分別接上高電平，低電平，低電平，高電平，則通過譯碼器在七段數碼管上顯示9，然后通過減計數，依次減一，當搶答按鈕按下時，控制電路將會鎖住脈沖信號，因此數碼管應該顯示當前數字不變。直至下一次搶答時，主持人通過置數重新將其置為9。下圖為

10、定時、譯碼、顯示電路。6.6 完整電路圖7、 元件清單 十進制加減計數器 74LS192×1D觸發器 74LS374×1 電阻器包 (RPACK1*4SIP)×1開關 DSWPK_4*1,TD_SW1×3燈 LAMP5v_1w×9或門 74HC32D_4V×9示波器 XSC1×1時鐘電壓源 CLOCK_VOLTAGE×1非門 7404N×1數碼管 DCD_HEX_YELLOW 四、電路仿真 1、當主持人開關電路的按鈕彈起時，即使別的搶答按鈕按下時，發光二極管也不會亮。下圖是這種情況的仿真結果由上圖可知，J

11、12彈起時，雖然J1中的開關3閉合，但是發光二極管仍然是熄滅的，這也證明了上文的結論。2、當主持人控制開關閉合時，如果有一組已經先將搶答開關按下后，其余的組再將搶答開關按下時，他們所對應的發光二極管也不會亮。在J1中的開關4先按下的情況下，雖然后面的開關1、6、7也按下了，但是也只有由開關4控制的燈X4亮，而別的燈都沒有亮。這也就證明前文結論的正確。3、 當開始正常搶答后，計數器開始倒計時，當無人搶答時，報警指示燈X9亮，數碼管顯示當前搶答剩余時間。4、當開始正常搶答后，計數器開始倒計時，當有人搶答后，數碼管上應該顯示當前的數字不變，直到主持人在下一個問題時將其重新置數。J1中開關5按下了，他

12、所對應的燈X5也亮了，而此時數碼管顯示為5，并且不再變化了，這也證明了前文結論的正確。九、心得體會 這一次的課程設計老師，沒有限定我們用什么仿真軟件，給了我們一定的空間。常用的仿真軟件有三個，分別是pespice，protel和matlab，這三個軟件都各有利弊：pespice的仿真功能比protel強，protel主要是焊制電路板的，matlab的畫圖功能很強悍（在做信號與系統實驗里有深刻體驗）。在這一次課程設計中，我選擇Multisim仿真軟件。對于Multisim仿真軟件，在沒用之前，我感覺很難。首先，這個軟件是全英文的，大部分的專業詞匯都是我們不認識的，這也增加了我們學習軟件的難度，雖

13、然它有漢化的，但很多重要的設置是無法漢化的，自己所需要用的全憑自學。因此，第一次接觸它時說它不難那是假的。但是，當我們開始用它時，發現他并沒有想象中的那么難，其實，我們只需要怎么畫圖和仿真就行了，至于別的，我們不需要怎么會用，以后有時間自己再學習就可以了。我到圖書館找了相關的書籍。經過一番努力地尋找，我終于找到了一本書。但是，回來一看，我發現這本書所講的和我用的軟件不是一個版本的。我想啊，雖然不是一個版本，但也應該差不多的，最起碼基本功能應該一樣。果然，和我想的一致。經過一段時間的摸索，我終于學會了畫圖。我做的題目是4路智力競賽搶答器，經過一段時間的準備，我終于在軟件上畫出了相應的圖，其中最麻煩的是不知如何接七段數碼管，因為接上這個的話，在做仿真時就會出現問題，最后，我決定用四角的數碼管來做仿真，這個四腳的是譯碼器和七段數碼管集成的，因此連線方面倒省了我不少事。就這樣，我做出了仿真。在此我