四路抢答器的仿真设计(14页).doc

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1、-课程设计报告题 目： 四路抢答器的仿真设计 学生姓名： 赵云云 学生学号： 1114040146 系 别： 电气信息工程学院 专 业： 电子信息科学与技术 届 别： 2015 指导教师： 王留留 电气信息工程学院 2014年3月-第 13 页- 四路抢答器的仿真设计 学生：赵云云 指导教师：王留留电气信息工程学院 电子信息科学与技术专业 1课程设计的任务与要求1.1 课程设计的任务采用multisim软件进行电路图的绘制以及仿真，用七段锁存译码驱动集成电路CD4511、LED数码显示管、编码二极管、电阻、74LS08N、74LS00N、74LS04以及蜂鸣器等实现四路智力抢答器。1.2 课程

2、设计的要求(1)4名选手编号为： 1、2、3、4，各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，分别为J1，J2，J3，J4。(2)给主持人设置一个控制按钮K，用来控制系统清零和抢答的开始。(3)抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。1.3 课程设计的研究基础四路智力抢答器电路由四大部分组成：抢答编码电路、译码数显电路、优先锁存门控电路、声响报警电路组成。所用的器件主要有锁存器74LS08N、译码器4511BP_5

3、V（即CD4511）、LED数码管、蜂鸣器等。抢答电路中主持人通过开关K控制锁存器，当主持人开关打在高电平1时，抢答开始，J1、J2、J3、J4四位选手按下抢答开关即可在数码管上显示该组的组号并且锁存，其他各组再抢答均无作用，这就是研究的基础。下面以J2选手率先抢答为例：主持人key=space按下开关开始抢答，J2号选手率先按下抢答开关，抢答信号输入以高电平信号表示，这里视为1当高电平信号号传输到译码器CD4511的相应端口，然后经由译码器CD4511译码为抢答成功选手的代码，并在数码显示器上显示该号码。同时在主持人按下开始开关时，数码管e和f管脚的电平通过与非输出高电平然后和另一个开关的高

4、电平共同输出高电平送到CD4511的EL端实现锁存，其它的选手在抢答均无效果。当开关按下后输入低电平到BI，数码管熄灭。开关打开后清零开始抢答。这就是我设计的基础。2四路智力抢答器系统方案制定2.1 方案原理 抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。2.2 方案提出 抢答编码电路译码驱动电路CD4511数显电路声讯电路优先锁存电路门控电路图1 基于CD4511方案图3四路抢答器系统方案设计3.1各单元模块功能介绍及电

5、路设计（1）.译码数显电路（功能是将收到的BCD码译码成十进制数并通过数码管显示出来）图2译码数显电路（2）抢答编码电路（功能主要是任意按下一个按键都可以编成BCD码） 图3加入抢答编码电路后的电路图（3）.优先锁存门控电路（主要功能是当任意一个按键被按下时锁存相应的编号以及允许抢答和清零复位的功能）图2加入锁存门控电路后的电路（4）.声响报警电路（功能主要是在抢答成功后发出声响以示抢答成功）图5加入报警电路后的电路3.2电路参数的计算及元器件的选择由于CD4511的输出端电压为5v，而数码管的前向导通电压和开门电流分别为1.66v和5ma，这时CD4511与数码管连接时中间需加限流电阻668

6、欧，限流电阻必须要小于这个电阻，我们取600欧。本电路中主要选用了译码器CD4511，数码管，和蜂鸣器以及各种按键电阻和各种门电路。3.3 特殊器件的介绍（1）.译码器CD4511图6译码器其功能介绍如下：BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭状态，不显示数字。LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE：5脚是锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。DA、DB、DC、DD、为8

7、421BCD码输入端。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。表1 CD4511的逻辑功能表输入输出LEBI非LT非DCBAgfedcba显示字符01111111日010000000熄灭01100000111111001100010000110101100101011011201100111001111301101001100110401101011101101501101101111101601101110000111701110001111111801110100000000灭01110110000000灭（2）.七段数码显示管 7段数码管是由7个独立的二极管采用共阴

8、或共阳的方法连接而成。通常将这7个独立的二极管做成a、b、c、d、e、f、g这7个笔划。通过一个7位的二进制电平信号就可以显示出想要的结果。例如，点亮二极管b、c，数码管将会显示数字1，点亮a、b、c、d、e、f、g，数码管将会显示数字0。所以，数码管的显示需要有7根连线。每个数字对应的二进制码如下表所示。表2 七段数码显示器功能表显示abcdefg011111101011000021101101311110014011001151011011600111117111000081111111（3）蜂鸣器图7蜂鸣器蜂鸣器BUZZER当有一个高电平施加在蜂鸣器上时蜂鸣器就会发出声音，用于提醒抢答成

9、功。3.4 系统整体电路图图8系统总体电路图4四路抢答器系统方案设计4.1 仿真软件介绍Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以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。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成

10、从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。如图4-1为multisim10的启动界面。图9 multisim启动界面软件以图形界面为主，采用菜单、工具栏和热键相结合的方式，具有一般Windows应用软件的界面风格，用户可以根据自己的习惯和熟悉程度自如使用。 启动Multisim 10后，将出现如图11界面。图10启动multisim后的界面界面由多个区域构成：菜单栏，各种工具栏，电路输入窗口，状态条，列表框等。通过对各部分的操作可以实现电路图的输入、编辑，并根据需要对电路进行相应的观测和分析。用户可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容。（1）菜单栏 菜单栏位于界面

11、的上方，通过菜单可以对Multisim的所有功能进行操作。 不难看出菜单中有一些与大多数Windows平台上的应用软件一致的功能选项，如File，Edit，View，Options，Help。此外，还有一些EDA软件专用的选项，如Place，Simulation，Transfer以及Tool等（2）工具栏 Multisim 2001提供了多种工具栏，并以层次化的模式加以管理，用户可以通过View菜单中的选项方便地将顶层的工具栏打开或关闭，再通过顶层工具栏中的按钮来管理和控制下层的工具栏。通过工具栏，用户可以方便直接地使用软件的各项功能。顶层的工具栏有：Standard工具栏、Design工具栏

12、、Zoom工具栏，Simulation工具栏。4.2 系统仿真实现 图11抢答未开始4.3 系统测试 图12第四组抢答成功 图13第三组抢答成功 图14第二组抢答成功 图15第一组抢答成功4.4 数据分析通过对系统的功能和参数都符合设计的要求。抢答器具有第一个抢答信号的鉴别锁存及显示功能。即有抢答信号输入时，锁存相应的编号，并在LED中显示出来，同时扬声器发出声响，此时在按其他任何一个抢答器开关均无效，优先抢答选手的编号一直保持不变，直到主持人将系统清零为止。5总结5.1 设计小结通过本次课程设计我学习了很多知识，首先就是软件的安装，之前在自己的安装下就是安装不好，感觉安装过程是正确的,但是桌

13、面上总不显示快捷方式，一度以为自己没安装好，后来才在开始所有程序找到了它，就整个安装过程来说，就对我造成了小小的阴影。然后就是熟悉了multisim软件的使用以及四路智力抢答器的原理以及如何去实现这个功能。因为本身模电数、Proteus之类的学的也就不太好，所以设计电路这个过程基本上都是百度搜寻的，再通过求助于同学，才找到这个应该对的电路图。虽然这整个过程我我没有从根本上设计出四路抢答器，但是这个过程也让我懂得了如何去思考其它的题目，如何从设计要求到实现其功能，有了自己的思考方法，知道该怎么样去做，向哪个方向努力才能实现这 个功能。在设计中我学会了multisim，对该软件的使用有了很大的进步

14、。在这次课程设计中我学到了很多，希望可以再实践中加强。在今后的实践中我会更加努力的学习。5.2 展望通过本次课程设计的学习，我感觉自己以前学习得太糟糕了，很多东西都不知道，本身四路抢答器是挺简单的，它的设计理念也不是很难理解，但是我还是不知道该用什么元器件。这件事深深地打击到了我，使我知道了自己对本专业的知识有着很大的不足，比如说有一些软件我还不能灵活的安装和运用和各种典型实际案例的设计及其各种元器件的使用，我发誓我会在以后的学习中不断加强。这次设计的四路智力抢答器是一个比较简单的电路，在现实生活中会有等多更复杂更实用的电路需要设计，所以在以后的工作学习中我会继续努力的学习专业知识，设计出更多更好的电路，从而满足现代生活的需求。 6 参考文献1 陈忠平编著.基于Proteus的51系列单片机设计与仿真.2版.北京：电子工业出版社，2012.5（聚焦EDA）2 繁昌信，曹丽娜编著. 通信原理.6版.北京：国防工业出版社，2012.12重印.3 康华光主编.电子技术基础.模拟部分华中科技大学电子技术课程组编.5版.北京：高等教育出版社，2006.1 4 邱关源，罗先觉主编. 电路5版.北京：高等出版社，2006.5 5 5 谢维成，杨加国主编,董秀成主审.单片机原理与应用及C51程序设计2版.北京.清华大学出版社，2009.7