16路搶答器multisim仿真畢業(yè)設計

1、<p><b>　　畢業(yè)設計論文</b></p><p>　　2013年4月27日</p><p>　題目:十六路搶答器的仿真設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著我國經濟和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多競爭場合要求有快速公正的競爭裁決，智力競賽更是作為一種生

2、動活潑的教育形式和方法能夠引起觀眾極大的興趣。為了公正，就要有一種邏輯電路搶答器作為裁判員。一般搶答器由很多門電路組成，線路復雜，可靠性低，特別是搶答路數增多時，實現(xiàn)起來更加困難。本文介紹了一種利于數字電路實現(xiàn)的16路搶答系統(tǒng)，并基于Multisim10.0仿真軟件進行仿真，具有很強的實用性。搶答器具有數據鎖存和顯示功能，當某一路搶答成功時，放光二極管立即點亮，并在數碼管上顯示該路的號數，直到主持人按復位開關為止，其他人再搶答無效；該系

3、統(tǒng)具有簡單，容易操作等特點。</p><p>　　關鍵詞：數字電路 搶答器 仿真設計</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>

4、;　　1.1 Multisim的發(fā)展背景1</p><p>　　1.2 Multisim軟件的介紹以及發(fā)展過程1</p><p>　　1.3 Multisim的主要功能及特點2</p><p>　　第二章 16路搶答的設計要求及設計方案4</p><p><b>　　2.1設計要求4</b></p>

5、<p>　　2.1.1仿真設計基本要求4</p><p>　　2.1.2仿真設計擴展功能4</p><p><b>　　2.2設計原理4</b></p><p>　　2.3多路搶答器的工作過程4</p><p>　　第三章 16路搶答器的系統(tǒng)電路設計6</p><p>　　

6、3.1搶答電路設計6</p><p>　　3.2計時模塊設計7</p><p>　　3.2.1 555構成的多諧振蕩器作為秒脈沖發(fā)生器7</p><p>　　3.2.2 由Multisim仿真得到如圖3-4波形，符合秒脈沖的要求。9</p><p>　　3.3報警電路10</p><p>　　第四章 總結與展

7、望12</p><p><b>　　致 謝13</b></p><p><b>　　參考文獻14</b></p><p>　　附錄：16路搶答器電路圖15</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 Multi

8、sim的發(fā)展背景</p><p>　　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(xiàn)教育技術現(xiàn)代化、教學手段現(xiàn)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(xiàn)成的實驗箱。這種傳統(tǒng)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

9、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(fā)展，從而推動了一場新的電子電路設計革命，使得電子工程師大量的設計工作可以通過計算機來完成。傳統(tǒng)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(fā)，使得電子工程師可以從概念、方法、協(xié)議等開始設計系統(tǒng)

10、，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(fā)展，Multisim軟件經歷了長時間的的發(fā)展基礎上行</p><p>　　1.2 Multisim軟件的介紹以及發(fā)展過程</p><p>　　Multisim9是一款完整的工具設計系統(tǒng)，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

11、功能、VHDL和Verilog HDL 設計接口和仿真功能、FPGA\CPLD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設計的EDA工具

12、軟件ElectronicsWorkbench(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(yōu)點，得到了迅速的推廣及使用隨著技術的發(fā)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。Multi

13、</p><p>　　1.3 Multisim的主要功能及特點</p><p>　　（1）用戶界面直觀 Multisim 9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(chuàng)建和定位電路。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(chuàng)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

14、析項目。</p><p>　?。?）種類繁多的元件和模型 Multisim 9提供的元件庫擁有13 000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。 Multisim 9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、

15、虛擬元件、額定元件和三維立體元件。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(jié)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Multisim

16、9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</p><p>　　第二章 16路搶答的設計要求及設計方案</p><p><b>　　2.1設計要求</b></p><p>　　2.1.1仿真設計基本要求</p

17、><p>　?。?）設計一個競賽搶答器，可同時供十六名選手或代表隊參加比賽；</p><p>　　（2）給節(jié)目主持人設置一個控制開關，用來控制系統(tǒng)的清零（編號顯示數碼管滅燈）和搶答器的開始；</p><p>　?。?）搶答器具有數據鎖存和顯示功能 ，當某一路搶答成功時，放光二極管立即點亮，并在數碼管上顯示該路的號數，直到主持人按復位開關為止，其他人再搶答無效；</

18、p><p>　　2.1.2仿真設計擴展功能</p><p>　　（1）搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答時間可以由主持人設定（如97s）。當節(jié)目按下“開始”按鈕后，要求定時器立即倒計時，并在顯示器上顯示，同時“滴”的聲響</p><p>　?。?）參賽選手在設定的時間內搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答時刻的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止

19、；</p><p>　?。?）如果定時器的時間已到，卻沒有選手回答，則本次搶答無效，系統(tǒng)短暫報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時搶答，時間顯示器上顯示00。</p><p><b>　　2.2設計原理</b></p><p>　　設計思路（搶答器總體框圖）如圖2-1：</p><p>　　圖2-1 搶答器總體框圖<

20、/p><p>　　2.3多路搶答器的工作過程</p><p>　　接通電源，當節(jié)目主持人按下“復位”按鈕時可以設置搶答時間（如97s），此時搶答器處于禁止工作狀態(tài)，顯示選手編號的顯示器滅燈，當主持人宣布搶答題目并宣布搶答開始，同時主持人按下“開始搶答”按鈕，倒計時開始顯示延時時間，報警電路揚聲器給出提示音響，搶答器處于工作延時狀態(tài)，當規(guī)定的搶答時間到，卻沒有選手搶答時，系統(tǒng)給出報警提示，并封鎖

21、優(yōu)先編碼器，禁止選手超時搶答。</p><p>　　當選手在規(guī)定的時間內按下?lián)尨鸢粹o時，搶答器完成如下工作：</p><p>　　①優(yōu)先編碼器立即分辨出搶答者編號，然后譯碼及顯示電路顯示選手編號；</p><p>　?、趫缶娐窊P聲器發(fā)出聲響，提醒節(jié)目主持人；</p><p>　　③由鎖存器經延時電路發(fā)出控制信號，對顯示選手編號的顯示器進行鎖

22、存，避免其它選手再次搶答；</p><p>　　④可預置計數器停止計數，顯示剩余時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止，當選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關，使系統(tǒng)處于禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪的搶答。</p><p>　　第三章 16路搶答器的系統(tǒng)電路設計</p><p><b>　　3.1搶答電路設計</b></p><

23、;p>　　由設計要求知，搶答器電路的功能有兩個：一是能分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路使用；二是要能使其它選手的按鍵操作無效。本設計選用優(yōu)選編碼器選用74LS148，D觸發(fā)器選用74LS74，譯碼器選用CD4511, 數碼管選用共陰極數碼管。</p><p>　　74LS148為8線3線的二進制編碼器其作用是將I0----- I78個狀態(tài)編碼為8個二進制數碼輸出。它有輸入使能端S

24、T當ST為低電平時有效。高電平時鎖定148使其輸出全部為1。輸出使能端YEX當有輸出編碼時為0，當沒有輸出編碼的時候為1。CC4511為帶有鎖存端的譯碼器其輸入為A0---A3，7個輸出，分別對用共陰極數碼管上的A---G。CC4511帶有亮屏和黑屏測試端分別為LT和BI，都是低電平有效。當LT為低電平的時候，數碼管顯示8，為全亮。當BI為低電平的時候數碼管不亮。LE為鎖存端高電平有效，當LE為高電平時，鎖存當前的輸出。</p&g

25、t;<p>　　搶答電路如圖3-1所示，由于有16個選手，因此用2個74ls148優(yōu)先編碼器。</p><p>　　圖3-1 搶答電路</p><p>　　工作過程為：當主持人將開關處于“清除”位置時，RS鎖存器的端為0，5個RS鎖存器的輸出Q全部置0，使74LS48的，顯示器燈滅。與此同時優(yōu)先編碼器74LS148的選通輸入端，使之處于工作狀態(tài)，此時鎖存器不工作。當主持人將

26、控制開關撥向“開始”時，優(yōu)先編碼器和鎖存器同時處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端的信號輸入。對參加比賽的16名選手從1～16進行編號，同時需要用到2個顯示器，當選手編號大于9時高位顯示器顯示1，小于等于9時高位顯示器顯示0。預置比較器74LS85的字B為8，即輸人端B3B2B1B0為1000，當選手編號小于等于9時，即比較器74LS85的字A小于等于8，A≤B即YA>B輸出為0；當選手編號大于9時，即比較器74LS

27、85的字A大于8，A>B即YA>B輸出為1，與高位顯示器數字一致，所以可以直接用74LS85的YA>B腳控制高位顯示器的A0，高位顯示器的A3，A2，A1全部置0。再引入3個與門(74LS08)和1個三輸入端或門(CD4075)，3個與門的一端置011，另一端與比較器的YA>B相連，或門的三輸入端分別與比較器的YA> B，YA-B，YA<B相連</p><p>　　3.2計時模

28、塊設計 </p><p>　　3.2.1 555構成的多諧振蕩器作為秒脈沖發(fā)生器</p><p>　　把555的2，6腳接在一起，根據對555組成原理圖的分析可知，電容上的電壓將在到之間變化。電路的工作波形如下圖3-1，圖3-2所示</p><p>　　圖3-2 電容和輸出電壓的波形圖 圖3-3 555構成的多諧振蕩器原理圖 </p>&

29、lt;p>　　從圖中看出，輸出電壓Vo的低電平時間為電容上電壓Vc從減少到所需要的時間，Vo的高電平時間Vc為電容上電壓從增大到需要的時間，電路的振蕩周期和頻率計算如下：</p><p>　　取=15KΩ, =68KΩ, C=10uF, 可得</p><p><b>　　振蕩頻率為</b></p><p>　　所以, T=1s <

30、;/p><p>　　3.2.2 由Multisim仿真得到如圖3-4波形，符合秒脈沖的要求。</p><p>　　圖3-4 多諧振蕩器頻率仿真波形</p><p>　　計時模塊要實現(xiàn)的功能為0---99秒任意可調倒計時。采用計數器實現(xiàn)倒計數，用555實現(xiàn)秒脈沖輸出到計數器，再用計數器和數碼管實現(xiàn)時間的顯示。調整時間采用電子開關，同樣利用計數器來實現(xiàn)。經過查閱資料，采用7

31、4LS192作為計數器，用555構成多諧震蕩電路，譯碼器采用CC4511。74LS192為雙時鐘可加減10進制計數器。帶有預置數和清零功能。</p><p>　　用2個74ls192進行10進制計數，然后用2個74ls192進行加減計數，如果主持人想要設置97秒，但是卻按成了98秒，則可以用74ls192的加減計數功能，按下秒減一按鈕則可以回調到97s。</p><p>　　計時電路如圖3

32、-5。</p><p>　　圖3-5 計時電路</p><p><b>　　3.3報警電路</b></p><p>　　要求當主持人按下“復位”按鈕時，發(fā)出“滴“的聲響，當主持人按下“開始搶答”按鈕時，也發(fā)出“滴”的聲響，當有人搶答時發(fā)出“滴”的聲響，當計時為00卻沒人搶答時也發(fā)出“滴”的聲響。</p><p>　　電

33、路圖如圖3-6所示：</p><p><b>　　圖3-6 報警電路</b></p><p>　　這里喇叭是由555振蕩器控制的，只要555的”TR”為低電平就會導致輸出Q為高電平，這樣喇叭就會發(fā)出報警聲，而要當有選手搶答，開始搶答，復位，當倒計時為00時都會使TR為低電平，會讓喇叭短暫報警，所以滿足擴展條件。</p><p><b>

34、;　　第四章 總結與展望</b></p><p>　　在進行16路搶答器的設計過程中，經過了許多的挫折，但堅持下來了，在16路搶答器的設計過程中，讓我對數字電路有了深刻的認識，學會了許多芯片，更重要的是學會了如何去學新的芯片，如何將芯片加到電路中實現(xiàn)自己要的功能。</p><p>　　在這次的16路搶答器的仿真中，讓我學會了如何去設計新的電路，如何一步一步的去實現(xiàn)自己想要的功能

35、。 總之通過這次的設計讓我喜歡上了數字電路，讓我對Multisim 9的運用更加得心應手。</p><p>　　此次設計過程中，我對所使用到的器件和思想有了更深刻的認識。把所學的東西和實際結合起來，這是學有所用的一種體現(xiàn)。 通過這次設計我學到了知識，開闊了思路，增加了考慮問題的角度。此次設計圓滿完成，但也有不足之處。例如，當數碼管的輸入電阻過大時，數碼管將不能正常顯示。 通過此次設計，我們進一步加深了對數字電路知

36、識的認識與理解，掌握了16人智力競賽搶答器電路的設計與調試方法。更加熟練的運用Multisim仿真軟件，并學習了運用軟件測試、調試、改進電路。培養(yǎng)了獨立思考、分析、解決問題的能力，并培養(yǎng)了我們的動手能力。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在論文完成之際，我首先向關心幫助和指導我的指導老師xx表示衷心的感謝并致以崇高的敬意！</p

37、><p>　　在論文工作中，遇到了資料搜索后無法下載，頁眉頁腳不會設置，論文編排混亂等問題，一直得到xx老師的親切關懷和悉心指導，使我順利完成了論文的寫作，xx老師以其淵博的學識、嚴謹的治學態(tài)度、求實的工作作風和她敏捷的思維給我留下了深刻的印象，我將終生難忘這次論文中老師給予我的幫助，再一次向她表示衷心的感謝，感謝她為學生營造的濃郁學術氛圍，以及學習、生活上的無私幫助! 值此論文完成之際，謹向xx老師致以最崇高的謝意

38、!</p><p>　　經過這次課程設計的學習，我確實學習了很多知識，真正的感受到了理論聯(lián)系實際的重要性，以及這之間莫大區(qū)別，到最后看著自己的結果心里還是感到很欣慰的。首先擺在我們面前的是要先弄懂所要設計電路的原理，于是最開始我們在拿到題目之后就查找了大量的相關的資料，再加上平時理論課的學習以及充分利用了網絡資源和在圖書館借了相關的書籍資料，在仔細分析了這個題目所要達到的目的之后，我們初步確定了原理圖。接下來的是

39、單元電路的設計，以及進一步的分析其原理，實現(xiàn)哪些功能需要哪些電路，在此之間我們用到了以前沒有用到過的芯片，但最終我們還是弄清楚了其原理。經過幾天的與大家的一起討論，做種確定好了符合要求的電路。看似很復雜的電路就這樣被我們攻克了。接下來的是實驗的仿真，這階xx剛開始以為原理圖都設計好了，那就應該很簡單了，首先是確定用何種軟件，接下來碰到的問題是雖然是按著原理圖來接線畫的，可就是達不到期望的結果，經過了N次的摸索最終還是解決了，對照設計的原

40、理圖，發(fā)現(xiàn)仿真的圖形與設計的有小小的出入，總之最后總算達到了目的</p><p>　　在學校的學習生活即將結束，回顧兩年多來的學習經歷，面對現(xiàn)在的收獲，我感到無限欣慰。為此，我向熱心幫助過我的所有老師和同學表示由衷的感謝!</p><p>　　最后，衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授!</p><p><b>　　參考文獻</b&

41、gt;</p><p>　　[1]謝自美．電子線路設計[M]．湖北：華中科技大學出版社，2000 </p><p>　　[2]尹長華．十六路微控搶答器的設計[J]．電子工程師，2001 </p><p>　　[3]宋陽．微電腦2 O路搶答器的設計[J]．遼寧師專學報，2005 </p><p>　　[4]余

42、孟嘗．數字電子技術基礎簡明教程[M]．北京：高等教育出版社1999 </p><p>　　[5]康華光,鄒壽彬編.電子技術基礎數字部分[M].北京:高等出版社,2005</p><p>　　[6]康華光編.電子技術基礎模擬部分[M].北京: 高等教育出版社,2005</p><p>　　[7]謝自美編.電子線路設計·實驗·測試 (第二版) [M]