基于multisim的四路搶答器實驗報告

課程設(shè)計說明書課程名稱數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計題目四路搶答器四路搶答器實驗報告一、設(shè)計任務(wù)與要求1當(dāng)某臺參賽者按下?lián)尨痖_關(guān)時，由數(shù)碼管顯示該臺編號并伴有聲響。此時，搶答器不再接收其他輸入信號。；2電路具有定時功能。要求回答問題的時間30秒（顯示為2900），時間顯示采用倒計時方式。當(dāng)達到限定時間時，發(fā)出聲響提示。3具有計分功能。每組參賽者起始分為100分，搶答后由主持人計分，答對1次加10分，否則減去10分4在復(fù)位狀態(tài)下臺號數(shù)碼管不作任何顯示（滅燈）。提高要求5答題時間還剩5S時，每秒發(fā)出提示聲音。二、方案設(shè)計與論證本電路系統(tǒng)大致可分為三個模塊1、選手搶答模塊；2、計時模塊；3、選手計分模塊。其中選手搶答模塊必須要實現(xiàn)“鎖存”功能以正確實現(xiàn)“搶答”功能。計時模塊應(yīng)與搶答模塊相互聯(lián)系。計分模塊由主持人控制即可。方案一電路的總原理框圖如下?lián)尨痣娐凡糠诌x用74LS148優(yōu)先編碼器、74LS279RS鎖存器、74LS48數(shù)碼管譯碼器與共陰極7段數(shù)碼管組成。該電路主要完成三個功能1、識別優(yōu)先按下?lián)尨疰I的選手并將其譯碼后顯示在數(shù)碼管上；2、在最先按下?lián)尨疰I的選手按下的同時將74LS148鎖閉，禁止其他選手搶答，以實現(xiàn)鎖存的目的；3、在選手按下?lián)尨疰I的同時給計時電路發(fā)送開始計時信號。計時部分選用兩片74LS192可逆計數(shù)器、一個秒脈沖信號源、一個蜂鳴發(fā)聲器以及若干邏輯門組成。該電路主要完成三個功能1、在接收到搶答電路部分的搶答信號后即開始向74LS192發(fā)送計時信號；2、在倒計時到僅剩五秒開始每秒發(fā)出警報；3、在倒計時到00時停止計時并關(guān)閉蜂鳴發(fā)聲器發(fā)出聲響；分數(shù)控制部分選用兩片74LS192可逆計數(shù)器、單脈沖源及數(shù)碼管構(gòu)成。該電路主要完成對選手分數(shù)的加減控制功能。該部分電路共有三個按鍵，分別為分數(shù)復(fù)位、加分與減分鍵。均由主持人控制。三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算1、搶答電路設(shè)計設(shè)計電路如圖1所示。電路選用優(yōu)先編碼器74LS148和鎖存器74LS279來完成。該電路主要完成兩個功能一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字數(shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。圖1工作過程74LS148芯片的D0D7輸入端在系統(tǒng)上電時全部接入高電平1。此時其輸出端A0A2均為高電平，GS端亦為高電平。由于四個RS鎖存器的S端分別接入A0A2與GS端，故，此時四個RS鎖存器的S端亦全為高電平。同時，由于該系統(tǒng)在上電時Q端默認輸出為高電平，而上方的RS鎖存器的Q1又接入四片RS鎖存器的R輸入端。經(jīng)查74LS279的真值表（如圖2）可知該系統(tǒng)在上電時所有Q輸出端將保持原態(tài)不變，即保持為高電平狀態(tài)。而該原理圖上方的復(fù)位鍵為主持人按下的按鍵，在此鍵被按下的同時，四個RS鎖存器的R輸入端全部被置為低電平。經(jīng)查真值表可知，此時所有Q輸出端均被置為低電平，相應(yīng)地，74LS148的使能端EI端亦被置為低電平，此時，74LS148處于接受輸入信號狀態(tài)，選手隨時可以開始搶答。我們還注意到，74LS48的數(shù)碼管使能端亦被接入上方RS鎖存器的2Q1信號，在主持人按下復(fù)位按鍵后，數(shù)碼管的顯示亦被斷開。預(yù)示著此時數(shù)碼管正處于等待輸入編碼狀態(tài)。當(dāng)有選手首先按下?lián)尨鸢存I時，74LS148的其中一個輸入端被拉為低電平，輸出端A0A2輸出相應(yīng)的編碼，經(jīng)RS鎖存器鎖存后送入數(shù)碼管譯碼器中。同時，該RS鎖存器還是在第一個選手按下?lián)尨疰I的同時74LS148即被鎖定不再接受數(shù)據(jù)的輸入，真正實現(xiàn)了搶答這一功能。之后再經(jīng)電阻降壓后送入數(shù)碼管中顯示出來。這就是整個搶答電路模塊的工作過程與原理。2、計時模塊電路設(shè)計該四路搶答器系統(tǒng)定時模塊時長默認設(shè)定為30S。選手需要在這30S內(nèi)作出回答。該定時電路模塊選用的是兩片74LS192可逆計數(shù)器與若干邏輯門以及秒脈沖信號源等。其電路設(shè)計圖如圖3圖3工作過程此模塊與搶答模塊有關(guān)聯(lián)。在選手按下?lián)尨疰I的同時，74LS148的GS端的低電平就使得兩片可逆計數(shù)器置數(shù)為30的狀態(tài)，并同時停止計數(shù)器的清零信號，使得秒脈沖信號源開始給192芯片正常供應(yīng)信號，此時，30S的倒計時開始，選手必須在這30S內(nèi)作出回答。下方的若干個邏輯門的作用則是用以判斷數(shù)碼管的當(dāng)前數(shù)值狀態(tài)。當(dāng)數(shù)碼管顯示0105這幾個狀態(tài)時則蜂鳴器會發(fā)出警報音。當(dāng)數(shù)碼管顯示00時則停止蜂鳴器的鳴音且斷開秒脈沖信號源向兩片192可逆計數(shù)器芯片供應(yīng)的秒脈沖信號。此即為整個倒計時電路模塊的原理及工作過程。3、計分電路設(shè)計整個四路搶答器系統(tǒng)中此模塊為最簡單的模塊。僅由兩片74LS192與數(shù)碼管構(gòu)成。其電路設(shè)計圖如圖4所示。圖4工作過程在該系統(tǒng)上電時，由于信號的細微延遲可能會導(dǎo)致數(shù)碼管顯示不正常，故，在上電后將由稍延時的單脈沖信號負責(zé)為所有數(shù)碼管進行一次清零操作。清零后由主持人按下分數(shù)復(fù)位鍵為每位選手賦初始分數(shù)值100分。之后再根據(jù)選手的回答情況判斷加分或者是扣分的操作。其最小分值為10分。整個系統(tǒng)電路圖中，數(shù)該模塊最為簡單。四、總電路工作原理及元器件清單1總原理圖總電路原理圖如圖5所示圖52電路完整工作過程描述（總體工作原理）74LS148芯片的D0D7輸入端在系統(tǒng)上電時全部接入高電平1。此時其輸出端A0A2均為高電平，GS端亦為高電平。由于四個RS鎖存器的S端分別接入A0A2與GS端，故，此時四個RS鎖存器的S端亦全為高電平。同時，由于該系統(tǒng)在上電時Q端默認輸出為高電平，而上方的RS鎖存器的Q1又接入四片RS鎖存器的R輸入端。經(jīng)查74LS279的真值表可知該系統(tǒng)在上電時所有Q輸出端將保持原態(tài)不變，即保持為高電平狀態(tài)。而該原理圖上方的復(fù)位鍵為主持人按下的按鍵，在此鍵被按下的同時，四個RS鎖存器的R輸入端全部被置為低電平。經(jīng)查真值表可知，此時所有Q輸出端均被置為低電平，相應(yīng)地，74LS148的使能端EI端亦被置為低電平，此時，74LS148處于接受輸入信號狀態(tài)，選手隨時可以開始搶答。我們還注意到，74LS48的數(shù)碼管使能端亦被接入上方RS鎖存器的2Q1信號，在主持人按下復(fù)位按鍵后，數(shù)碼管的顯示亦被斷開。預(yù)示著此時數(shù)碼管正處于等待輸入編碼狀態(tài)。當(dāng)有選手首先按下?lián)尨鸢存I時，74LS148的其中一個輸入端被拉為低電平，輸出端A0A2輸出相應(yīng)的編碼，經(jīng)RS鎖存器鎖存后送入數(shù)碼管譯碼器中。同時，該RS鎖存器還是在第一個選手按下?lián)尨疰I的同時74LS148即被鎖定不再接受數(shù)據(jù)的輸入，真正實現(xiàn)了搶答這一功能。之后再經(jīng)電阻降壓后送入數(shù)碼管中顯示出來。這就是整個搶答電路模塊的工作過程與原理。在選手按下?lián)尨疰I的同時，74LS148的GS端的低電平就使得兩片可逆計數(shù)器置數(shù)為30的狀態(tài)，并同時停止計數(shù)器的清零信號，使得秒脈沖信號源開始給192芯片正常供應(yīng)信號，此時，30S的倒計時開始，選手必須在這30S內(nèi)作出回答。下方的若干個邏輯門的作用則是用以判斷數(shù)碼管的當(dāng)前數(shù)值狀態(tài)。當(dāng)數(shù)碼管顯示0105這幾個狀態(tài)時則蜂鳴器會發(fā)出警報音。當(dāng)數(shù)碼管顯示00時則停止蜂鳴器的鳴音且斷開秒脈沖信號源向兩片192可逆計數(shù)器芯片供應(yīng)的秒脈沖信號。此即為整個倒計時電路模塊的原理及工作過程。在該系統(tǒng)上電時，由于