最新智力竞赛抢答器的设计课程设计.docx
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最新智力竞赛抢答器的设计课程设计
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D.以上三种说法都不对
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C.排序或建立索引D.以上操作都不需要移动通信方向课程设计
智力竞赛抢答器的设计
课程设计任务书
学生姓名
学生学号
学生专业
通信工程
学生班级
指导教师
职称
发题日期
2017年3月28日
完成日期
2017年5月1日
设计题目
设计目的：
1、了解简单多功能数字电路抢答器的组成原理
2、初步掌握数字电路抢答器的调整及测试方法，提高思考能力和实践能力
3、了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响
4、加强对Multisim10软件熟练运用
具体任务及要求：
1、用Multisim10软件仿真完成智力竞赛抢答器设计。
2、智力竞赛抢答器电路主要由抢答电路、倒计时电路、影响电路等构成。
3、给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和抢答的开始。
4、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。
5、对电路进行仿真。
课程设计进度安排：
序号
内容安排
时间
1
查阅文献资料，写任务书
4.6—4.16
2
做出需求分析，列出大纲
4.17—4.21
3
列出可行的方案，并讨论修改
4.22—4.28
4
完成初稿
4.29—5.15
5
修改完善论文，总结
5.15—5.30
课程设计参考文献：
[1]康华光编.电子技术基础数字部分.北京高等教育出版社,第五版
[2]李士雄，丁康源编.数字集成电子技术教程.北京高等教育出版社，2003
[3]曹汉房，陈耀奎编.数字技术教程.北京电子工业出版社，1995
[4]谢自美主编电子线路设计·实验·测试第三版华中科技大学出版社
[5]孙梅生等编著电子技术基础课程设计高等教育出版社
指导教
师签字
院长审核签字
智力竞赛抢答器的设计
内容摘要：
四人智力抢答器是日常生活中常见的电子产品，在电视节目中经常能看到。
它的原理也比较简单，通过一个学期的《数字电子技术》课程的学习，能够简单地设计出来，并通过实验室的设备仿真出来。
主要就是通过四D触发器74LS175为中心构成编码锁存系统，控制选手的抢答情况，再由同步十进制减计数器74LS190构成倒计时电路，再通过简单地逻辑电路将输入开关、脉冲及输出数码管、灯连接起来即可。
应用Multisim10软件对4路竞赛抢答器进行设计与仿真。
关键词：
74LS175、74LS190、编码锁存系统、倒计时电路、Multisim10软件
DesignofintelligencecontestResponder
Abstract：
Abstract:
fourintelligenceresponderelectronicproductsarecommonindailylife,oftencanbeseenintheTVshow.Itsprincipleisrelativelysimple,throughthe"digitalelectronictechnology"courseasemesterofstudy,canbeeasilydesigned,andthroughthelaboratoryequipmentsimulationismainlythroughfour.Dflip-flop74175asthecentertoformencodinglatchsystem,controlresponderplayers,andthenbysynchronousdecimalsubtractcounter74190countdowncircuit,andthenthroughasimplelogiccircuitinputandoutputpulseswitch,digitaltube,lampcanbeconnected.
TheapplicationofMultisim10softwaretothedesignandSimulationofthe4raceresponder
Keywords:
7417574190,codelocksystem,countdowncircuit,Multisim10software
智力竞赛抢答器的设计
前言
随着计算机与微电子技术的发展，电子设计自动化技术（ElectronicDesignAutomation，EDA）领域已成为电子技术发展的主体。
EDA是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，它在教学、科研、产品设计与制造等方面发挥着巨大的作用.Multisim10是IIT公司于2007年推出EWB的最新版本。
在Windows环境下，Multisim10软件有一个完整的集成化设计环境，它将原理图的创建、电路的测试分析、结果的图表显示等全部集成到同一个电路窗口中”J。
在搭建实际电路之前，采用Multisim10仿真软件进行虚拟测试，可使实验方法和实验手段现代化，扩展实验容量，提高了实验效率，节省大量的实验资源。
Multisim10软件进行设计仿真分析的基本步骤为：
设计创建仿真电路原理图；电路图选项的设置；使用仿真仪器；设定仿真分析方法；启动Multisim10仿真陋J。
随着我国经济和文化事业的发展，在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决，因此出现了抢答器。
抢答器又称为第一信号鉴别器，其主要应用于各种知识竞赛、文艺活动等场合。
抢答器一般是由很多电路组成的，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时，实现起来就更为困难，而且市面上出售的抢答器不仅价格昂贵，在中小城市也极难买到，这无疑给有意举办智力竞赛的单位带来了很大的不便。
目前，传统普通抢答器主要存在以下缺陷：
◆在一次抢答过程中，当出现超前违规抢答时，只能处理违规抢答信号，而对没有违规的有效抢答信号不能进行处理，因而使该次抢答过程变为无效。
◆当有多个违规抢答时，普通抢答器或采用优先编码电路选择其中一个，或利用抢答电路电子元件的“竞争”选择其中一个。
对于后者由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定。
各路抢答信号的“竞争”能力也被固定，因而本质上也有优先权。
普通抢答器存在不公平性。
◆当有多个违规抢答时，普通抢答器只能“抓住”其中一个而出现“漏洞”。
随着科技的发展，现在的抢答器有着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。
鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答器必将大有市场。
因此，我选择简易逻辑数字抢答器这一课题。
1设计方案
1.1拟定以方案
方案一：
该方案是将抢答按钮先直接与锁存器而不是优先编码器相连，将最先抢答的选手的编号锁定，再依次经过优先编码器、译码器和七段显示器，最后显示的是抢答选手的编号，经过优先编码器后的信号到单稳态触发器，单稳态触发器又与报警电路直接连接，所以显示编号的同时可以发出报警信号。
另外由主持人控制开关和其他部分电路通过门电路实现对抢答电路、定时电路和报警部分电路的控制。
图1-1方案一主体框架
方案二：
主持人按动开始抢答的开关后，最先抢答的选手的电平信号先经过优先编码器，再依次经过数据锁存器，此时已经限制了其他选手的抢答，信号再经过译码器和七段数码显示器，将最先抢答的该选手的编号显示出来，并同时产生报警信号，到此完成的是抢答功能；如果没有人抢答，9秒减计数器减到0时也会发出报警信号，此是完成计时功能。
图1-2方案二主框架图
1.2确定方案
相比之下，方案二更好些。
它的优点表现在以下几个方面：
这种方案原理比较简单。
主持人对整体电路的控制只需几个门电路就可完成，不必用特别的芯片来组成控制电路；更容易实现报警提示功能，在有选手抢答后或者计时开始和结束时。
既减少了布线使整个电路更直观简单，又降低了产生错误的可能性。
2原理电路设计
2.1实现的功能要求
v4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，也分别为1，2，3，4。
v给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和抢答的开始。
v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。
v抢答器具有定时（9秒）抢答的功能。
当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响，音响持续0.5秒。
参赛选手在设定时间（9秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，音响持续0.5秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。
v如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。
系统扬声器报警（音响持续0.5秒），并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。
用石英晶体振荡器产生频率为1Hz的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。
2.2抢答电路
使用74LS175芯片，当有人抢答时，时钟脉冲上升沿将输入数据传送到输出端，经74LS20的一个与门后将时钟脉冲关闭，74LS175立即锁存，这时他人抢答无效，使用74LS148作为编码器，对输入的信号进行编码，输出BCD码，由74LS48译码，得到7段码输入共阴数码管里显示出抢答者的编号。
2.3倒计时电路
利用74LS190计数器作为倒计时的芯片，当主持人按下抢答按钮时，74LS190被置为9，同时将选手编号的数码管清零并消隐，并开始倒计时，并通过74LS48编码器将即时时间进行编码，并送到7段共阴数码管，显示此时的时间。
假如在9秒内有人抢答，则计数器停止倒计时，将锁存器74LS175锁存，禁止选手抢答，停止倒计时并显示抢答的选手号码。
如果倒计时9秒无人抢答，则停止倒计时，显示0并封锁74LS175芯片。
2.4时钟脉冲电路
由一个555时基芯片产生1KHz脉冲供抢答电路，另一个产生1Hz脉冲给倒计时电路。
2.5电路显示
利用74LS48将4位BCD码转换成7段码驱动共阴数码管显示相应的数字
2.6报警电路
由主持人、选手、倒计时共同控制它的输入，使其在主持人开始蜂鸣器连续响0.5秒，用数字显示抢答倒计时间，由“9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器连续响0.5秒。
选手抢答时，数码显示选手组号，同时蜂鸣器响0.5秒。
3硬件电路设计
电路主要由脉冲产生电路、锁存电路、编码及译码显示电路、倒计时电路和音响产生电路组成。
当有选手抢答时，首先锁存，阻止其他选手抢答，然后编码，再经4线7段译码器将数字显示在显示器上同时产生音响。
主持人宣布开始抢答时，倒计时电路启动由9计到0，如有选手抢答，倒计时停止。
3.1抢答电路
四D触发器74LS175的输出Q非控制显示模块显示组号当无人抢答时，4个D触发器的输出Q非相与，为“1”时，脉冲能够进入触发器，有一人抢答时，与门中有一个变为“0”，使不能进入触发器，从而防止其他人抢答。
并停止计时，将与非后的信号用于控制声音模块报警。
抢答电路的功能有两个：
一是能分辨出选手按键的的先后，并锁存先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。
选用优先编码74LS148和锁存器74LS175可以完成上述功能
当复位开关J5按下“清零时”锁存器输出端（~4Q～~1Q）全部为高电平。
于是74LS48的BI=0，显示器灭灯。
J5弹起后J1~J4只要有一个按下，经74LS175锁存74LS148编码即可得到相应按键的BCD编码，仿真时按下J2，输出端（A2~A0）为010的BCD码，正好是2号按键的BCD码。
图3-2仿真的抢答电路
四D触发器74175如图3-1-1所示，可以实现三种功能：
1、当CLRN端接高电平，CLK端接一个脉冲时，它的输出nQ就跟输入nD一致；2、当CLRN端接高电平，CLK端接低电平时，输出Q保持与原来的Q一致；3、当CLRN端接低电平时，则不论D端和CLK端接什么电平，输出都为低电平
图3-1-1四D触发器
使用74LS175芯片，当有人抢答时，时钟脉冲上升沿将输入数据传送到输出端，经74LS20的一个与门后将时钟脉冲关闭，74LS175立即锁存，这时他人抢答无效，使用74LS148作为编码器，对输入的信号进行编码，输出BCD码，由74LS48译码，得到7段码输入共阴数码管里显示出抢答者的编号。
表3-1-2锁存编码真值表
锁存器输出
编码器输出
Q
Q3
Q2
Q1
D
C
B
A
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
0
0
3.2倒计时电路
利用十进制同步减计数器74LS190作为倒计时的芯片，当主持人按下抢答按钮时，74LS190被置为9，同时将选手编号的数码管清零并消隐，并开始倒计时，并通过74LS48编码器将即时时间进行编码，并送到7段共阴数码管，显示此时的时间。
假如在9秒内有人抢答，则计数器停止倒计时，将锁存器74LS175锁存，禁止选手抢答，停止倒计时并显示抢答的选手号码。
如果倒计时9秒无人抢答，则停止倒计时，显示0并封锁74LS175芯片。
由74LS190十进制计数器计数，其输出端驱动BCD数码器。
160的进位输出反相信号进位信号和抢答信号控制1HzCP信号的输入，即计数到0时不会倒回9再计时，也控制计数到时抢答模块不许再抢答同时声音模块块报警。
190的MR接收抢答模块的信号，当抢答模块复位时190也复位。
该电路可采用十进制同步减计数器74LS190，主持人宣布开始时，按下按钮，同时使计数器置数为“9”，并在脉冲作用下开始倒计时并在显示器上显示，到零时停止。
图3-2-1倒计时显示电路
图3-2-2十进制同步减计数器
3.3BCD译码显示电路
74LS48能将4位BCD码转换成7段码驱动共阴数码管显示相应的数字，需要注意的是其4脚为消隐引脚，接低电平时消隐不显示，接高电平才显示，这在选手号码显示时需要用到。
A3~A0是BCD码输入端，a~g是7段码输出端，接到共阴数码管相应段上。
表3-3-174LS48BCD七段译码驱动器真值表
图3-3-274LS48
74LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（Ya～Yg）端外，7448还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。
.
由7448真值表可获知7448所具有的逻辑功能：
（1）7段译码功能（LT=1，RBI=1）在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。
除DCBA=0000外，RBI也可以接低电平，见表1中1～16行。
（2）消隐功能（BI=0）此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，表1倒数第3行，无论LT和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么状态，输出全为“0”，7段显示器熄灭。
该功能主要用于多显示器的动态显示。
（3）灯测试功能（LT=0）此时BI/RBO端作为输出端，端输入低电平信号时，表1最后一行，与及DCBA输入无关，输出全为“1”，显示器7个字段都点亮。
该功能用于7段显示器测试，判别是否有损坏的字段。
（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1）此时BI/RBO端也作为输出端，LT端输入高电平信号，RBI端输入低电平信号，若此时DCBA=0000，表1倒数第2行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。
DCBA≠0，则对显示无影响。
该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。
图3-3-4译码电路
3.4脉冲产生电路
以555定时器构成的多谐振荡器。
并以74LS160做10分频,产生10Hz和1Hz的脉冲信号。
555芯片完成产生时钟脉冲的功能。
其中556构成多谐振荡器，振荡频率为：
f0=1/（R1+2R2）*C*ln2=1.43/（R1+2R2）*C
1KHz和1Hz时钟振荡器仿真：
图3-4-1脉冲电路仿真
图3-4-274LS160D
RCO进位输出端
ENP计数控制端QA-QD
输出端ENT
计数控制端CLK
时钟输入端CLR
异步清零端（低电平有效）
LOAD同步并行置入端（低电平有效）
图3-4-3脉冲产生电路
3.5报警电路
由主持人、选手、倒计时共同控制它的输入，使其在主持人开始蜂鸣器连续响0.5秒，用数字显示抢答倒计时间，由“9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器连续响0.5秒。
选手抢答时，数码显示选手组号，同时蜂鸣器响0.5秒。
图3-5报警电路
图3-6总体电路图
通过Multisim10软件的仿真，可以实现预期的效果，给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和抢答的开始。
抢答器具有定时（9秒）抢答的功能。
当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响，音响持续1秒。
参赛选手在设定时间（9秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，音响持续1秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。
，在倒计时过程中，4位选手开始抢答，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：
若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响，音响持续1秒。
参赛选手在设定时间（9秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，音响持续1秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止：
如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。
系统扬声器报警（音响持续1秒），并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。
表3-7原件清单
4总结
利用Multisim10对4路竞赛抢答器的设计进行了仿真验证，实验结果证明该电路设计合理，具有比较可靠的工作方式和更强的适用性，达到了预期的设计目的和要求。
所设计的抢答器电路采用组合逻辑和时序逻辑电路设计，无需编程语言，具有电路简单，成本低廉，操作方便，灵敏可靠。
易于制作等优点，而且在实际生活中具有很强的实用性。
在这次课程设计中我遇见了很多的问题，问题如下。
v软件的下载：
插件太多，下载几次版本都不对，都无法进行安装
v软件的安装问题：
软件安装不上或者安装后使用不了，按照XX上的方法也没办法解决，在室友的电脑上也是同样问题，最后才发现一个重大的问题，我和室友电脑都是Win10操作系统。
解决方法：
联系实验室景文芳老师，取的；老师的同意在实验室电脑上完成本次课程设计。
vMultisim10软件的操作和原件的查找都出现了很大的问题，几乎都忘记了怎么去查找，接着就是原件的排版问题，不能在短时间内完成，今后要多对Multisim10软件进行操作，认真的去强化自己的动手能力
v电路不通：
当所有的元器件都链接完成后，发现实验结果并没有达到预期效果，比如说：
倒计时电路不能正常的进行计时。
最后就是关于习惯的问题，我做文档、PPT以及其他办公软件、实验软件等没有做一步保存一步的习惯，都是做结束以后再统一保存，在本次仿真中，我把所有的工作做好以后正准备进行仿真记录时，电脑突然死机，我幸幸苦苦的工作成果就白费了，还要重新做一遍，在以后工作，老板给我们一些任务，像出现这种问题，如果是加班重新做事小，如果当误了老板原有的计划那就事大了。
在本次仿真中体现了这个及时保存的习惯的重要性。
参考文献
[1]康华光编.电子技术基础数字部分.北京高等教育出版社,第五版
[2]李士雄，丁康源编.数字集成电子技术教程.北京高等教育出版社，2003
[3]曹汉房，陈耀奎编.数字技术教程.北京电子工业出版社，1995
[4]谢自美主编电子线路设计·实验·测试第三版华中科技大学出版社
[5]孙梅生等编著电子技术基础课程设计高等教育出版社
成绩评定表
学生姓名
向华峰
学生学号
2014101007
学生专业
通信工程
学生班级
2014级移动通信方向
指导教师
景文芳
职称
讲师
设计题目
智力竞赛抢答器的设计
评
语
评定成绩
等级
分数
指导教师签字：
年月日
说明：
分数采用百分制，相应的等级为：
优：
90～100：
良：
80～89；中：
70～79；及格：
60～69；不及格：
60分以下。
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