基于Multisim10的4路抢答器 ——《硬件实训》实验报告
班级：
组员： 指导老师： 时间：
.
目 录
1.设计题目 .................................................................. 1 2.课程设计目的 .............................................................. 1 3.设计容和要求 .............................................................. 1 4.基本设计原理 .............................................................. 1 5.总体设计框图 .............................................................. 3 6.单元电路设计方案和原理说明 ................................ 错误!未定义书签。
3.1抢答电路 ............................................................ 4 3.2 发光二极管显示电路 .................................................. 4 3.3 主持人控制开关电路 .................................................. 5 3.4 控制电路和秒脉冲产生电路 ............................................ 5 3.5 定时、译码、显示电路 ................................................ 6 3.6 完整电路图 .......................................................... 6 7.元件清单 .................................................................. 7 4.电路仿真 ................................................................. 10 9.心得体会 ................................................................. 10 10.参考文献 ................................................................ 10
. . .
.
一、设计题目
四路智力竞赛抢答器
二、课程设计目的
1、培养数字电路的设计能力。 2、掌握抢答器电脑设计方法。
三、设计容和要求
3.1 设计容
⒈设计一个智力竞赛抢答器，可同时供4名选手或4个代表队参加比赛，他们的编号分别是1、2、3、4、5、6、7、4，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。
⒉给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零(编号显示数码管灭灯)和抢答的开始。
⒊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，编号立即锁存，相应选手的灯亮。封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的信号灯一直亮到主持人将系统清零为止。
4.用中小规模集成电路组成智力竞赛抢答器电路，画出各单元电路图和总体逻辑框图，正确描述各单元功能，合理选用电路器件，画出完整的电路设计图以及写出设计总结报告。
3.2 设计要求
⒈抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示。
⒉参赛选手在设定的时间抢答，抢答有效，定时器停止工作，相应选手的灯亮，显示器上显示抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。
⒊如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。
四、基本设计原理
4路智力竞赛抢答器，当有人按下按钮后，代表他这一组的发光二极管就亮了，同时，别组成员按下按钮时，则不会使自己这一组的灯亮。要想实现这个目的，我们可以用锁存器或者触发器来实现，因为它们都能存储一位二进制数字。主持人有一个开始键，当这个键按下时，才会使抢答器正常工作；当这个键弹起时，无论4个选手如何按按钮，他们各自所对的发光二极管都不会亮。这个开关我们可以用芯片上的清零端或者使能端来实现。当然，既然是抢答器，就会有时间限制，我们需要一个倒计时器，并且需要将时间显示，我们可以用相关的芯片实现这一功能，具体设计在下面的设计中会有详细的叙述。每次抢答完后，主持人都会将时间重新置数，这一功能也可以通过芯片上的相应端口来实现。
五、总体设计框图
. . .
.
它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能使代表该选手的发光二极管发光，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答，扩展电路完成定时抢答的功能以及将时间显示出来。
六、单元电路设计方案和原理说明
智力抢答器包括抢答电路，发光二极管显示电路，主持人控制开关电路，控制电路，秒脉冲产生电路，定时、译码、显示电路。下面对各部分进行详细叙述。
6.1抢答电路
抢答电路的功能有两个：1、能分辨出选手按按钮的先后，并锁存优先抢答者的编号，供显示电路使用；2、使其他选手的按钮操作无效。抢答电路包括集成D触发器74LS374和4个开关。374为具有三态输出的四 D 边沿触发器，且是上跳沿触发的。当一个脉冲的上升沿到来时，输出Q端的值为相应D端的值。OC端为使能端，低电平有效，当OC接高电平时，处于高阻状态，OC端接低电平时，芯片能够正常工作。4个D端接4个开关，开关另一端接高电平。CLK端接脉冲信号。下图即是抢答电路电路图。
图为抢答电路
6.2 发光二极管显示电路
发光二极管显示电路是由4个发光二极管组成，由于在仿真时要观察灯的亮与熄灭，所以用灯来代替一下。4个灯的一端分别接在74LS374的4个Q端，另一端分别接地。当Q端输出为高电平时，灯就会被点亮，否则就会熄灭。下图即为发光二极管显示电路。
. . .
.
图为发光二极管显示电路 6.3 主持人控制开关电路
主持人控制开关有很多作用，当这个开关弹起时，74LS374将不工作，并且可以控制译码显示电路的清零和置数功能。我们先来介绍一下计数器74LS192的功能。下图为74LS192功能表。
从以上两个图可知，CR端为清零端，当CR端为高电平时，输出为低电平；CR端为低电平时，芯片可以进行别的功能。在CR端为低电平的情况下，LD端为低电平时，输出为4个D端上的值，这就是我们所说的置数功能。在CR为低电平，LD为高电平的情况下，CPU接脉冲信号，CPD接高电平，此时芯片处于加计数状态；CPU接高电平，CPD接脉冲信号，此时芯片处于减计数状态；CPU和CPD均接高电平，芯片处于保持的状态。基于对74LS192的了解，我们可以将清零端和置数端作为主持人控制开关电路的一部分。我们将CR端和LD端分别接两个单刀双掷开关，开关一端接高电平，一端接低电平。下图即为主持人控制开关电路。
6.4 控制电路、报警电路和秒脉冲产生电路
控制电路是由4个或门组成的。74LS374的4个输出端分别接在4个两输入或门的输入端上，每两组的输出有分别接在另一个或门的输出端，最后输出端和脉冲信号接在一个或门的输入端，输出端接在74LS374的脉冲输入端和74LS192的CPD端。当有一人按下了抢答开关后，所对应的Q端输出为高电平，经过几个或门后，最后输入74LS374和74LS192的脉冲输入端的信号固定为高电平，则我们将脉冲信号锁住了，无论别的抢答开关按下与否，都不会影响结果。这就起 . . .
基于Multisim10的8路智力竞赛抢答器
