四路抢答器的仿真设计
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四路抢答器的仿真设计
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 四路抢答器的仿真设计
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,用来控制系统清零与抢答的开始。
(3)抢答器具有数据锁存与显示的功能。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,禁止其她选手抢答。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_5V(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,其她各组再抢答均无作用,这就就是研究的基础。
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与f管脚的电平通过与非输出高电平然后与另一个开关的高电平共同输出高四路抢答器的仿真设计
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与显示的功能。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,禁止其她选手抢答。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
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路设计
(1)、译码数显电路(功能就是将收到的BCD码译码成十进制数并通过数码管显示出来) 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 四路抢答器的仿真设计
图2译码数显电路
(2).抢答编码电路(功能主要就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(主要功能就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与清零复位的功能) 四路抢答器的仿真设计
图2加入锁存门控电路后的电路
(4)、声响报警电路(功能主要就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与开门电流分别为1、66v与5ma,这时CD4511与数码管连接时中间需加限流电阻668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,与蜂鸣器以及各种按键电阻与各四路抢答器的仿真设计
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脚就是消隐输入控制端,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脚就是测试输入端,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就是否损坏。
LE:5脚就是锁定控制端,当LE=0时,允许译码输出。 LE=1时译码器就是锁定保持状态,译码器输出被保持在LE=0时的数值。
DA、DB、DC、DD、为8421BCD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
LE BI非 LT非 D C B A g f e d c b a 显示字符
ⅹ ⅹ 0 ⅹ ⅹ ⅹ ⅹ 1 1 1 1 1 1 1 日
ⅹ 0 1 ⅹ ⅹ ⅹ ⅹ 0 0 0 0 0 0 0 熄灭
1 1 1 0
1 1 0 1
0 1 1 2
1 1 1 3
1 1 0 4
1 0 1 5
1 0 1 6
1 1 1 7
1 1 1 8
0 0 0 灭
0 0 0 灭
(2)、七段数码显示管
7段数码管就是由7个独立的二极管采用共阴或共阳的方法连接而成。通常将四路抢答器的仿真设计
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 a b c
d e f g
0 1 1 1 1 1 1 0
1 0 1 1 0 0 0 0
2 1 1 0 1 1 0 1
3 1 1 1 1 0 0 1
4 0 1 1 0 0 1 1
5 1 0 1 1 0 1 1
6 0 0 1 1 1 1 1
7 1 1 1 0 0 0 0
8 1 1 1 1 1 1 1
(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,用于提醒抢答成功。
3、4 系统整体电路图
四路抢答器的仿真设计
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就是美国国家仪器(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、仿真与分析新的设计,这也使其更适合电子学教育。通过Multisim与虚拟仪器技术,PCB设计工程师与电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计与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、工具栏与热键相结合的方式,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与熟悉程度自如使用。
启动Multisim 10后,将出现如图11界面。 四路抢答器的仿真设计
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与分析。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
菜单栏位于界面的上方,通过菜单可以对Multisim的所有功能进行操作。
不难瞧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,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与控制下层的工具栏。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、Zoom工具栏,Simulation工具栏。
4、2 系统仿真实现 四路抢答器的仿真设计
图11抢答未开始
4、3 系统测试
图12第四组抢答成功
四路抢答器的仿真设计
图13第三组抢答成功
图14第二组抢答成功 四路抢答器的仿真设计
图15第一组抢答成功
4、4 数据分析
通过对系统的功能与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,此时在按其她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,首先就就是软件的安装,之前在自己的安装下就就是安装不好,感觉安装过程就是正确的,但就是桌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就是百度搜寻的,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,但就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
