30s倒計(jì)時(shí)帶報(bào)警八路搶答器Multisim仿真電路圖

ID:786648 · 發(fā)表于 2020-7-2 17:37

1. 8名選手編號(hào)為；0，1，2，3，4，5，6，7。各有一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)對(duì)應(yīng)，也分別為0，1，2，3，4，5，6，7。
2. 給主持人設(shè)置一個(gè)控制按鈕，用來(lái)控制系統(tǒng)清零（編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開(kāi)始。當(dāng)主持人按下開(kāi)始鍵，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答開(kāi)始。
3. 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開(kāi)始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，該選手編號(hào)立即鎖存，并在編號(hào)顯示器上顯示該編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示，封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。
4. 搶答器具有定時(shí)（例20秒）搶答的功能，定時(shí)時(shí)間可由主持人設(shè)定。當(dāng)主持人按下開(kāi)始按鈕后，要求定時(shí)器開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，定時(shí)顯示器顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出音響，音響持續(xù)0.5秒。參賽選手在設(shè)定時(shí)間（20秒）內(nèi)搶答，搶答有效，揚(yáng)聲器發(fā)出音響，音響持續(xù)0.5秒，同時(shí)定時(shí)器停止倒計(jì)時(shí)，編號(hào)顯示器上顯示選手的編號(hào)，定時(shí)顯示器上顯示剩余搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。
5. 如果定時(shí)搶答時(shí)間已到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，本次搶答無(wú)效。系統(tǒng)揚(yáng)聲器報(bào)警（音響持續(xù)0.5秒），并封鎖輸入編碼電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器顯示00，由主持人清零。
6. 用揚(yáng)聲器發(fā)出聲音也可以同時(shí)輔助發(fā)光二極管來(lái)顯示計(jì)時(shí)時(shí)間或報(bào)警。

如圖 1所示它由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開(kāi)始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，能顯示選手的編號(hào)，同時(shí)能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴(kuò)展電路完成檢測(cè)數(shù)碼管工作情況。其工作原理為：接通電源后，主持人將開(kāi)關(guān)撥到"清除"狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開(kāi)關(guān)置于"開(kāi)始"狀態(tài)，宣布"開(kāi)始"搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開(kāi)始"狀態(tài)開(kāi)關(guān)。

如圖 2所示其工作原理為：接通電源后，主持人將開(kāi)關(guān)按下即為“清零”狀態(tài)，清零指示燈滅，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈；主持人將開(kāi)關(guān)斷開(kāi)即為“開(kāi)始”狀態(tài)，宣布“開(kāi)始”，指示燈亮，搶答器工作，當(dāng)有人搶答時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲響并且燈不斷閃爍。選手進(jìn)行搶答時(shí)，搶答器將完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、蜂鳴器鳴叫及燈閃爍的提示等操作。當(dāng)一輪搶答之后，禁止二次搶答。如果再次搶答必須由主持人再次操作“清除”和“開(kāi)始”狀態(tài)開(kāi)關(guān)。

圖 4

優(yōu)先編碼電路

采用74LS148優(yōu)先編碼器作為編碼電路。74LS148編碼器功能表如下：

圖 5

74LS148功能表：

表 1

74LS148N是一個(gè)優(yōu)先編碼器

優(yōu)先編碼器是數(shù)字系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)管理的一個(gè)重要邏輯部件。一般編碼器的輸入端只能有一個(gè)為有效信號(hào)，才能進(jìn)行編碼。優(yōu)先編碼器的各個(gè)輸入不是互斥的，它允許多個(gè)輸入端同時(shí)為有效信號(hào)。優(yōu)先編碼器的每個(gè)輸入具有不同的優(yōu)先級(jí)別，當(dāng)多個(gè)輸入信號(hào)有效時(shí)，它能識(shí)別輸入信號(hào)的優(yōu)先級(jí)別，并對(duì)其中優(yōu)先級(jí)別最高的一個(gè)進(jìn)行編碼，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出代碼。

輸入端：

~

輸出端： A0~A2（低電平有效）

使能輸入端：低電平有效

EO使能輸出端：當(dāng)

=0時(shí)，EO=1表示有有效信號(hào)輸入

擴(kuò)展輸出端：

=0時(shí)，表示編碼器工作，

=1時(shí)表示編碼器不工作

鎖存器

此設(shè)計(jì)電路選用D觸發(fā)器作為鎖存器電路。D觸發(fā)器的邏輯功能表如下所示：

圖 6

D觸發(fā)器的特性表

表 2

CP	D	Qn	Qn+1
X	X	Qn	Qn+1
0→1	0	0	0
0→1	0	1	0
0→1	1	0	1
0→1	1	1	1

D觸發(fā)器具有在時(shí)鐘脈沖上升沿或下降沿觸發(fā)的特點(diǎn)，當(dāng)時(shí)鐘脈沖上升沿或下降沿時(shí)刻，輸入端D的值傳輸?shù)捷敵龆恕Ｕ嬷当砣缦拢?/div>

數(shù)碼顯示器

數(shù)碼顯示器用帶譯碼功能的4線的七段顯示數(shù)碼管。

圖 7

主持人控制開(kāi)關(guān)

用于控制清零和工作的按鈕。

圖 8

控制電路

控制電路由觸發(fā)器和輸入信號(hào)一起控制電路的工作。

圖 9

原理：如上圖所示，4個(gè)觸發(fā)器的置數(shù)端都置為高電平，這樣在開(kāi)始工作時(shí)觸發(fā)器的Q非端為1，當(dāng)輸入信號(hào)有高電平信號(hào)時(shí)，通過(guò)與門(mén)觸發(fā)器開(kāi)始工作，經(jīng)過(guò)觸發(fā)器將信號(hào)傳輸?shù)斤@示數(shù)碼管，而第4個(gè)觸發(fā)器Q非端變?yōu)榈碗娖�，返回到與門(mén)鎖定觸發(fā)器的狀態(tài)，這樣將信號(hào)鎖住，其他按鈕信號(hào)就將不會(huì)顯示。

報(bào)警顯示電路

如圖實(shí)驗(yàn)選擇燈來(lái)表示信號(hào)的鎖定。

秒脈沖電路的設(shè)計(jì)

計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘由秒脈沖電路提供。秒脈沖電路的提供可以有兩種選擇方案:

方案一:用555構(gòu)成的多諧振蕩器構(gòu)成。多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間來(lái)回轉(zhuǎn)換，故又稱它為無(wú)穩(wěn)態(tài)電路。由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖10所示，R1，R2和C是外接定時(shí)元件，電路中將高電平觸發(fā)端(6腳)和低電平觸發(fā)器(2腳)并接后接到R2和C的連接處，將放電端(7腳)接到R1，R2的連接處。由于接通電源瞬間，電容c來(lái)不及充電，電容器兩端電壓uc為低電平，小于(1/3)Vcc，故高電平觸發(fā)端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出uo為高電平，放電管VI截止。這時(shí)，電源經(jīng)R1，R2對(duì)電容c充電，使電壓uc按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)uc.上升到(2/3)Vcc時(shí)，輸出uo為低電平，放電管VT導(dǎo)通，把uc從(1/3)Vcc上升到(2/3)Vcc這段時(shí)間內(nèi)電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時(shí)間TPH的長(zhǎng)短與電容的充電時(shí)間有關(guān)。充電時(shí)間常數(shù)T充=(R1+R2)C。不難理解，接通電源后，電路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間來(lái)回翻轉(zhuǎn)，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后，uc電壓總是在(1/3~2/3)Vcc之間變化。

圖 11

振蕩頻率為

方案二:有石英晶體振蕩器提供時(shí)鐘脈沖。石英振蕩器簡(jiǎn)稱為晶振，它是利用具有壓電效應(yīng)的石英晶體片制成的。這種石英晶體薄片受到外加交變電場(chǎng)的作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，當(dāng)交變電場(chǎng)的頻率與田英晶體的固有頻率相同時(shí)，振動(dòng)便變得很強(qiáng)烈，這就是晶體諧振特性的反應(yīng)。利用這種特性，就可以用石英諧振器取代LC(線圈和電容)諧振回路、濾波器等。由于石英諧振器具有體積小、重量輕、可靠性高、頻率穩(wěn)定度高等優(yōu)點(diǎn)，被應(yīng)用于家用電器和通信設(shè)備中。

經(jīng)過(guò)比較，多諧振蕩器頻率穩(wěn)定性比石英晶體振蕩器較差，而且其精確度也遠(yuǎn)沒(méi)有石英晶體振蕩器那么高，但是考慮到在此次電路中的實(shí)際情況，石英晶體振蕩器的造價(jià)等要求高于多謝振蕩器，所以采用方案--的多謝振蕩器來(lái)提供時(shí)鐘脈沖。如圖12所示。多諧振蕩器無(wú)需外加輸入信號(hào)就能在接通電源自行產(chǎn)生矩形被輸出。我們?cè)O(shè)定產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖的時(shí)間間隔是一秒，根據(jù)

計(jì)算可以得出電阻R與電容c的關(guān)系，給定電容值，可適配解出電阻值得到如下圖的電路:

圖 12

報(bào)警電路設(shè)計(jì)

報(bào)警電路只是采用了一個(gè)蜂鳴器和LED發(fā)光二極管構(gòu)成，起電路如圖 13所示。

圖 13

時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)

時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，需要完成三項(xiàng)功能:

主持人將控制開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置時(shí)，搶答電路和限時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。
當(dāng)競(jìng)賽選手按動(dòng)搶答健時(shí)，搶答電路和限時(shí)電路停止工作。
當(dāng)限定的搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答時(shí)搶答電路和限時(shí)電路停止工作。本設(shè)計(jì)采用門(mén)電路對(duì)控制開(kāi)關(guān)、搶答電路、定時(shí)電路進(jìn)行連接。

如圖 14所示

圖 14

整體電路的仿真與調(diào)試
- 仿真軟件的介紹

Multisim是加拿大圖像交互技術(shù)公司(Interactive Image】Technoligics簡(jiǎn)稱IT公司)推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。通過(guò)直觀的電路圖捕捉環(huán)境，輕松設(shè)計(jì)電路;通過(guò)交互式SPICE仿真，迅速了解電路行為;借助高級(jí)電路分析，理解基本設(shè)計(jì)特征;通過(guò)一個(gè)工具鏈，無(wú)縫地集成電路設(shè)計(jì)和虛擬測(cè)試;通過(guò)改進(jìn)、整合設(shè)計(jì)流程，減少建模錯(cuò)誤并縮短上市時(shí)間。

搶答器電路的仿真：

a.主持人將控制開(kāi)關(guān)撥到開(kāi)始位置，搶答電路和限時(shí)電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

b.在在規(guī)定時(shí)間內(nèi)當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵，搶答電路和限時(shí)電路停止工作，同時(shí)數(shù)碼管顯示相應(yīng)選手的編號(hào)，指示燈亮起。

c.在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無(wú)人搶答，搶答電路和限時(shí)電路停止工作，選手再按搶答鍵，將不會(huì)顯示編號(hào)，同時(shí)限時(shí)電路顯示00，報(bào)警器報(bào)警，報(bào)警指示燈亮起。

仿真時(shí)的問(wèn)題與解決:

設(shè)計(jì)按照的電路圖連接器件，在仿真軟件上進(jìn)行調(diào)試，出現(xiàn)如下問(wèn)題：

(1)連線問(wèn)題，元器件之間不能正常連接，連線交叉過(guò)多，電路圖看起來(lái)十分混亂。

(2)元件參數(shù)的計(jì)算選擇不是很合理，電容、電阻的參數(shù)選擇未能使輸出時(shí)鐘脈沖的時(shí)間達(dá)到理論要求。

主要就是上述的問(wèn)題，對(duì)上述問(wèn)題的解決方法是:

（1）在元件之家以添加節(jié)點(diǎn)的方式使其正常連接，同時(shí)更,改元器件放置位置，重新選擇管腳連接順序，再次布線。

（2）通過(guò)查閱資料，修改給定的電容參考值，重新計(jì)算電阻的值，多次修改調(diào)試，直到到達(dá)理論值。

心得體會(huì)及建議

通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了許多課本上學(xué)不到的東西，同時(shí)也加強(qiáng)了我的動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力，受益匪淺。

為了弄懂74LS系列芯片的功能，我從圖書(shū)館里借來(lái)了好幾本書(shū)，同時(shí)也在網(wǎng)上找了資料再到邏輯功能，經(jīng)過(guò)一番努力終于解決，還有其它的芯片的功能也要慢慢的去琢磨。而在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我覺(jué)得是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，同時(shí)平時(shí)課間又沒(méi)有好好的運(yùn)用額理解個(gè)個(gè)元件的功能，而且考試的內(nèi)容有限，所以在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們了解很多元件的功能，對(duì)其在電路中的使用有更多的認(rèn)識(shí)。

從前的學(xué)習(xí)過(guò)程過(guò)于浮淺，只是流于表面的理解，而現(xiàn)在要做設(shè)計(jì)，就不得不要求我們對(duì)所用到的知識(shí)有更深層次的理解。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的內(nèi)容比及書(shū)本中的理論知識(shí)而言，更接近于現(xiàn)實(shí)生活，而理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化往往是一個(gè)艱難的過(guò)程，它猶如一只攔路虎，橫更在我們的面前。但是我們毫不畏懼，因?yàn)槲覀兿嘈盼覀兡苄小?/div>

這幾天的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)和仿真出主體電路。雖然在設(shè)計(jì)中會(huì)遇到這樣那樣的問(wèn)題，有時(shí)認(rèn)為是正確的，而在仿真中卻出現(xiàn)了這樣那樣的問(wèn)題。比如說(shuō)在設(shè)計(jì)好的主電路圖要實(shí)現(xiàn)南北各燈泡的狀態(tài)，電路圖我認(rèn)為是對(duì)的，而在仿真的是后去出現(xiàn)了問(wèn)題，就是出現(xiàn)了一個(gè)出狀態(tài)，其它的都是正確的，經(jīng)過(guò)了反復(fù)的檢查沒(méi)什么問(wèn)題，其實(shí)沒(méi)有問(wèn)題，在實(shí)際中就不會(huì)出現(xiàn)了這種問(wèn)題，所以有不懂的還是要問(wèn)老師，那樣還節(jié)省很多的時(shí)間。