电子科技大学电子技术应用实验报告(四人抢答器).docx

电子技术应用试验实验报告（八）
电子科技大学
实 验 报 告
课程名称 电子技术应用试验 实验名称 4人智力竞赛抢答器
任课教师 实验教师 姓名 学号
时间 2014年12月10-11日

一、 实验项目名称
4人智力竞赛抢答器
实验内容：设计并实现一个4人竞赛用抢答器电路
具体要求为：
1. 每个参赛者控制一个按钮，用按动按钮发出抢答信号；
2. 竞赛主持人另有一个按钮，用于将电路复位；
3. 抢答器具有锁存功能，即竞赛开始后，先按动按钮者将对应的一个LED灯点亮，此后其他三人再按动按钮对电路不起作用，直到主持人将电路复位为止。
4. 用LED数码管显示抢答成功选手的编号。
5. 加入倒计时功能。当主持人复位电路开始抢答时，自动启动60秒计时，时间到后计时数码管显示“00”并持续报警，直至主持人将电路复位为止。
实验要求：设计满足要求的电路，并在Multisim中进行连接、仿真和调试。在实验报告中简要地说明实验原理，画出实验电路图，在相应的位置附上实验中的仿真结果和波形。

二、 试验时间计划表
1. 主要任务：确定模块分工，画出模块连接示意框图；
计划学时数：4；实际学时数：1；
完成情况：确定模块分工和具体功能，初步确认主器件和基本实现方式，不需要块图
2. 主要任务：对每个模块进行实现并基本调试成功；
计划学时数：6；实际学时数：8；
完成情况：通过建立电路中遇到的问题不断修改优化初步功能，并在建立其他模块的时候利用已有功能帮助简化电路的建立。
3. 主要任务：对已经建立的模块进行耦合调试和修改；
计划学时数：4；实际学时数：2；
完成情况：成功对各模块进行耦合，并对布线进行一定的优化。
三、 方案论证
此数字式抢答器主要需要实现锁存功能、复位功能、计时功能、显示功能和警告功能。其中锁存、复位、计时功能是这个电路的核心：锁存功能需要锁存抢答信息，当一个选手进行抢答以后必须阻断别的选手的抢答。锁存计时信号，当一个选手抢答以后倒计时停止，阻断时钟信号。复位锁存，当处于复位状态的时候其他选手不能抢答；复位功能需要复位抢答，消除所有选手的抢答状态；复位计时，恢复倒计时数字，并停止计时；计时功能需要建立起振器，形成1Hz脉冲；需要建立60位倒计时器。对于其他功能，显示功能可以通过编码器和数显管建立。
四、 单元电路设计和电路原理简介
1. 锁存电路，因为要保存之前的抢答状态，同时要有复位功能，最佳首选是触发器通过开关可以实现0、1状态的改变，另外当有人抢答以后开关打下无效，使用或非门控制触发器置位端，即可如下页的图实现上述功能。
上图中前两个数显管中的‘1’表示复位信号有效，因为复位信号影响了或非门，当复位信号生效时抢答无效，同理，或非门的其余接口用于接入其他抢答的置位输出，当其他抢答生效时，或非门输出‘0’。图3为当其他置位信号无效的时候此抢答器输出信号有效。（在实际电路中或非门改用三输入或非门）
2. 起振电路
起振器选用555构成多谐振荡器电路，根据τω=ln3⋅RC 选择R=91k的电阻和C=1μ的电容构成周期为200ms的时钟信号，再利用74LS90进行五分频形成最终的1Hz的时钟信号。以下为构建电路。

其中7490的‘QD’接口是最后的信号输出，观察仿真的输出波形显示。

上述波形经过反色处理以便于显示，测得周期是1.032s，符合设计的要求。

3. 计时功能
此处选用两片47190级联，再通过复位信号将芯片置位为‘60’输出，由此形成60制的倒计数器。
以下为电路图。

当两个计数器为‘00’时，MIN的输出皆为‘1’，通过NAN2传递计时阻断信号，使计时暂停，同时输出蜂鸣信号，电路图改为蓝色信号灯。~CTEN接抢答选通信号，成功抢答时计时暂停。（耦合时把U7去掉，加载接口直接接复位信号）。

4. 显示电路
选通信号的显示电路比较简单只需要将每个抢答模块的信号取反输入编码器，再用 数码管输出即可。此处选用的是74148编码器。以下是电路

选通信号分别接D1~D4四个输入端其余D口接VCC，EI接地，此处148译码器在电路后期优化有很大帮助，其中EO输出可以指示编码器是否被使用，用这个输出可以判断是否已经有人抢答，当有人抢答时，EO输出‘1’，可以用于计时电路的暂停信号，也可以用于抢答信号的锁存。在使用EO输出时需要用五或非来锁存抢答信号（选通信号、三个他路选通、复位信号），四或门来生成暂停信号，现在可以分别用三或非和一根导线来完成上述功能，简化了电路结构，减少了电路功耗。

五、 总电路图
（见于报告后面附图）
六、 实验数据整理及结果分析
此处主要内容是对之前功能的检测
按钮分布如下。
开始仿真的初始状态。
闭合复位后状态。

松开复位键后开始计时。

倒计时数了30个数，仿真时间过了约29秒，除去仿真误差（仿真步长为1ms影响了仿真精度）基本符合要求。
此时按下抢答按键3。

此时计时器暂停，抢答选手编号显示为3，及时按钮松开或者其他按钮按下也不会影响显示，同时计时器也会一直保持原状态不计时。

重新复位并开始计时到00秒。
倒计时完毕警示器成功启动。
七、 实验中遇到的问题和解决办法
1. 电路排布逻辑上没有问题但是仿真会失败
解决方法：可能是由于元件排布过密引起，需要将元件分开布置，这就需要牺牲电路集成度。
2. 仿真速度过慢，仿真长时间不能到达1秒
解决方法：内存过小，关闭其他正在运行软件；在任务处理器中把仿真进程的优先级调到高；在仿真设置中加大仿真步长（如1e-03）。都可以加快仿真的速度。
3. 仿真的时候报错
解决方法：检查有没有未使用的元件或者不能悬空的引脚。
4. 数码管无法显示数字
解决方法：4511（元件最后未使用）和数码管引脚之间要串接电阻。
5. 当倒计时为‘‘00’时依然可以抢答并且会错误地取消警示
解决方法：未解决
八、 实验结论
经过这次试验成功的用Multisim仿真完成了对4人智力竞赛用抢答器电路的搭建，一方面熟悉了对各种原件的使用，另一方面熟悉了对Multisim的使用，方便以后的电路功能学习的进展。同时了解了一些软件布线的细节，比如如何避免元件过密，如何可以使布线更加清晰易解，如何排布元件可以节省空间。同时4511和数码管要接电阻这种电路细节也在实践之中得到了练习和补充。同时也形成了模块化建立电路的习惯，它能更有效率的排除错误，更快捷的建立电路，在总体电路的建立上也可以方便的复用电路。最后，电路设计成功以后的喜悦感和满足感也让我对电路设计的兴趣提高了大量的兴趣。
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