最新四人抢答器设计电子技术应用实验报告电子科技大学.docx
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最新四人抢答器设计电子技术应用实验报告电子科技大学
电子技术应用实验
实验报告(八)
学生姓名:
学号:
20120*******报告评分:
实验地点:
211楼实验时间:
2014.12.18指导老师:
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人智力竞赛用抢答器电路
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.抢答器有锁存功能,即竞赛开始后,先按动按钮着将对应的一个LED灯点亮,此后其他三人再按下按钮对电路不起作用。
直到主持人将电路复位为止。
4.倒计时功能,主持人复位开关开始抢答时,自动启动60秒倒计时,数码管显示00时持续并报警,直至主持人将电路复位为止。
实验内容及要求:
设计满足要求的电路,并在Multisim中进行电路连接、仿真和调试。
在实验报告中简要说明实验原理,画出实验电路图,在实验报告相应位置附上实验中的仿真结果和波形。
二、实验时间计划表
主要任务
计划学时数
实际学时数
完成情况
实验报告模板制作
1
1
完成
实验电路顶层框图设计、仿真软件安装
2
1
完成
实验方案设计及论证、元器件选择、电路图绘制
2
3
完成
电路仿真及结果总结
2
2
完成
三、方案论证
根据设计需求,画出的电路顶层框图如下:
四、电路原理简介
电路分模块简介如下:
参赛者按键电路及主持人按键电路原理
通过合理的电路连接,使按键输入的电信号在控制电路可识别的范围之内。
由于这里需要输入的是数字信号,所以只需在电源Vcc下拉合适阻值的电阻,结合开关的开闭作用即可在合适的地方采样到高低电平。
这里的强大控制电路、显示电路都需要按键开关产生相应的控制信号。
时钟输入电路原理
本单元电路采用555定时器元件产生电路所需的脉冲信号。
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件,通过不同的连接可以实现不同的功能,在这里我们采用555芯片连接成多谐振荡器输出方波信号。
抢答控制电路
本单元采用锁存器控制实现电路所需的功能。
采用74LS175锁存器,清零信号从主持人开关处接入,4个输入信号从参赛者的4个开关处接入。
为了实现抢答器所需的锁存效果,必须将输出信号和时钟输入信号共同控制产生74LS175所需的时钟信号CLK,具体实现方法可以采用组合逻辑门控制也可以结合后续电路控制。
在后续电路中采用了74LS148优先编码器,当有有效信号输入时E0端输出低电平,可以利用这个简化74LS175的时钟输入控制电路。
选手对应的LED和序号显示电路
本单元电路采用LED显示和七段数码管显示。
74LS175有高电平输出和低电平输出,这里采用高电平输出连LED发光二极管,分别对应4个选手。
采用74LS148对74LS75锁存器的输出信号进行编码,进而用数码管进行数据显示。
这里,虽然74LS148是优先编码器,但74LS175实现锁存功能后输出只有一路有效,所以不会有优先级的冲突。
⑸倒计时显示和报警电路
倒计时电路常使用可逆计数器,这里可以使用74LS190进行级联。
采用控制端置数,可以让计数初始值为60;为了实现计数到00时保持,可以利用只有在输出0时74LS90芯片的RCO端输出低电平,当两块74LS190的RCO同时为低时计数保持并报警,所以这里可以用两个RCO相或之后再和外部时钟信号相与产生倒计时电路所需的时钟控制信号,可以采用LED灯的亮起代表报警。
五、单元电路设计
参赛者按键电路及主持人按键电路单元
图1-1
如图,4个选手按键按下时输入高电平有效信号,按键抬起时输入低电平信号。
主持人控制开关按下时输入低电平信号,抬起时为高电平信号。
实现了按键信号到高低电平信号的转换。
时钟输入电路单元
图1-2
采用555芯片做多谐振荡器的接法,在OUT端输出方波信号,此处输出的方波信号理论上为频率50HZ,占空比为66.7%。
50HZ信号输入到锁存电路,50HZ信号经50分频后送到倒计时电路单元。
抢答控制电路单元
图1-3
锁存器74LS175和编码器74LS148共同形成所需的锁存功能,巧妙地利用编码器的EO端返回控制时钟信号,简化了锁存电路的连接。
选手对应的LED和序号显示电路单元
图1-4
这里用指示灯代表实际的LED,将锁存器的输出信号编码后送到数码管显示,完成了LED和数码管显示选手序号。
⑸倒计时显示和报警电路
图1-5
这里巧妙地利用RCO信号简化了倒计时控制电路,采用数码管显示计数,用显示灯显示报警信号。
在主持人复位电路后,计数器被预置为60显示;当计时到00时,时钟输入信号无效,计数保持在00,同时灯亮起报警。
图1-6
总的显示模块,包括选手指示灯、选手序号显示数码管、倒计时显示数码管、报警显示灯。
六、总电路图
图1-7
电路分块清晰,功能符合设计要求,电路连接优美,电路控制模块简洁、易看易懂。
七、实验数据整理及结果分析
1实验仿真过程
图1-8
如图1-8所示,主持人复位键按下,电路复位,显示等灭,计时显示为60
图1-9
如图1-9所示,主持人按键抬起,电路开始倒计时,当2号键按下时选手2对应的灯亮起,选手序号显示电路显示2即为选手序号,倒计时仍在继续。
图1-10
如图1-10所示,计时在继续,同时抬起之前按下的2号键,按下其他键,选手显示灯和序号显示数码管无变化,证明2号选手抢答成功。
图1-11
如图1-11所示,计时显示到00时停止,同时报警灯亮起,开始报警
仿真结果分析
从仿真的过程来看,设计的电路完全满足设计要求,同时在控制模块进行了巧妙地简化,电路的延迟得到了很好的改善。
总之,从设计要求出发,合理定位电路需求,合理选择电路所需的芯片,完成了设计,并通过仿真得到了设计思想的验证。
2按键锁存模块的仿真波形及分析
仿真波形及分析:
从波形图可以看出,当CLR清零信号(由主持人控制)为低电平时,编码输出为000,即编码复位。
当CLR为高电平时A3A2A1的值和开始是的D4、D3、D2、D1的值有关,在CLR为高电平时,第一个跳为高电平的D信号决定A1~A3的值。
即在波形图上可以看出,电路实现了按键锁存功能。
3倒计时模块的仿真波形及分析
调研提纲:
如波形图所示,在复位后,波形QC1~QA1对应高位,QD2~QD2对应地位,即复位后从1100000开始倒计时
2、消费者分析
创业首先要有“风险意识”,要能承受住风险和失败。
还要有责任感,要对公司、员工、投资者负责。
务实精神也必不可少,必须踏实做事;
(六)DIY手工艺品的“创作交流性”
尽管售价不菲,但仍没挡住喜欢它的人来来往往。
这里有营业员们向顾客们示范着制作各种风格迥异的饰品,许多顾客也是学得不亦乐乎。
在现场,有上班族在里面精挑细选成品,有细心的小女孩在仔细盘算着用料和价钱,准备自己制作的原料。
可以想见,用本来稀奇的原料,加上别具匠心的制作,每一款成品都必是独一无二的。
而这也许正是自己制造所能带来最大的快乐吧。
CLK
新材料手工艺品。
目前,国际上传统的金银、仿金银制成饰品的销售在逐步下降,与此形成鲜明对比的是,数年以前兴起的崇尚然风格、追求个性的自制饰品--即根据自己的创意将各种材质的饰珠,用皮、布、金属等线材串出的品,正在各国的女性中大行其道。
波形到0000000后就一直保持,即倒计时到00时保持
八、实验遇到的问题及解决办法
1、电路仿真产生的时钟信号的频率与理论有差别,查阅相关资料发现,软件仿真不完全代表实际,只是一种参考。
2、电路连接完成时无法启动仿真,解决方法是重新检查电路的连接,尤其是电源、接地端方面的问题,还有就是要细心检,查有11没有错误连线。
3、当选手指示灯接数据库中的LED灯时会产生仿真变慢或无法正常进行,改用显示灯后仿真效果得到改善,且不影响设计验证。
九、实验结论
本次实验充分利用了数字电路和模拟电路的知识,在分析了设计需求、分单元设计电路后对电行了在Multisim软件下的搭建,并进行了仿真和电路简化,让电路符合设计要求,而且精简。
在实验中发现,软件模拟的效果和实际电路还是有区别,只能作为设计思想的验证和分析。
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