综合设计报告(抢答器)分析.pdf

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1、武汉工程大学 计算机科学与工程学院 综合设计报告 设计名称：硬件系统综合设计 设计题目：抢答器的设计 学生学号：1505120201 专业班级：2015 计算机科学与技术实验班02 学生姓名：查红胜 指导教师（职称）：陈艳（讲师） 学业导师（职称）：陈艳（讲师） 学生成绩： 完成时间：2016.11.28-12.11 武汉工程大学计算机科学与工程学院制 - ii - 说明： 1、报告中的第一、二、三项由综合设计负责人在综合设计开始前填写并发 给每个学生。 2、学业导师负责批改学生的设计报告，并给出相应的得分。同时，就设计 报告质量撰写评语。 3、指导教师就学生在设计期间的表现及设计完成情况分别

2、给出相应的得 分。同时，就此两项情况撰写评语。 4、设计的总评成绩由上述各部分累加得出，由指导教师汇总，并填写于 报告的封面。 5、设计报告正文字数一般应不少于5000 字，也可由综合设计负责人根据 本项综合设计的具体情况酌情增加字数或内容。 6、此表格式为武汉工程大学计算机科学与工程学院提供的基本格式（适用 于学院各项课程设计），各专业也可根据本项综合设计的特点及内容做 适当的调整，并上报学院批准。 成绩评定表 学生姓名：查红胜学号： 1505120201 班级： 2015计算机科学与技术实验班2 类 别 合计 分值 各项 分值 评分标准 实际 得分 评语 报 告 质 量 30 10 报告格

3、式规范，表述清晰， 章节内容组织恰当。符号统 一，图表完备，符合规范要 求。参考文献数量在5 篇以 上，格式及引用符合要求。 学业导师（签字）： 10 报告内容翔实，结构严谨合 理。课题背景介绍清楚，综 述充分。设计与实现等主要 过程完整，论述具体透彻。 能运用所学专业知识对问题 加以分析和求解。无抄袭现 象。 10 设计报告对整个设计过程进 行了全面总结， 体现了收获， 得出了有价值的结论或结 果。 平 时 表 现 20 20 遵守学习纪律，表现良好， 积极完成课程设计任务，无 旷课、迟到、早退等情况。 指导教师（签字）： 设 计 完 成 情 况 50 30 按照要求完成设计内容，方 案合理

4、，功能完善，设计工 作量饱满，能运用专业知识 和技能去发现与解决实际问 题。 20 在设计过程中展现出了较强 的学习能力、 动手实践能力、 团队协作能力和创新意识。 总评成绩 一、综合设计目的、条件、任务和内容要求： 1）设计目的 抢答器作为一种电子产品，早已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但目 前使用的抢答器存在分立元件较多，造成每路的成本较高，而现代电子技术的发 展要求电子电路朝数字化、集成化方向发展，因此设计出数字集成化全集成电路 的多路抢答器是现代电子技术发展的要求 通过本次设计，要求同学们掌握抢答器的工作原理、 设计方法，学习 Multisim 仿真工具，完成简单数字电路的设计；复

5、习巩固逻辑电路及时序电路相关原理、 应用知识；进一步学习、掌握各种常用芯片的逻辑功能及使用方法；学习锁存器 设计、数字系统的设计、测试方法。 2）条件 本次设计分数字电路仿真和搭建实际电路两部分，分别在专业机房和数字逻 辑实验室进行。 数字逻辑实验室为每个小组准备独立的试验台、电源、面包板（可 以选用数字逻辑课程实验箱）、万用表、镊子、剪刀、拔线铨、导线若干；提供 设计需要的芯片，包括：锁存器、定时器、段码管、段码管驱动译码芯片及各种 门电路芯片及相应的电阻、开关等。 3）任务和要求 （1）设计指标 抢答器同时供 N名选手或 N个代表队比赛，分别用N个按钮 S0 SN-1 示。 设置一个系统清

6、除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声 器发出声响提示，并在数码管上显示选手号码。选手抢答实行优先锁存，优先抢 答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。 实现抢答倒计时和报警。 （2）设计要求 画出电路原理图； 元器件及参数选择； 系统设计、调试与分析。 （3）制作要求 应用 Multisim或 Proteus 等软件先完成硬件仿真， 并在此基础上完成实际的 硬件电路设计、装配，达到设计要求，并能发现问题和解决问题。 （4）编写设计报告 依照给定模板完成设计报告，要求体现自己的工作、收获和思考。 二、进度安排： 11 月 2

7、8 日之前指导教师将设计题目、 相关资料发给学生。 学生自学仿真工具， 试做题目。 11 月 28 日确定分组和选题，查阅资料，搭建基本硬件电路。 11 月 29 日12月 4 日分析、选择合适的设计方案，完成仿真。 12.512.6 完成、完善系统功能，硬件测试，教师检查验收，各小组方案交流。 12.712.11 完成综合设计报告 三、应收集资料及主要参考文献： 1. 康华光 . 电子技术基础（数字部分）第六版M. 高等教育出版社， 2014.1 2. Multisim 和 Proteus仿真相关资料 3. 21IC 电子网： http:/（查芯片 datasheet ） 4. 和选题相关的

8、其它资料 - I - 目 录 摘要. II Abstract . . III 第一章绪论 . . 1 1.1 课题设计的背景 . 1 1.2 课题设计的目的 . 1 1.3 课题设计任务和要求 . 1 1.4 课题设计的理论依据 . 2 第二章开发工具及相关技术 . . 3 2.1 设计中使用的芯片介绍. 3 2.2 设计电路介绍 . 6 2.3 Multisim仿真软件介绍 7 第三章 系统设计 . . 10 3.1 方案设计 . . 10 3.2 电路工作分析 . . 10 第四章系统测试及改进 . 15 4.1 电路的仿真测试 . . 15 4.2 电路仿真发现的问题 . . 16 4.

9、3 电路的优化 . . 16 总结 . . 18 致谢 . . 19 参考文献 . 20 - II - 摘要 数字电路产品在生活中有着极其广泛的应用，包括计算机、数字通信、智能仪器仪 表、自动控制及航天等领域中。 这些给人们带来了生活， 工作等方面带来了极大的方便。 数字电路的发展， 使得这门课程对于我们来说是很有必要学好。数字电路设备实现简单， 速度和可靠性好。 在这次的数字电路制作中，本人制作多路智能抢答器。抢答器在比赛等场合中不可 缺少的设备。本文就是从数字电路芯片的功能简介开始，利用功能不同的数字电路芯片 的组合来实现多路抢答器的功能。首先简要的介绍了课题设计的背景、目的以及课题设 计

10、任务和要求。然后介绍几个主要集成芯片的管脚功能和用法。最后介绍多路抢答器的 原理和设计过程。 总结与改进部分， 讲一些电路在实际设计调试中的不足，并加以改进。 该多路抢答器设计为一个八路抢答器，每个编号对应相应的组别或个人。当其中一 人抢答时，抢答成功后，与此人对应编号的显示灯会亮，而其他人的则不会亮。其次， 本抢答器中有抢答时间的限制，当时间超过十秒钟的时候所有人都不能够在抢答。而我 们在完成八人抢答的功能后，扩展到十人抢答。 关键字 ：抢答；优先编码器；仿真； - III - Abstract Digital products are widely used in life, includ

11、ing computer, digital communication, intelligent instrument, automatic control, aerospace and other fields. These bring life and work brought great convenience. The development of digital circuits, so that this course is very necessary for us to learn the realization of a simple digital circuit. The

12、 equipment, speed and reliability. In the production of digital circuits, I produced multi-channel intelligent responder. The responder occasions in competitions indispensable equipment. This article is from the digital circuit chip features, to achieve multi-channel responder function using a combi

13、nation of digital circuit chip with different functions. First briefly introduces the design background. Objective to research and design tasks and requirements. Then we introduce several main integrated chip pin function and usage. Finally introduces the principle and design process of multiple res

14、ponder. Summary and improvement, some lack of actual circuit in the design and debugging of, and to be improved. The multi-channel Responder design for a eight responder, each number corresponding to the corresponding groups or individuals. When one answer, answer in success, and the corresponding n

15、umber of the display lights, while others are not bright. Secondly, there is the answer in the answer in the time limit, when it takes more than ten seconds all the people are not able to be in the answer. And we finished eight in the answer function, extended to ten of the responder. Keywords：Answe

16、r; priority encoder;simulation - 1 - 第一章绪论 1.1 课题设计的背景 抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地 分辨出最先获得发言权的选手。 早期的抢答器只由几个三极管、 可控硅、发光管等组成， 能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机或数字集成电 路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等 功能。 随着科技的发展，现在的抢答器有着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了 抢答器的成本。鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答 器必将大有市场。但

17、目前使用的抢答器存在分立元件较多，造成每路的成本较高，而现 代电子技术的发展要求电子电路朝数字化、集成化方向发展，因此设计出数字集成化全 集成电路的多路抢答器是现代电子技术发展的要求。抢答器作为一种工具，已广泛应用 于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频率校低，且有的要么制作复杂，要么可 靠性低，减少兴致。作为一个单位若专购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使 用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性 就会影响活动的开展。因此设计出结构简单，工作稳定，功能齐全的抢答器电路必将大 有市场。 1.2 课题设计的目的 抢答器在各种场合、 电视台的娱乐节目中

18、得到广泛应用。在各种竞赛、 抢答场合中， 它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。它能根据参赛选手的请求，很好地区 分先后顺序并显示选手的编号。为各种抢答形式的比赛提供了公平公正的比赛环境。 其次，通过这次抢答器的设计，同学们掌握抢答器的工作原理、设计方法，学习 Multisim 仿真工具，完成简单数字电路的设计，复习巩固所学相关原理和知识，进一步 学习、掌握各种常用芯片的逻辑功能及使用方法，学习锁存器、编码器的设计，数字系 统的设计及测试方法，并不断改进。从而可能在之后的学习工作中设计出更加方便，功 能更加齐全的抢答器产品。 1.3 课题设计任务和要求 （1）设计指标 抢答器同时供 N名

19、选手或 N个代表队比赛，分别用N个按钮 S0-SN-1 示。 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。 - 2 - 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在数码管 上显示选手号码。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系 统清除为止。 实现抢答倒计时。 （2）设计要求 画出电路原理图； 元器件及参数选择； 系统设计、调试与分析。 （3）制作要求 应用 Multisim或 Proteus 等软件先完成硬件仿真，并在此基础上完成实际的硬件 电路设计、装配，达到设计要求，并能发现问题和解决问题。 1.4 课题设计的理论依据 抢答器系统的原理框图

20、如图1.1所示， 设计的数显抢答器通常用TTL 集成电路制作， 它主要由倒计时数字显示、译码器、编码器、锁存器、显示器等部分组成。主持人开关 控制定时电路；锁存器用来锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；用断码管显示 抢答器组别号码，同时与选手对应的显示灯显示抢答者。 用 CD4532 优先编码器对参赛选手或团队进行编号。其次将第一个抢答到的选手编 号通过 74HC373 进行储存，此时有个关键的地方，就是74HC373在储存第一位抢答选 手的编号后不在接受随后抢答选手的编号输入。最后将74HC373 里储存的第一个抢到 答题权的选手编号输出，一方面输出到断码管上，另一方面通过74HC154

21、 译码器译码 输入到与该选手对应的显示灯上，使之点亮。回答问题结束后主持人通过断开开关开恢 复系统。 图 1.1 抢答器系统的原理框图 - 3 - 第二章开发工具及相关技术 2.1 设计中使用的芯片介绍 （1）CD4532 8线-3 线优先编码器 图 2.1 CD4532 引脚图 本次课题设计中运用两片CD4532进行 8 位以上选手的编码。选手的抢答方式为开 关的闭合使之信息传输到优先编码器的输入端。 （2）74HC373 八 D锁存器 如图 2.2 为 74HC373外部管脚图。Vcc 接电源，Di 为数据输入端， Oi 为数据输出端， GND 接地。 图 2.2 74HC373 外部管腿

22、图 CD4532B的功能是 8位输入（ D7-D0 ）3 位 二进制输出的优先编码器，8 个输入端的输入 优先级次序依次为D7D0 。如右图 2.1 ，当片 选使能端 EI 是低电平的时候该优先编码器被 禁止工作。当EI 时高电平时编码器工作，即 将最高优先级的输入端编为二进制的代码显 示在输出端 Q2-Q0 ， 同时片选信号端GS为高电 平以表示编码器正处于工作状态。当输入端没 有输入时（输入全部为低电平） 输出使能端 EO 为高电平。如果任何一个输入端有输入（即有 输入端为高电平） ，EO为低电平同时低于该输 入端优先级的任何请求将无效。 - 4 - 图 2.3 74HC373 逻辑图 如

23、图 2.3 为 74HC373的逻辑图，由逻辑图可以看出74HC373 内部就是由八个 D触发 器构成，可以储存八位二进制数。在设计中我们是利用74HC373 对第一个抢答选手的编 码信息进行存储的，如果是八人抢答则是是存储三位二进制数，如果是十人抢答则存储 的是四位二进制编码。 图 2.4 74HC373 真值表 由图 2.4 可知当 OE 为高电平时， O0O7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的 负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端 LE 为高电平时， O 随数据 D 而变。当 LE 为低电平时， O 被锁存在已建立的数据电平。 在本课题设计中该芯片的功能编码器输出的第一

24、个数据进行储存，同时通过编码器 的工作状态标志 GS加上三个非门来控制74HC373的使能工作端，因为当编码器有第一 个选手的编号输出时，工作转态标志GS为 1 经过三个非门后变为0 后接在 74HC373 芯 片中高电平有效的使能输入端ENG 使之不能工作，而在这个GS的信息传输到 ENG 的过 程中由于经过了三个非门， 时间较编码器数据输出端的编码信息传送到锁存器的数据输 入端长，因此能够保证只锁存第一个从编码器传输过来的数据，并将其输送到输出端， 随后便停止工作。 （3）74HC283 4位超前进位加法器 74HC283 的主要功能是 4 位二进制与 4 位二进制数的相加求和，逻辑图如图

25、2.5 左 边的 Ai 与 Bi 为两四位加数各位上的数值，i 大的为高位。 C为低位的进位。右边的Si 为输出和， Co为向高位的进位。 本设计中利用 74HC283加法器主要是使选手抢答编号加1，区分无选手抢答时编码 器输出的 0，因为编码选手抢答信息是从0开始的，所以通过编码器的工作标志GS来控 - 5 - 制加法器的工作，从而区分开无选手抢答的0 和选手抢答信息编码的0。再将求得的和 通过逻辑关系输送到断码管上显示选手编号，同时通过译码器译出选手编号，将信息传 送到与选手对应的显示灯上，使之点亮。 图 2.5 74HC283 的逻辑框图 （4）74HC192 可逆计数器 74LS192

26、是双时钟方式的十进制可逆计数器。本设计中主要利用它进行倒计时装置。 首先介绍它的逻辑功能。图2.6 为 74HC192 引脚图与逻辑符号，通过图2.7 很清楚可以 看出它的功能。 MR为低电平有效的使能控制端，即当MR接 0 时，芯片可以正常工作， 接 1 时，芯片不工作， CPu和 CPd分别为低电平有效的加减计数控制端，即当CPu接 0， CPd接 1 时，芯片进行加计数，相反则进行减计数。PL为低电平有效的置数控制端，当 PL接 0 时，置数有效，可以控制计数范围。 图 2.6 74HC192引脚图与逻辑符号 - 6 - 图 2.7 74HC192 真值表 2.2 设计电路介绍 本次设计

27、主要运用2.1 中介绍的几种芯片来实现抢答器的功能，首先主持人通过开 关控制倒计时装置开始倒计时，在倒计时时间内，选手可以抢答。倒计时装置主要通过 74HC192 的减计数功能实现。如图2.8 所示的倒计时系统。 图 2.8 倒计时装置 在设计中选手的抢答是通过开关来传递抢答信息，通过CD4532八线三线优先编码 器来对选手的抢答信息进行编码，如1号选手抢答则编码器输出000，二号选手抢答输 出 001，八号选手抢答则输出111。如选手个数大于8，则可用两片 CD4532进行扩展。 当编码器有数据输出时，即有选手开始抢答了，我们需要把第一个输出的抢答信息 进行存储，于是我们用到了具有存储功能的

28、74HC373 来对第一个抢答选手的编码信息存 储，但不能被之后抢答的选手编码信息覆盖，于是我们用编码器的输出信号GS通过三 个逻辑非门来作为74HC373的使能控制端， 这样就达到了存储器只储存第一个传输过来 - 7 - 的选手编码信息。 存储的编码信息最后要被显示出来，本设计中有两方面的显示，其一是将选手的编 号输出到段码管上，其二是对应选手的的灯泡点亮，在这个过程中我们首先对编码进行 译码。在译码过程中，有一个问题需要解决， 就是将无选手抢答信息时编码器输出的000 和第一号选手抢答时的编码000 区分开来，这里我们用到了 74HC283 四位加法器对有选 手时输出的编号进行加1，使得以

29、前的 000 到 111 表示的 8 位选手改为 0001 到 1000， 从而区分开无选手抢答时编码输出的0000。 然后把加法器输出的和连接到断码管上显示 选手编号。同时通过74HC151对和进行译码，因为译码器输出的是底电平有效，所以将 译码信息反向连接在与选手对应的灯泡上，即可使与选手对应的灯泡点亮。整个电路图 如图 2.10 。 2.3Multisim仿真软件介绍 Multisim是 Interctive Image Technologies 公司推出的一个专门用于电子电路 仿真和设计的软件，目前在电路分析、仿真与设计等应用中较为广泛。该软件以图形界 面为主，采用菜单栏、工具栏和热键

30、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和熟练程度自如使用。下面主要针对Multisim13.0软 件中基本的仿真与分析方法做简单介绍。 功能： 1直观的图形界面 整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试 仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板 和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的。如下 图 2.9 为 Multisim13.0的工作界面。 图 2.9 Multisim13.0的工作界面 件。 2丰富的元器件 提供了世界主流元件提供商的超过17000

31、多种元件，同时能方便的对元件各种参 数进行编辑修改， 能利用模型生成器以及代码模式创建模型等功能，创建自己的元器件。 - 8 - 图 2.10 整体电路图 - 9 - 3强大的仿真能力 以 SPICE3F5 和 Xspice 的内核作为仿真的引擎，通过Electronic workbench 带 有的增强设计功能将数字和混合模式的仿真性能进行优化。包括SPICE仿真、 RF仿真、 MCU 仿真、 VHDL 仿真、电路向导等功能。 在应用电子仿真软件MultiSIM进行虚拟仿真时，有许多传感器或新器件，只要知 道了它们的电特性或在电路中的作用，完全可以灵活采用变通的办法代替进行仿真，本 来软件就

32、是进行虚拟实验的。 这样可以大大地拓宽电子仿真软件MultiSIM 的应用范围。 再说用软件仿真时不存在损坏和烧毁元件、仪器的问题，只要设计好了电路都可以试一 试，仿真成功了就可以进行实际电路的组装和调试，不成功再修改电路重新仿真。 - 10 - 第三章系统设计 3.1 方案设计 方案一 采用 CD4532构成八路编码器， 74HC373 进行存储，为了区分无选手抢答编码输出的 0 有编码为 0 的选手抢答了这两个相同的编码输出， 用逻辑门来实现。74LS148与 74LS48 译码器接到七段显示数码管显示出选手编号。 如下图 3.1 ，此图为简单的八路抢答器，就用了CD4532编码，74HC

33、373 存储，和相 关逻辑门的转换，最后用段码管显示选手编号。 图 3.1 方案一的逻辑电路 方案二 用两片组合逻辑器件CD4532并联构成十路抢答器。 74HC373 实现优先抢答的锁存、 编号进直接把锁存器的输出转化8421BCD 码，数码管显示先抢答者的编号，同时十路抢 答器对应的显示灯点亮；主持人通过“复位”按钮清除数码管的显示。还增加倒计时 装置，利用 74HC192来做 10 进制倒计时来控制抢答时间，如图2-12。 结论：通过比较可以得，方案二更全面，功能更齐全。相对来说，74 系列芯片在 Multisim仿真软件中能够找到， 且现实中比较容易购买。 芯片组上集成的功能高， 用较

34、 少元器件的数目就能实现抢答器的各项功能。此外，74 系列芯片用的比较普及， 数字电 路课上详细介绍74HC系列芯片，因此运用起来比较熟悉。因此，本设计主要以第二种 方案为主体来实现抢答器的设计。该方案逻辑电路如图2.10 。 3.2 电路工作分析 首先要在主持人闭合倒计时开关后选手才能抢答，开始开关打开，段码管显示倒计 - 11 - 时置数 9，如图 3.2 所示，当主持人闭合开关后，倒计时装置开始倒计时，从9 开始按 脉冲频率递减。如图3.3 所示是该倒计时系统倒计时到4 的状态。当倒计时到0 后，一 般计数器会又回到9 进行循环，为了让倒计时系统在倒计时到0 后停止，直到主持人搬 开倒计

35、时的控制开关后，倒计时装置才回到图3.2 状态。如图 3.4 ，是倒计时装置倒计 时到 0 停止的状态。实现该功能主要是通过74HC192的输出端 BO与脉冲做与运算后输 送到减计数的脉冲输入端DOWN。当倒计时没到 0 时，BO输出 1，是脉冲接通工作，当倒 计时到 0 后，BO输出 0，与脉冲做与运算后使脉冲不能输送到DOWN 端，从而无脉冲作 用，计时状态维持在0。如图 3.4 为倒计时装置到 0 后停止计时状态。 图 3.2 倒计时系统初始状态 图 3.3 倒计时系统工作状态 - 12 - 图 3.4 倒计时系统到 0 后停止状态 在倒计时时间内，选手可以抢答，选手通过开关的闭合传输抢

36、答信息，第一个抢答的选 编号将被显示在段码管上， 与之对应的灯泡点亮如图3.5 为三号选手第一个通过闭合自 己的控制开关完成抢答。如在随后还有选手抢答则不会被显示，如图3.6 为 5 号 10 号 选手在 3 号选手之后关闭自己的抢答开关，但段码管上不会显示它们的编码，与它们对 应的灯泡也不会亮。 图 3.5 3号选手先抢答到的状态 图 3.6 5号 10 号选手随后抢答状态 - 13 - 如上展示了整个抢答器的功能， 但在实现这些功能的过程中还是有很多需要我们处 里的问题，例如我们的选手编码输入是从I0 开始的，一号选手的编码为0000，而我们 要在段码管上显示1，同理 2 号选手的编码为

37、0001，而我们要在段码管上显示2。这就 要求我们对存储器74HC373 的输出端加 1，又因为当没有选手抢答是编码器也会每位输 出也会是低电平为0000，所以我们要把它与一号选手区分开，就在没有选手抢答时， 对 存储器的输出不加1， 我们是通过编码器的输出标志GS作为加法器 74HC283 的使能输入 端。如图 3.7 所示。当无选手抢答时，段码管会显示0，灯泡都不会亮，如图3.8 为无 选手抢答的电路状态图。 图 3.7 对选手编号加 1 电路 图 3.8 无选手抢答电路状态 当加法器 74HC283加 1 后为四位输出，如连接在一个段码管上也可显示选手编码， 只是 10 号选手显示的是

38、A，为了使显示更加清晰， 我们通过特定的逻辑关系， 将加法器 的四输出改为五输出，五输出中，一个作为高位段码管的最低位输入，其余四输出作为 低位段码管的四个输入，电路图如图3.9 所示。此时如果 1 到 9 号选手抢到答题权则显 示 01 到 09，当 10 号选手抢到答题权则显示10。如图 3.10 为 10 号选手抢到答题权的 情况。 小灯泡的连接是通过译码器实现的，连接比较简单，可以在图2.10 中看到具体连 接方法，这里不再介绍。需要注意的是译码器的输出时低有效，需要加非门后连在小灯 泡上才能使对应的译码选手灯泡点亮。 - 14 - 图 3.9 段码管显示电路 图 3.10 10号选手

39、抢答到的状态显示 - 15 - 第四章系统测试及改进 4.1 电路的仿真测试 按照设计的方案，选择合适的芯片在Multisim仿真软件里连好电路图，如图2.10 为本次设计完整电路图，在连电路图的过程中，可以先在图纸上画好逻辑电路图，对照 画好的逻辑电路图在仿真上连线，如果直接在仿真上连线则一定要细心，特别是接线处 较密集的地方，很容易连错，当电路复杂是连错线还不容易检查出来。在保证没有错误 的连线基础下，就可以进行仿真模拟了，通过相关操作观察电路显示与预期效果对比， 看是否有逻辑错误，检验自己的设计方案是否存在问题。如下图4.1 为测试主持人开关 控制倒计时装置。如第三章中图3.5 、3.6

40、 、3.10 为测试电路的显示部分。 图 4.1 主持人开关控制倒计时装置测试 - 16 - 4.2 电路仿真发现的问题 在起初的几次测试中，遇到过如下问题： 1. 当无选手抢答和编号为0 的选手抢答到问题时的段码管都显示0。 2. 倒计时装置无法停止。 3. 与选手编号对应的电子灯出现于选手不对应的情况。 完整版的电路测试仍存在一些问题： 1. 倒计时装置开关闭合开始倒计时时，容易出现0 这种错误状态。 如图 4.2 。图所示的与图 3.4 虽然一样但它是在主持人闭合开关后就出现的，而并 非是减计数到 0 停止的。 图 4.2 主持人开关闭合瞬间出现0 问题 4.3 电路的优化 通过不断的发

41、现错误与不足之处，通过不断的思考与修改，我们的电路性能越来越 好，例如在 4.2 中提到的大部分问题，都在之后的思考中和试验中得到解决。通过加法 器来区分无选手抢答和编号为0 的选手抢答到问题时的段码管都显示0 的问题；通过简 单的逻辑门来实现倒计时装置的停止；通过仔细检查线路和研究74HC154 的功能解决了 显示灯与选手对应不对的问题。电路的优化在第三章电路工作分析部分介绍的比较详 细，这里在列举主要的几处。 （1）显示系统的优化 当 10 号选手抢到答题权是如果是一片段码管显示则显示A，如图 4.3 所示为优化前 10 - 17 - 号选手的显示。 而我们通过特定的逻辑关系， 将加法器的

42、四输出改为五输出， 五输出中， 一个作为高位段码管的最低位输入，其余四输出作为低位段码管的四个输入。如图4.4 为优化后 10 号选手的显示。优化电路如图3.9 。 图 4.3 优化前 10 号选手的显示 图 4.4 优化后 10 号选手的显示 当然也有我们还没有解决的问题如4.2 中提到的一点。 在闭合主持人开关后倒计时 装置可能突然跳零。 在之后的学习过程中，还需要在遗留问题上做相关修改，添加更方便的功能，把抢 答器做的更加的完善。 - 18 - 总结 通过这次课程设计，不仅使我对所学过的知识有了一个新的认识。而且提高了我考 虑问题、分析问题的全面性以及各方面的能力。让我的综合能力有了一个

43、很大的提高。 我在做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时 课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次 课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的 认识。 平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而 且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了。 但是通过这次动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动 力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们 的作用是非常大的。 这次课程设计使我懂得

44、了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够 的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服 务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以 说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过 程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。 我也感觉到书本上学到的知识并不是我们想象的都有用，我们从书本上学到的都是 前人总结的，甚至可以说是过时的东西，我们今后面对的一定是创新，一定是前任没有 总结的东西，自身的综合能力才是最重要的。 在今后参加工作的时候，不会再有人可以像老

45、师那样点点滴滴、细致入微地把每一 步要做的工作都教给我们，更多的是需要我们自己去观察、思考、学习、实践、总结。 随着科学的迅猛发展，新技术的广泛应用，会出现很多我们未曾接触过的领域，只要敢 于去尝试，不断的积累经验，细心的观察，虚心的学习，才会有所突破，有所创新，这 才是课程设计的真正意义所在。 - 19 - 致谢 在本次课题设计中，特别要感谢陈艳老师对我们小组的帮助，在这次课程设计的过 程中，有些很巧妙的方法都是在老师的帮助和提醒下才得以设计出来的，有很多东西是 经验上的东西，不是通过短时间的学习就可以掌握的，像在本次设计中，老师让我们用 编码器的工作标志GS加三个非门然后在连到74HC37

46、3上作为使能控制端，在刚开始我 们都不理解为什么要加三个非门，现在懂得这就是经验。 其次还要感谢同学们意见，通过讨论，各抒己见，我们自己也解决了不少问题。 最后感谢学校给我们安排了这么有意义的课题设计任务，让我们在实践操作中对已 学的课本理论知识有了更深的了解，同时也锻炼了我们的动手能力。 - 20 - 参考文献 1 康华光 . 电子技术基础数字部分 M. 北京：高等教育出版社，2014年 1 月第六版 . 2 蒋本珊 . 常用可编程外围接口芯片使用指南M. 北京：北京理工大学出版社，1994 年 5 月. 3 陈海波 . 电子元器件检测技能一点通M. 北京： 机械工业出版社，2008年 6 月第六版 .