基于Multisim的多计时功能八人抢答器的设计与实现

发表时间:2019/3/5   来源:《知识-力量》2019年6月上   作者:查兆越
[导读] 在抢答竞赛中,为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者,所设计的抢答器由抢答显示模块、多功能计时模块、报警模块组成。采用模块化设计的思路,通过逻辑抽象、画状态图、状态化简、变量赋值、器件选型、写方程、画电路图、自启动检测等方法,先通过模块化设计,

(内蒙古工业大学信息工程学院,内蒙古 呼和浩特 010080)
摘要:在抢答竞赛中,为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者,所设计的抢答器由抢答显示模块、多功能计时模块、报警模块组成。采用模块化设计的思路,通过逻辑抽象、画状态图、状态化简、变量赋值、器件选型、写方程、画电路图、自启动检测等方法,先通过模块化设计,再级联。本抢答器基于Multisim平台建立了电路仿真模型,将计时功能多元化。本设计方案比较新颖可靠方案完善,具有较好的实用价值。
关键词:优先编码器;数码管;译码器;计时器
Design and implementation of eight-person responder with Multisim function
Abstract:In the contest, in order to judge the first responder accurately, fairly and intuitively, the responder is composed of responder display module, multi-function timing module and alarm module. Modular design is adopted. Logic abstraction, drawing state diagram, state simplification, variable assignment, device type selection, equation writing, drawing circuit diagram, self-starting detection and other methods are adopted. This responder establishes a circuit simulation model based on Multisim platform to diversify timing functions. This design scheme is relatively new, reliable and perfect, with good practical value.
Keywords:priority encoder; Digital tube; Decoder. The timer

 
        一、引言
        在抢答中,为避免误判,可依靠电子产品。在满足常见的较复杂的规则时,往往依靠具有编程等功能的较贵的器件来完成,本次的设计可用便宜的器件完成所需要的功能。
        二、设计方案及论证对比
        (一)设计目标
        抢答器同时供8个代表队比赛,分别用8个按钮S0~ S7表示。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。
        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优先抢答选手的编号一直保持到主持人清除为止。
        抢答器具有定时功能,且由主持人设定。当主持人启动开始键后,参赛选手进行抢答。当参赛选手抢答有效时,定时器开始工作并倒计时。
        显示器上显示选手的编号并保持到主持人将系统清除为止。如果时间已到,无人抢答或参赛选手没有在规定时间内完成答题,本次抢答无效,系统通过一个蜂鸣器报警并禁止抢答。
        在完成基本抢答计时报警功能之后,我们把电路中的开关按键灵活化了,从传统的只能单方面计时转到了可以根据实际情况三方面计时,即可以在竞赛进行过程中分别计时按键时间,回答时间和抢加答总时间。所以设计比赛规则时可以对按键顺序、回答结果的正确度分别进行评分。防止一人抢答后,回答不对,导致重新计时抢答时诸多不公平的情况发生。
        (二)方案的总体设计及论证对比
        方案一的设计思路是,主持人设定时间,再将开关置于开始状态。定时器倒计时。选手在定时时间内抢答,抢答器完成判断、锁存、显示、蜂鸣器提示。当一轮抢答完成之后,定时器停止并禁止二次抢答,显示剩余时间。
        方案二的设计思路是,用触发器记录第一个抢答人的状态,运用优先编码器编码,加法器将编码加1,输出合适的二进制数,最后采用显示译码器驱动数码管显示选手编号。
        以上分析可知,方案一功能较方案二更加全面,对于两个方案均具备的抢答功能,方案一的实现步骤更简单所以效率和稳定性也更高。故采用方案一。
        三、仿真设计与分析
        抢答器模块
        抢答器电路模块组成包括74LS148编码器,74LS279四个RS锁存器,74LS48译码器,七段数码管等,当某位选手按下按钮之后,经过74ls148优先编码器,再通过锁存之后传到74ls48译码器将该选手的编号传到7段数码管上并显示。
        倒计时模块
        该模块组成包括两个74ls192十进制可逆计数器,两个数码管。
        当主持人按下按键时,倒计时电路的高片置3,低片从0开始工作,实现30秒倒计时,并在数码管上显示。到0时,BO端输出低电平,并触发下方的蜂鸣器电路。
        秒脉冲模块
        本电路有555定时器和若干电容电阻构成多谐振荡电路。
        报警模块
        该模块是通过555定时器构成多谐振荡器,三极管做开关电路,经过RL低通滤波器滤波后,驱动蜂鸣器发声,当主持人按下开关后,B变为高电平,当倒计时结束之后,BO输出了低电平,使SN74123输出一个高电平,进入到555定时器中,使之输出一个高电平,并使三极管导通,使蜂鸣器报警。报警电路中的蜂鸣器是通过示波器观测波形,SN74123给一个高电平蜂鸣器波形的电平就能跳变,然后报警并持续响应时间来以此确定电路正确性。
        总电路图
 
        555定时器 输出高电平时间 Th=(R1+R2)*C*ln2
        输出低电平时间  Tl=R2*C*ln2
        振荡周期  T=(R1+2*R2)*C*ln2
        倒计时模块 R1=3.9KΩ,R2=68KΩ,C=10uF
        Th=0.498sTl=0.4713sT=0.9697s
        倒计时工作频率约为1Hz
        报警电路 R1=15KΩ,R2=68KΩ,C=0.1uF
        Th=0.00579sTl=0.004713sT=0.01046s
        蜂鸣器的工作频率为100Hz
        四、总结
        针对本次八路抢答器,用编码器,锁存器,译码器,七段数码管等作为抢答器电路模块,用计数器和数码管作为倒计时电路,计时器的秒脉冲电路运用了由555定时器构成多谐振荡电路,最后报警模块给出信号通过三极管放大电路将振荡放大,驱动蜂鸣器发声。
参考文献
[1]苗丽华.VHDL数字电路设计教程[M].人民邮电出版社出版,2012:101-110.
[2]马建国.电子系统设计[M].高等教育出版社,2007:58-62
[3]谢自美.电子线路设计、实验、测试[M].华中理工大学出版社,2015:78-81,208-216
 

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