八路智力竞赛抢答器+EWB设计

第一章系统概述

1.1 系统开发背景

多路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，为了改进这一缺点，现在电子技术的发展要求电子电路朝数字化、集成化方面发展，因此设计出数字集成化电路的多路抢答器是现代电子技术发展的要求。

1.2 设计总概述

智力竞赛抢答器是一个可供八个参赛组进行智力竞赛的电路装置，该装置由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛组的输入信号在LED数码管上显示输出。用控制电路和主持人开关启动报警电路。通过定时电路和同步十进制减法计数器电路将秒脉冲产生的信号在LED数码管上输出实现倒计时功能。其中参赛组输入信号显示电路与倒计时电路两部分为主体电路。

1.3 EWB软件概述

Electronic Workbench（EWB）软件是专门用于电子电路仿真的“虚拟电子工作台”软件，它是目前全球最直观、最高效的EDA软件。它的功能强大，能够提供电阻、电容、三极管、集成电路等数十大类几千种元件，能够提供示波器、万用表等十几种常用的电子仪器；具有强大的电路图绘制功能，可绘制出符合标准的电子图纸；它还具有强大的波形显示功能，并且结果可轻松放入各类文档。用该软件进行设计、分析非常方便。本文在EWB基础上设计电子时钟，是由数字集成电路构成、用数码管显示的一种现代计时器，与传统机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此广泛使用。

EWB是加拿大Interactive Image Technologies公司于20世纪90年代推出的专门用于电子线路仿真实验与设计的“虚拟电子工作平台”。EWB是一种在电子技术工程与电子技术教学中广泛应用的优秀计算机仿真软件，被誉为“计算机里的电子实验室”。

第二章课程设计的目的、步骤与要求

2.1课程设计的目的

此次课程设计主要是培养、启发创造性思维，进一步理解数字系统的概念，掌握小型数字系统的设计方法，掌握小型数字系统的组装和调试技术，掌握查阅有关资料的技能，使用电脑EWB仿真技术，独立完整地设计一定功能的电子电路，以及仿真和调试等的综合能力。本次电脑仿真所用的软件版本为EWB V ersion 5.0。

2.2 课程设计步骤

1、根据选题要求，进行方案比较，画出系统框图，进行初步设计。

2、设计单元电路，计算参数，选择元器件。

3、画出系统电路原理图初稿。

4、利用EWB软件组装调试所设计的系统电路，修改设计中的疏漏。

5、撰写课程设计说明书。

6、绘制正式的系统电路原理图。

2.3设计任务与要求

1、抢答器能够容纳8名选手，并且输出相应的编号为1、

2、

3、

4、

5、

6、

7、8 为每名选手设置一个按键。为简化设计，可利用实验仪上的逻辑电平开关

2、设置一个给工作人员清零的开关，以便能开始新的一轮抢答。为简化设计利用实验仪上的逻辑电平开关。

3、用LED数码管显示获得优先抢答选手的编号，一直保持到工作人员清零或1

分钟倒计时答题时间结束为止。

4、用LED数码管显示有效抢答后的1分钟倒计时答题时间。

5、用喇叭发声指示有效抢答及答题时间结束。

6、秒信号不必考虑时间精度，可利用实验仪所提供的连续脉冲（方波）。

第三章总体设计框图

智力竞赛抢答器的总体方框图。如下图所示。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置于“开始”状态，宣布“开始”抢答工作。有选手抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、另一个显示管显示答题时间并开始倒计时，显示变为00时自动停止。抢答结束后，由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关，以便开始再次抢答。

第四章单元电路设计

4.1使用EWB软件作为智力竞赛抢答器设计平台

4.1.1 EWB仿真软件特点

1、界面直观。绘制的电路图需要的元器件、测试仪都以图标方式出现，而且仪器的操作开关、按钮同实际操作非常相似，EWB提供交互式的电路模拟，方便使用的人机图形界面。

2、EWB具有完整的混合模拟与数字信号模拟的功能，可任意地在系统中集成数字及模拟元件。EWB会自动地进行信号转换。EWB具备即时波形显示功能。

3、EWB具有下拉式的电路编辑功能表，可使电路元件的输入更为简易快速。

4、EWB具有虚拟的仪表设备，包含万用电表、示波器及逻辑分析仪等，可具体地模拟实际的测量情况。

5、提供了各种分析手段。有静态分析、动态分析、时域分析、频域分析、噪声分析、失真分析、离散傅立叶分析、温度分析等各种分析方法。

4.1.2 EWB软件使用介绍

使用EWB可以实现大部分模拟电子线路与数字电子线路实验的功能，易学、易用、真实、准确、快捷、方便、在以往进行电子线路设计时，最初的设计电路往往是不可能一次达到设计要求，而需要经过反复多次仿真、测试，才能符合设计要求。这样既费时费力，又增加了产品的成本。此外，因受工作场所、仪器设备等因素的限制，许多实验难以进行。利用EWB仿真软件就可以在虚拟器件库中随意选择并改变器件的参数，在虚拟的仪器库中随意选择需要的仪器设备，在虚拟的试验平台上进行实验，以使设计电路最终达到最佳设计要求。

4.2抢答器电路设计

抢答器电路如图4.1所示，该电路图完成两个功能：一是分辨出选手的先后，并锁存优先抢答者的编号，同是译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程：开关0置于“清除”端时，显示管显示灭灯。抢答器处开停止状态。当开关

0置于“开始”状态时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下5），74148芯片的输出经74373芯片锁存之后，74373芯片中1Q2Q3Q分别为101，所以在译码电路7448中CBA也分别为101，显示管中经译码显示为“5”此时74148芯片中EO 输出由0变为1，将74148芯片中EO的输出通过非门接入74373芯片中的C接口。由于EO输出的变化74373芯片中的C输入端也发生变化，所以74373锁存器开始工作，输入信号被锁定，封锁其他按键的输入。当锁存器74373芯片中C输入端由输入由1变为0时，74148芯片处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如果再次抢答需由主持人将0开关重新置于“清除”后再进行下一轮抢答。74148芯片为8线– 3线优先编码器

表4—1 74148芯片的功能真值表

图4.1

4.3倒计时电路设计

倒计时电路如图4.2所示，该部分主要由时钟秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74190减法器电路和两个4段数码管即相关电路组成。具体电路如图3.2所示。计数器选用集成电路74190进行设计。74190是十进制同步可逆计数器，它具有异步并行置数功能、保持功能。74190没有专用的清零输入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的输出数据间接实现清零功能。现选用两个74190芯片级联成一个从可任意设定时间00~99倒计至00的计数器，其中作为个位数的74190芯片的CLK接秒脉冲发生器（频率为1），再把个位数74190芯片输出端的QA、QD用一个与门连起来，再接在十位数74190芯片

的CLK端。当个位数减到0时，再减1就会变成9， 0（0000）和9（1001）之间的QA、

QD同时由0变为1，把QA、QD与起来接在十位数的CLK端，此时会给十位数74190芯片一个脉冲数字减1，相当于借位。

表4—2 74190芯片的功能真值表

图4.2

第五章 EWB智力竞赛抢答器仿真结果

5.1 EWB智力竞赛抢答器基本功能仿真结果

本次设计电路可用八个开关分别由八个参赛组控制，并分别编号1～8。参赛组可以按开关来进行抢答，每一轮第一个按下开关者的编号将显示在LED显示管上。通过锁存器的作用，其他抢答者按下开关无效。当有第一个抢答者按下开关时，倒计时电路部分开始自动进入倒计时，时间为60秒。倒计时电路上两块LED显示管上原始显示为59。当倒计时电路中两块显示管里的显示变为00时自动停止，并可发出警报。主持人可以通0开关对抢答器电路中的LED显示管进行清零，并通过E开关对倒计时电路中的LED 显示管进行复位操作恢复原来的59。以便下一轮的抢答。基本完成了八路智力抢答器的仿真要求。

5.2 EWB智力竞赛抢答器总体仿真结果图

第六章元件清单元件清单

结束语

通过这次对数字抢答器的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于抢答器的基本原理与设计理念。利用EWB技术进行数字电路课程设计，不仅可以很好地锻炼学生的综合设计开发能力和动手能力，从而激发学生的学习兴趣，还可以大大节约数字电路课程设计实验的成本，提高设计效率。因此，将EWB技术应用于数字电路课程设计必将成为今后数字电路实验课程改革的新动向。EWB软件，可方便地在计算机上进行电路设计、仿真，其电路结构及设计观念可以很容易地被修正；也可方便地更换所需要的元件。通过模拟可快速地反映出所设计电路的性能。若能利用计算机辅助设计进行电路模拟与分析，则可有效地节约资源、缩短产品研发的成本与时间。要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。这个在以后的设计中还应考虑到实际电路上的原因。尽可能的减少工作线路，以方便实际接线。

本次课程设计刚开始走了不少弯路，开始没有对电路进行一个整体的规划，还有对部分芯片的功能不了解，不能够充分的利用EWB软件中的各个元件，导致电路过于冗杂。但是通过老师与同学的帮助和在网上查询相关资料基本解决了这些问题。在电路调试过程中通过每个分电路进行修改调试达到基本能实现设计要求。本次设计所用到的报警元件为蜂鸣器，由于软件原因蜂鸣器工作不太稳定，影响了整体效果，在以后的设计中需要改进和完善。

参考文献

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