仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院 彭 莉

基于EWB的多路智力競賽搶答器的設(shè)計(jì)

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院 彭 莉

簡單介紹EWB軟件功能，綜合闡述搶答器的功能與特點(diǎn)，詳細(xì)介紹各個(gè)模塊的工作原理及具體電路的實(shí)現(xiàn),同時(shí)介紹如何通過EWB平臺(tái)設(shè)計(jì)搶答器的各個(gè)構(gòu)成模塊。

EWB軟件；多路搶答器；仿真；數(shù)字電路

1.EWB仿真軟件簡介

EWB（電子工作臺(tái)，虛擬電子工作平臺(tái)）是一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基于SPICE的電路設(shè)計(jì)仿真軟件，由加拿大互動(dòng)圖像技術(shù)有限公司于20世紀(jì)90年代初推出。其內(nèi)核是SPICE數(shù)字/模擬混合仿真系統(tǒng)。其突出的優(yōu)點(diǎn)是集成了電路圖輸入，SPICE仿真器，組件庫，儀器庫等，相當(dāng)于一個(gè)大型電子實(shí)驗(yàn)室。

它為用戶提供了豐富的組件庫，其中包括模擬，數(shù)字，無源，有源，離散和集成電路，具有800多個(gè)組件型號(hào)。同時(shí)還提供了信號(hào)發(fā)生器，數(shù)字萬用表，示波器，字信號(hào)發(fā)生器，邏輯分析儀，邏輯轉(zhuǎn)換器等各類電子設(shè)備的完整分析檢測。其界面友好、強(qiáng)大，通過它對(duì)電路進(jìn)行仿真可以方便地測試觀察電路狀態(tài)的結(jié)果，同時(shí)也可以改變電路元件及其參數(shù)，設(shè)置電路故障，觀察電路變化，對(duì)電路分析和設(shè)計(jì)帶來了極大的便利，特點(diǎn)是對(duì)電子技術(shù)初學(xué)者。

2.基于EWB的多路智力競賽搶答器設(shè)計(jì)

2.1 搶答器的功能要求

（1）搶答器可以供8人參加比賽，每人對(duì)其進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)從0開始至7結(jié)束，當(dāng)有人搶先按下按鈕時(shí)，數(shù)碼管顯示搶答者對(duì)應(yīng)的編號(hào)數(shù)字并報(bào)警。

（2）設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)給主持人，用來對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行清零，同時(shí)控制系統(tǒng)搶答的開始并報(bào)警。

（3）搶答器能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存，并在數(shù)碼管上進(jìn)行同步顯示。當(dāng)開始搶答時(shí)，報(bào)警器報(bào)警提示可以搶答。當(dāng)有選手按下?lián)尨鸢粹o，數(shù)據(jù)立即被鎖存，隨后輸送到數(shù)碼管上顯示對(duì)應(yīng)號(hào)碼，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音，禁止其它選手再搶答，直到主持人將系統(tǒng)清零進(jìn)行下一輪搶答。

2.2 系統(tǒng)原理框圖

系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

2.3 具體電路及EWB仿真

2.3.1 搶答器主體電路設(shè)計(jì)

搶答器主體電路主要完成兩個(gè)的功能：一是能對(duì)選手進(jìn)行正確編碼，同時(shí)在顯示數(shù)碼管上進(jìn)行顯示。二是在按鍵按下和松手的前后，顯示數(shù)碼管上顯示的號(hào)碼保持不變。

具體工作原理：當(dāng)有按鍵按下時(shí)，優(yōu)先編碼器對(duì)按鍵信號(hào)進(jìn)行反碼輸出，輸出數(shù)據(jù)送至鎖存器鎖存同時(shí)原碼輸出，最后送到顯示電路進(jìn)行顯示。編碼器，我們選用74LS148優(yōu)先編碼器，鎖存器選用74LS279 RS鎖存器，譯碼器選用74LS248顯示譯碼器，數(shù)碼管選用共陰七段數(shù)碼管。具體電路如圖2所示：

圖2 搶答器主體電路圖

2.3.2 控制電路

控制電路，可以用D觸發(fā)器或JK觸發(fā)器來鎖存選手搶答控制信號(hào)，當(dāng)有選手搶答時(shí)，編碼器開始編碼，其輸出端GS和EO，產(chǎn)生一個(gè)下降沿和上升沿，從而觸發(fā)D觸發(fā)器或JK觸發(fā)器，鎖存該信號(hào)，并將其信號(hào)發(fā)送給編碼器EI端，使編碼器禁止編碼，從而使其它選手搶答信號(hào)無效?？刂齐娐肺覀冞x用D觸發(fā)器74LS74，其具體電路如圖3所示。

圖3 控制電路圖

2.3.3 報(bào)警電路

報(bào)警電路主要有2個(gè)作用：（1）開始搶答時(shí)，報(bào)警提示選手。（2）有選手搶答時(shí)，報(bào)警提示主持人及其它選手。對(duì)于報(bào)警電路，我們采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，實(shí)施定時(shí)觸發(fā)報(bào)警。市面上，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器主要有74LS121、74LS122、74LS123、CC4098、CC4538、CC14528、CC14538等型號(hào)。我們將選用74LS121單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，該觸發(fā)器有五種情況可以進(jìn)行觸發(fā)，我們選取其中兩種情況進(jìn)行觸發(fā)報(bào)警。一種情況：主持人按下?lián)尨痖_關(guān)時(shí)，產(chǎn)生上升沿觸發(fā)B端口，從而進(jìn)行報(bào)警。另外一種情況：有人搶答時(shí)，編碼器GS端產(chǎn)生下降沿觸發(fā)A1或A2端口，進(jìn)行報(bào)警。圖4所示是告警電路的具體電路圖：

圖4 告警電路圖

2.3.4 整體電路仿真及其工作過程

由于電路比較復(fù)雜，仿真圖分成總圖和子圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，在總圖中，包含一些可控制和顯示的外圍具體電路，其它部分的具體電路在子圖中完成。

具體仿真總圖如圖5所示，在總圖中，包含3張子圖：SWDL按鍵電路子圖、ZTDL主體電路子圖、KZDL控制電路子圖，其具體電路如圖6、圖7、圖8所示：

圖5 電路仿真總圖

圖6 SWDL按鍵電路子圖

圖7 ZTDL主體電路子圖

圖8 KZDL控制電路子圖

3.結(jié)束語

本文通過對(duì)多路智力搶答器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，表明EWB作為一款功能強(qiáng)大、應(yīng)用廣泛的仿真軟件，可以不受教學(xué)實(shí)踐場地、經(jīng)費(fèi)、設(shè)備的限制，對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過直觀的電路圖形及仿真結(jié)果，幫助學(xué)生分析、理解電路理論知識(shí)，使抽象的理論形象化，給電子電路教學(xué)帶來極大的便利，同時(shí)還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，擴(kuò)展學(xué)生的思維空間，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，與目前其他的仿真軟件相比效果更佳。

[1]謝自美.電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測試[M].湖北:華中科技大學(xué)出版社,2000.

[2]陳大欽等.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)[M].北京:高等教育出版社,2000.

[3]康華光,陳大欽等.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,1999.

[4]楊志忠等.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2000.

[5]朱力恒.電子技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003.