基于Multisim 14.0的四路搶答器的設計與實現(xiàn)

尹卿朵

（山東職業(yè)學院，濟南 250104）

電子技術是機電類專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，后續(xù)跟電有關的專業(yè)課程都會用到它。但是，由于這門課抽象難懂，加上高職院校的學生理論基礎薄弱，導致很多學生學起來比較吃力，久而久之失去學習的興趣。利用Multisim 14.0電子仿真軟件，可以方便地把抽象的理論知識通過計算機仿真呈現(xiàn)，使學生對電子電路的功能、工作原理建立直觀的認識。該軟件還可以設置元件參數(shù)、常見故障，便于學生深入了解參數(shù)對電路性能的影響以及典型故障產(chǎn)生的原因，結(jié)合實踐實驗，對提高學生分析和排查電子線路故障的能力、提高學習積極性等具有極大的促進作用。本文以四路搶答器為例，采用Multisim 14.0軟件仿真搶答器的各個模塊，闡述其在電子技術教學中的應用。

1 搶答器的功能模塊

1.1 搶答、鎖存、編碼、譯碼顯示模塊

搶答器可供4名選手參加比賽，選手編號為1、2、3、4。給主持人設置一個開始按鈕，用來控制系統(tǒng)的清零復位。搶答開始前，主持人先按開始按鈕將系統(tǒng)復位。當主持人宣布搶答開始，參賽者按自己的搶答按鈕。哪位選手最先按下，則顯示器顯示出搶答者的編號，同時封鎖搶答電路，此后其他選手再搶無效[1-3]。該模塊的設計框圖如圖1所示。

圖1 搶答顯示電路框圖

1.2 限時模塊

限時模塊模擬真實場景，包括兩部分[4]，采用倒計時方式，設計框圖如圖2所示。

圖2 限時電路框圖

限時搶答功能部分，搶答倒計時時間可預設，如設為10 s，即當主持人宣布搶答開始，同時啟動控制按鈕后，計時器顯示10。開始倒計時，要求參賽選手在設定時間內(nèi)進行搶答。如果倒計時到00無人搶答，則本次搶答無效，同時封鎖電路，禁止選手超時搶答。

答題限時功能部分，選手的答題時間可預設，如設為60 s。若有選手10 s內(nèi)搶答成功，則要求其在規(guī)定時間內(nèi)答題完畢。一旦有選手搶答，計數(shù)器自動顯示60，并開始倒計。如果倒計時到00選手未回答完問題，則本次答題無效，同時封鎖電路，禁止選手超時答題。

1.3 聲音提示模塊

當10 s內(nèi)有人搶答或限時時間到，向參賽選手發(fā)出3 s左右的提示音。該模塊的設計框圖如圖3所示。

圖3 聲音提示電路框圖

2 利用Multisim 14.0對搶答器各模塊的設計與仿真

2.1 搶答顯示模塊的設計與仿真

搶答顯示模塊的電路如圖4所示。4位選手的搶答按鈕分別為S1、S2、S3、S4，S為主持人控制的開始按鈕。CD4042為4路D鎖存器，配合4輸入的與非門74LS20，可實現(xiàn)搶答、鎖存的功能；74LS00為二輸入的與非門，對搶答結(jié)果進行編碼，再配合譯碼器74LS48和七段數(shù)碼器顯示器U4，可實現(xiàn)哪位選手搶答成功顯示器顯示對應的編號[5]。圖4模擬的是3號選手在規(guī)定時間內(nèi)搶答成功，此時74LS20的輸出端B點由原來的低電平“0”變?yōu)楦唠娖健?”，反饋到CD4042的控制端E0，而A點為低電平“0”。根據(jù)CD4042的功能可知，此后再有人搶答則無效。

圖4 搶答顯示電路

2.2 限時模塊的設計與仿真

圖5 限時電路

2.3 聲音提示模塊的設計與仿真

聲音提示模塊的電路如圖6所示。此電路核心部分為555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。輸出端除蜂鳴器外，也可以加一個發(fā)光二極管LED構成聲光提示電路[6]。改變R或C的值，可以調(diào)整聲響或燈亮時間的長短。

圖6 聲音提示電路

圖6中，E1為限時電路10 s或60 s倒計時控制端，E2為是否有人搶答控制端。當?shù)褂嫊r到00，E1變?yōu)榈碗娖剑划斢腥藫尨穑珽2變?yōu)榈碗娖健Ｒ陨蟽煞N情況均可使F端由高電平變?yōu)榈碗娖剑瑥亩o單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器提供有效的觸發(fā)信號。圖6中C2的作用時給單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器提供短時觸發(fā)信號，避免聲音提示電路長響。

3 結(jié)語

本文以四路搶答器為例，研究了Multisim 14.0仿真軟件在電子技術教學中的應用。靈活運用仿真軟件，對改善教學效果有很好的促進作用。但是，虛擬和現(xiàn)實存在差別，電路仿真時有時會出現(xiàn)與理論分析或真實實驗結(jié)果相差較大的情況，可通過分析虛擬元器件和實際元器件的差別來分析仿真結(jié)果，或在允許范圍內(nèi)修改虛擬元件的參數(shù)，使之呈現(xiàn)與實際電路較一致的仿真效果，以免誤導學生。