抢答器课程设计.docx
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抢答器课程设计
课程设计
课程名称_电子技术综合设计与实训
题目名称_八位数字抢答器_______
学生学院_自动化学院____________
专业班级________
学号__________
学生姓名______________
指导教师__张学习______________
2012年11月30日
广东工业大学课程设计任务书
题目名称
八位数字抢答器
学生学院
自动化学院
专业班级
学号
一、课程设计的内容
1、利用各种器件设计一个多路智力竞赛抢答器。
2、利用DE2板对所设计的电路进行验证。
3、总结电路设计结果。
二、课程设计的要求与数据
1、抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0~S7表示。
2、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。
3、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将系统清除为止。
4、抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如,30秒）。
当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右（这里改为LED灯亮0.5秒）。
5、参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。
6、如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。
三、课程设计应完成的工作
1、复习编码器、十进制加/减计数器的工作原理，设计可预置时间的定时电路分析与设计时序控制电路。
画出定时抢答器的整机逻辑电路图，掌握智力抢答器的工作原理及其设计方法，并对各种元器件的功能和应用有所了解，并能对其在电路中的作用进行分析。
2、使用可编程逻辑器件和QUARTUSII软件，用原理图输入方法，进行编译，仿真。
3、模拟仿真结果正确后，结合实验板设置各输入、输出端；指定下载芯片，重新编译。
编译结果正确后下载到相应芯片中。
4、下载完成后，在实验板上验证结果。
四、课程设计进程安排
序号
设计各阶段内容
地点
起止日期
1
复习相关数电，电路知识，查找相关资料，初步确定总体的设计框架
实验2号楼-214
11.26-11.26
2
设计功能模块以及具体电路实现各功能模块功能
宿舍
11.26-11.26
3
将具体电路画出草图，修正，优化具体电路跟方案
宿舍
11.27-11.27
4
QUARTUSII作图，编译，进一步优化电路功能
宿舍
11.27-11.27
5
编译成功后，对电路图进行仿真，查看是否实现所需功能
宿舍
11.28-11.28
6
模拟仿真结果正确后，结合DE2板设置输入、输出端，指定下载芯片，编译正确后下载到芯片中，检验结果是否正确
实验2号楼-214
11.29-11.29
7
检验结果正确后，老师验收
实验2号楼-214
11.29-11.29
五、应收集的资料及主要参考文献
《数字电子技术基础》第五版阎石
Old-StyleMicrofunctions：
芯片功能介绍
QuartusII中文教程
八位数字抢答器指导书
发出任务书日期：
2012年11月26日指导教师签名：
计划完成日期：
2011年11月29日基层教学单位责任人签章：
主管院长签章：
摘要
设计一个多路智力竞赛抢答器，抢答器同时供8位选手在比赛时抢答之用，设置一个由主持人控制的清除按键跟一个开关，抢答器要具备显示和锁存功能。
选手抢答后，要显示并锁存选手的编号直至主持人reset为止。
选手必须在限定的时间（30s）内抢答，若在规定时间内无人抢答，系统会发出警报（alarm）并且不可再抢答。
开始抢答时系统发出响声通知，并开始倒计时，同时显示所剩时间，选手抢答后，倒计时停止，显示选手编号跟所剩时间。
按照要求设计可行方案，并利用QuartusII软件跟DE2开发板进行仿真、验证。
关键词：
优先，锁存，显示，控制，分频，重置，倒数。
目录
1设计任务目的及要求6
1.1设计任务6
2原理与模块介绍6
2.1抢答器原理6
2.2模块介绍7
3设计方案7
3.1总体方案8
3.2原理图8
4实验结果与数据处理10
4.1验证结果10
4.2QUARTUSII仿真10
5结论与问题讨论11
5.1方案优缺点11
5.2收获与心得体会12
参考文献12
1设计任务目的及要求
1.1设计任务
1、利用各种器件设计一个多路智力竞赛抢答器。
2、利用DE2板对所设计的电路进行验证。
3、总结电路设计结果。
1.2设计要求
1、抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S1~S8表示。
2、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。
3、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将系统清除为止。
4、抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（30s）。
当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。
5、参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。
6、如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。
2原理与模块介绍
2.1抢答器原理：
当主持人控制开关处于“清除”位置时，RS触发器的
端为低电平，输出端（4Q~1Q）全部为低电平。
于是LED显示器灭灯；74148的选通输入端
=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。
当主持人开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端
7...
0输入信号，当有选手将键按下时（如按下S5），74LSl48的输出
=010，
=0，经RS锁存器后，CTR=l，
=1，74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS47译码后，显示器显示出“5”。
此外，CTR=1，使74l48的
端为高电平，74LSl48处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。
当按下的键松开后，74l48的为
高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LSl48仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号不会被接收。
这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。
当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答
2.2模块介绍
抢答器大致分为3个模块：
控制模块：
用以控制开始抢答及抢答后的系统清除只用。
抢答模块：
用以选手抢答，并对第一个抢答的选手保留答题权利，使得其余的选手无法再抢答。
倒计时模块：
用以开始抢答之后的倒计时。
。
3设计方案
（描述设计思想及设计流程）
3.1总体方案
将整个抢答器分为3个功能模块加以实现，分为控制模块，抢答模块，倒计时模块。
然后再按照每个模块要实现的不同功能选用不同的芯片，不同的电路连接方式，一步步细分。
设计流程：
1、复习相关知识，查找相关资料，初步确定总体的设计方案。
2、根据总体方案划分功能模块，并设计具体电路实现各功能模块功能。
3、将具体电路画出草图，并加以修改，优化具体电路跟方案。
4、将具体电路输入QUARTUSII软件中，进行编译，进一步优化电路功能。
5、编译成功后，对电路图进行仿真，查看是否实现所需功能。
6、模拟仿真结果正确后，结合DE2板设置输入、输出端，指定下载芯片，编译正确后下载到芯片中，检验结果是否正确。
7、对设计方案及电路进行优化。
3.2原理图
抢答模块：
一是能分辨出8位按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。
选用8线—3线优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成上图所示。
其工作原理是：
当主持人控制开关处于“RESET”位置时，RS触发器的
端为低电平，输出端（4Q~1Q）全部为低电平。
于是LED显示器灭灯；74148的
=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。
当主持人开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端
7...
0输入信号，当任意一个S按下时，74LSl48的输出
=010，
=0，经RS锁存器后，CTR=l，
=1，74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS47译码后，显示器显示出“5”。
此外，CTR=1，使74l48的
端为高电平，74LSl48处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。
当按下的键松开后，74l48的为
高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LSl48仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号不会被接收。
这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。
当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关set，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。
倒计时模块：
首先通过74292分频器将50MHZ的频率分频达到基本上为一秒的时钟周期。
然后利用两块74192级联，预置数设为30，主持人控制开关S拨在“清零”时，两片计数器LD置零，将由D3D2D1D0设定的时间送至Q3Q2Q1Q0，经译码器显示电路，显示抢答限定时间为30秒。
计数器减计。
当计数器减计数至0时，秒脉冲被封锁，计数器停止计数。
整体设计图
4实验结果与数据处理
（测试步骤、实验现象及数据分析）
4.1验证结果
软件作图，编译，设置输入、输出端，并对其进行仿真，将电路下载到芯片中进行验证，结果正确。
结果显示电路能够准确地将最先抢答的选手的编号锁存并显示，抢答开始时有短暂提示音，有30秒的倒计时，期间无抢答警报会响，开始开关能够控制整个电路，使得在开始抢答前，选手按键无效，系统清除按键使用正常，能够正常复位。
4.2QUARTUSII仿真
施加脉冲信号：
倒数个位：
倒数十位
某个选手抢答：
倒数当前总体显示为30，符合实验结果。
5结论与问题讨论
（完成设计要求的程度、遇到的问题及解决办法、存在的不足及改进思路、收获及心得体会）
5.1方案优缺点
本方案完全符合设计要求，能够全部将所要求的功能实现，并且方案简单，容易操作。
设计中，最难的一个环节是分频环节，由于数电分频器无法将频率分到刚好符合要求，在0.5秒的LED灯亮，只是接近0.5秒的亮过着、程中，倒计时通过74292分频器作用，使得分频后时钟周期大致为1秒。
方案的不足之处有，在最后几秒的抢答时间里，没有给参赛者任何的提示，可以通过数据比较器跟一个时钟信号与声音设备连接，做到一声一声的倒数几秒的提示音；参赛选手若以名字或者队名参赛，无法显示，只能显示编号。
5.2收获与心得体会
对于这次的课程设计我想说首先它让我重拾数电，对数电知识跟好的理解与掌握，这时候我庆幸了自己当初学数电的时候还是比较认真的；其次更深入地研究QuartusII软件，课程设计基本完成了老师的要求，能够实现全部的功能。
在进行实验的时候，遇到不少的问题。
一开始不知道该使用什么芯片去做实验，后来通过去图书馆借有关书籍，看看哪些芯片能达到编码，译码，锁存等，以及同时重新温习了上个学期的《数字电子技术基础》书本。
经过资料的搜集，基本确定了用哪类芯片达到哪类功能。
然后就研究电路图，画好电路图后，在宿舍编译了一下，嘿，过了。
怎一个兴奋啊。
到实验室上机，一开始在电脑上画好电路图后，编译也过了，问题是输入连接板的时候那个灯不亮，后来经过多方排查，确定了一件因素：
灯坏了。
这都是自己上机动手比较少造成的。
印证了一句话，浅水仍能淹死牛。
经过了这次课程设计，我收获良多。
在一开始的时候，很担心自己不能完成实验，因为把数电知识都忘记的差不多了，导致有点不自信。
后来经过多方帮助以及本人不懈努力也证明了Icandoit！
在设计电路的时候，思维欠缺全局性往往导致举步维艰。
所以经过这次课程设计，大幅度提高自己动手能力以及清晰认识到完成一项任务的各项准备，同时也为将来的工作打下夯实的基础！
参考文献
[1]阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社；
[2]陈永浦.数字电路基础及快速识图[M].人民邮电出版社,2006:
275-277.
[3]侯建军.数字电路实验一体化教程[M].北京清华大学出版社,2005:
77
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