抢答器课程设计.docx

1、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

2、。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

3、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QUARTUS II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-21411.26-11.262设计功能模块以及具体电路实现各功能模块功能 宿舍1

4、1.26-11.263将具体电路画出草图，修正，优化具体电路跟方案宿舍11.27-11.274QUARTUS II作图，编译，进一步优化电路功能宿舍11.27-11.275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11.28-11.286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-21411.29-11.297检验结果正确后，老师验收实验2号楼-21411.29-11.29五、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-Style Microfunctions：芯片功能介绍Quartus II

5、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。

6、按照要求设计可行方案，并利用Quartus II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 61.1 设计任务 62 原理与模块介绍 62.1 抢答器原理 62.2 模块介绍 73 设计方案 73.1 总体方案 83.2 原理图 84 实验结果与数据处理 104.1 验证结果 104.2 QUARTUS II 仿真 105 结论与问题讨论 115.1 方案优缺点 115.2 收获与心得体会 12参考文献 121 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

7、。 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

8、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（4Q1Q）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74

9、LS47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

10、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QUARTUS II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

11、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（4Q1Q）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

12、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：

13、首先通过74292分频器将50M HZ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D3 D2 D1 D0设定的时间送至Q3 Q2 Q1 Q0，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

14、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。4.2 QUARTUS II 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

15、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Quartus II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

16、，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I can do it！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