數(shù)字邏輯課程設(shè)計報告--數(shù)字式競賽搶答器

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計</b></p><p>　　課程名稱 電子技術(shù)綜合設(shè)計與實踐 </p><p>　　題目名稱 數(shù)字式競賽搶答器 </p><p>　　學(xué)生學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級

2、 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　2013年 6 月 14日</p><p><b&

3、gt;　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>　　一、課程設(shè)計的內(nèi)容</b></p><p><b>　　數(shù)字式競賽搶答器。</b></p><p>　　二、課程設(shè)計的要求與數(shù)據(jù)</p><p><b>　　設(shè)計要求包括：</b></p>

4、<p>　　1. 設(shè)計1個可容納6組參賽隊的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)1個按鈕，供搶答者使用；</p><p>　　2. 當(dāng)1個搶答者搶答后，其他搶答者的按鈕不起作用；</p><p>　　3. 設(shè)置1個主持人復(fù)位按鍵；</p><p>　　4. 主持人復(fù)位后，開始搶答，由數(shù)碼管顯示其組別；</p><p>　　5. 設(shè)置1個計分電路，每

5、組開始預(yù)置10分，由主持人計分，答對1次計1分，打錯1次扣1分。</p><p>　　6. 主持人復(fù)位開始搶答后，設(shè)置一個9s的倒計時顯示。若9s內(nèi)有某組搶答，則計時器停止計時，顯示當(dāng)前計數(shù)值；若9s到時仍無人搶答，計時停止顯示0s，此時不可搶答。回復(fù)搶答需要主持人復(fù)位。</p><p>　　注：由于DE2板數(shù)碼管數(shù)量有限，由于有6組的分值均需要顯示，所以有一部分組別的分值可以用指示燈來模

6、擬顯示。</p><p>　　三、課程設(shè)計應(yīng)完成的工作</p><p>　　1. 利用各種電子器件設(shè)計數(shù)字式競賽搶答器； 2. 利用DE2板對所設(shè)計的電路進行驗證； 3. 總結(jié)電路設(shè)計結(jié)果，撰寫課程設(shè)計報告。</p><p>　　四、課程設(shè)計進程安排</p><p>　　五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻</p><

7、p>　　[1] 歐陽星明. 數(shù)字邏輯（第四版）[M]. 武漢：華中科技大學(xué)出版社, 2009.2: 194-195.</p><p>　　[2] 陳永甫. 數(shù)字電路基礎(chǔ)及快速識圖[M]. 北京：人民郵電出版社, 2003.5: 275-279.</p><p>　　[3] 張鎖良. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京：北京郵電大學(xué)出版社, 2011.8: 329-334.</p&g

8、t;<p>　　[4] 荀殿棟等. 數(shù)字電路設(shè)計實用手冊[M]. 北京：電子工業(yè)出版社, 2003.7: 105-107.</p><p>　　發(fā)出任務(wù)書日期：2013 年 6 月 4 日 指導(dǎo)教師簽名：</p><p>　　計劃完成日期： 2013 年 6 月 14 日 基層教學(xué)單位責(zé)任人簽章：</p><p><b>　　主管

9、院長簽章：</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　數(shù)字式競賽搶答器是由一個互鎖電路構(gòu)成的。競賽前，可以把選手們分為若干組，搶答時，各組對主持人提出的問題要在短時間內(nèi)做出判斷，并搶先按下?lián)尨鸢存I回答問題。當(dāng)有選手第一個按下按鍵后，顯示器上將優(yōu)先顯示該組的序號，同時電路將其他組按鍵封鎖，以保障搶答的公平性?；卮鹜陠栴}后，由主持人

10、將所有按鍵復(fù)位，進入下一輪搶答。搶答器有定時搶答功能，先設(shè)定搶答時間，當(dāng)主持人按下“計時”開關(guān)后，定時器進行倒計時。參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效；同時定時器停止工作，顯示器上顯示選手的序號和搶答的時間，并保持到主持人將按鍵復(fù)位為止。如果設(shè)定的時間已到，還是無人搶答，則本次搶答無效，以禁止選手們超時搶答。搶答器還有計分功能，先設(shè)定各組原始分，回答問題的小組答對一題將加一分，打錯了則減一分。</p><p&g

11、t;　　因此，要完成這個搶答器的邏輯功能，該電路應(yīng)包括輸入開關(guān)、數(shù)字顯示、優(yōu)先判別、鎖存以及計分等部分。</p><p>　　關(guān)鍵詞：優(yōu)先 復(fù)位 定時 鎖存</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要3</b></p><p>　　1.設(shè)計內(nèi)容及要求4</p

12、><p>　　1.1 設(shè)計內(nèi)容4</p><p>　　1.2 設(shè)計要求4</p><p>　　2.總體設(shè)計思路及設(shè)計方案4</p><p>　　2.1 設(shè)計原理圖4</p><p>　　2.2 設(shè)計思路4</p><p>　　2.3 設(shè)計方案5</p><p>　

13、　3.各模塊電路設(shè)計與實現(xiàn)6</p><p>　　3.1 搶答單元6</p><p>　　3.2 計分單元7</p><p>　　3.3 計時單元7</p><p>　　3.4 控制單元8</p><p><b>　　4.實驗結(jié)果10</b></p><p>&

14、lt;b>　　5.總結(jié)10</b></p><p><b>　　參考文獻10</b></p><p><b>　　附錄10</b></p><p><b>　　1.設(shè)計內(nèi)容及要求</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計內(nèi)容</b

15、></p><p><b>　　數(shù)字式競賽搶答器</b></p><p><b>　　1.2 設(shè)計要求</b></p><p>　　設(shè)計1個可容納6組參賽隊的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)1個按鈕，供搶答 </p><p><b>　　者使用；</b></p>

16、<p>　　(2) 當(dāng)1個搶答者搶答后，其他搶答者的按鈕不起作用；</p><p>　　(3) 設(shè)置1個主持人復(fù)位按鍵；</p><p>　　(4) 主持人復(fù)位后，開始搶答，由數(shù)碼管顯示其組別；</p><p>　　(5) 設(shè)置1個計分電路，每組開始預(yù)置10分，由主持人計分，答對1次計1</p><p>　　分，打錯1次扣1分。&l

17、t;/p><p>　　主持人復(fù)位開始搶答后，設(shè)置一個9s的倒計時顯示。若9s內(nèi)有某組搶</p><p>　　答，則計時器停止計時，顯示當(dāng)前計數(shù)值；若9s到時仍無人搶答，計時停止顯示0s，此時不可搶答?；貜?fù)搶答需要主持人復(fù)位。</p><p>　　注：由于DE2板數(shù)碼管數(shù)量有限，由于有6組的分值均需要顯示，所以有</p><p>　　一部分組別的分

18、值可以用指示燈來模擬顯示。</p><p>　　2.總體設(shè)計思路及設(shè)計方案</p><p><b>　　2.1 設(shè)計原理圖</b></p><p><b>　　→</b></p><p>　　圖2.1 設(shè)計原理圖</p><p><b>　　2.2 設(shè)計思路<

19、/b></p><p>　　搶答器需要供6名選手比賽，可分別用6個按鈕qiang1~qiang6表示。搶答這個功能只需要通過管腳分配把按鈕分配到DE2板上的撥動開關(guān)SW[0]到SW[5]，讓每個選手撥動開關(guān)后產(chǎn)生相應(yīng)的信號就可以了。不同的選手撥動按鈕發(fā)出信號通過74148優(yōu)先編碼器進行編碼，編碼后輸出信號進行下一步的鎖存和譯碼。2. 設(shè)置一個復(fù)位開關(guān)reply、一個分?jǐn)?shù)清零開關(guān)clear、一個倒計時開關(guān)j

20、s以及一個加分按鈕ADD和減分按鈕MINUS，這5個開關(guān)皆由主持人控制。在這里首先通過管腳分配把開關(guān)replay分配到相應(yīng)一個撥動開關(guān)SW[17]，該開關(guān)聯(lián)系到一個相應(yīng)的線路，這個線路通過與非門連接其他信號，從而達到復(fù)位的功能；同理把開關(guān)clear分配到SW[16]，通過門電路實現(xiàn)清零的功能；同理加減分按鈕ADD和MINUS分別分配到KEY[3]和KEY[2]來實現(xiàn)加分和減分的控制功能。3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，

21、鎖存相應(yīng)的序號，并在優(yōu)先搶答選手的序號一直保持到主持人將按鈕復(fù)位為止。74279具有鎖存功能，可以在一個選手按下按鈕后進行鎖存，其他的選手不能在搶答。</p><p>　　4. 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如，9秒）。當(dāng)主持人啟動“開始”鍵（即上述的js開關(guān)）后，定時器進行倒計時。74192具有減法功能，通過使用74192可以對設(shè)定的時間進行自減。只需要給定74192秒脈沖就可以了。同時

22、74192結(jié)合7447可以對所設(shè)定的搶答時間和選手搶答的時間顯示出來。</p><p>　　5. 參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。選手進行搶答，通過編碼器，鎖存器，計數(shù)器，譯碼器顯示出來。當(dāng)某個選手搶答有效，通過74148編碼器的GSN端口連接到控制清零端的與非門就可以進行禁止其他選手的搶答，同時把該選手的序號顯示在數(shù)碼管

23、上；另一方面，通過74148編碼器的GSN端口可以停止74192的脈沖，從而讓脈沖停止，達到顯示搶答時間的效果。6. 如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)禁止搶答，定時顯示器上顯示0。當(dāng)時間到的時候，減法器74192的十位的BON端口會發(fā)出一個低電平，可以連接到脈沖上，讓脈沖停止，數(shù)碼管上顯示的是0。</p><p><b>　　2.3 設(shè)計方案</b></p>&

24、lt;p>　　可以把搶答器的整體電路分成4個部分：搶答電路、計分電路、計時電路、控制電路，來分別完成搶答、計分、倒計時以及主持人復(fù)位與清零的功能。然后根據(jù)圖2.1以及上述的設(shè)計思路來完成電路的設(shè)計，從而實現(xiàn)所有的功能。</p><p>　　3.各模塊電路設(shè)計與實現(xiàn)</p><p>　　根據(jù)設(shè)計方案4個部分的電路，相應(yīng)的我們有以下4個單元：搶答單元、計分單元、計時單元、控制單元。<

25、;/p><p><b>　　3.1 搶答單元</b></p><p>　　這個單元主要有3個部分：編碼部分、鎖存部分和譯碼部分。</p><p>　　圖3.1 搶答單元(有改動)</p><p>　　在選手按動按鈕后，發(fā)出相應(yīng)的信號。使用74148對信號進行編碼，優(yōu)先判決器是由74148集成優(yōu)先編碼器等組成。該編碼器有8個信

26、號輸入端，3個二進制碼輸出端，輸入使能端EI，輸出使能端EO和優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS。其功能表如圖表3.1.1所示。從功能表中可以看出當(dāng)EIN＝“0”時，編碼器工作，而當(dāng)EIN＝“1”時，則不論8個輸入端為何種狀態(tài)，輸出端均為“1”，且GS端和EO端為“1”，編碼器處于非工作狀態(tài),這種情況被稱為輸入低電平有效。由于本設(shè)計只用到0N到5N，故令6N和7N連高電平使其無效。</p><p>　　圖3.1.1 741

27、48真值表（表中d代表任意狀態(tài)）</p><p>　　由74148集成優(yōu)先編碼器組成的優(yōu)先判決器如圖所示，當(dāng)搶答開關(guān)qiang1~qiang6中的一個按下時，編碼器輸出相應(yīng)按鍵對應(yīng)的二進制代碼，低電平有效。編碼器輸出A0N～A2N、工作狀態(tài)標(biāo)志GSN作為鎖存器電路的輸入信號。</p><p><b>　　3.2 計分單元</b></p><p>

28、;　　這個單元主要有2個部分：譯碼部分和計分部分。</p><p><b>　　圖3.2 計分單元</b></p><p>　　通過數(shù)據(jù)分配器74138，使主持人的加減分操作脈沖輸入到指定小組的分?jǐn)?shù)顯示器。每個小組都分配有兩個74192計數(shù)器，上者為個位計數(shù)器，下者為十位計數(shù)器。因此，個位計數(shù)器的借位端BON和進位端CON要分別連到十位計數(shù)器的脈沖輸入端DN和UP，從

29、而使十位計數(shù)器實現(xiàn)借位和進位功能。</p><p><b>　　3.3 計時單元</b></p><p>　　這個單元主要有2個部分：定時部分和計數(shù)部分。</p><p>　　74192進行累減計數(shù)，計數(shù)脈沖由分頻器74292構(gòu)成的秒脈沖產(chǎn)生電路提供。</p><p>　　當(dāng)主持人按下js開關(guān)后，74279輸出端Q4=0

30、，取反后為1；74192輸出端BON也為1，則秒脈沖信號能進入DN，計數(shù)器進行累減計數(shù)。同時使74148的EIN=0，編碼器正常工作。</p><p>　　當(dāng)選手在定時時間內(nèi)按下?lián)尨疰I時，Q4=1，則秒脈沖不能進入DN，同時EIN=1，編碼器不能正常工作，其他選手搶答無效。</p><p>　　當(dāng)定時時間到時，BON=0，EIN=1，所有人都不能搶答。</p><p&g

31、t;<b>　　圖3.3 計時單元</b></p><p><b>　　3.4 控制單元</b></p><p>　　這個單元主要有3個部分：復(fù)位部分、清零部分、加減分部分。</p><p>　　圖3.4.1 復(fù)位部分</p><p>　　當(dāng)主持人按下復(fù)位開關(guān)時，鎖存器74279內(nèi)的RS觸發(fā)器的RN

32、端均為0，輸出端Q1~Q4全為低電平，于是顯示器顯示為0；同時CLR為1，實現(xiàn)復(fù)位。</p><p>　　圖3.4.2 清零部分</p><p>　　個位計數(shù)器CLR和十位計數(shù)器LDN分別為1和0，實現(xiàn)清零。</p><p>　　圖3.4.3 加減分部分</p><p>　　由圖3.4.4表知UP得到脈沖時進行累加計算，DN得到脈沖時進行累減

33、計算。</p><p>　　圖3.4.4 74192的功能表</p><p><b>　　4.實驗結(jié)果</b></p><p>　　主持人按下計時開關(guān)后，搶答開始，同時計時器開始計時。</p><p>　　一輪搶答后，搶答電路顯示并保存第一個搶答組序號，同時計時器顯示搶答時間。</p><p>　

34、　主持人根據(jù)搶答組的回答情況按下加分或減分按鈕，同時搶答組的顯示相應(yīng)分?jǐn)?shù)。</p><p>　　第一輪搶答結(jié)束，主持人按下復(fù)位開關(guān)，恢復(fù)各組搶答按鍵，同時使計時器時間復(fù)位。</p><p><b>　　進入下一輪搶答。</b></p><p><b>　　……</b></p><p>　　N.競賽結(jié)

35、束，主持人按下清零開關(guān)，使各組的分?jǐn)?shù)清零。</p><p><b>　　5.總結(jié)</b></p><p>　　基本完成了任務(wù)書上的要求。設(shè)計初期，由于題目的抽象復(fù)雜，在圖書館借來了不少沒用的書，到了設(shè)計后期，思路越來越明確，需求越來越明顯，所以重新在圖書館借來基本針對性的書籍，使得設(shè)計順利進行。對于定時器設(shè)計部分，由于對秒脈沖產(chǎn)生電路不熟悉，只好用*老師在課堂上列出的

36、電路圖，而沒有使用大多數(shù)參考書所推薦的555定時器來完成。在設(shè)計中發(fā)現(xiàn)書上很多元器件的引腳邏輯符號跟軟件電路設(shè)計所展現(xiàn)的有很大出入，這時就只好上網(wǎng)查閱資料了。遺憾的是，前期在實驗室的時間不多，對后期找Bug造成很大的不便。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 歐陽星明. 數(shù)字邏輯（第四版）[M]. 武漢：華中科技大學(xué)出版社, 20

37、09.2: 194-195.</p><p>　　[2] 陳永甫. 數(shù)字電路基礎(chǔ)及快速識圖[M]. 北京：人民郵電出版社, 2003.5: 275-279.</p><p>　　[3] 張鎖良. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京：北京郵電大學(xué)出版社, 2011.8: 329-334.</p><p>　　[4] 荀殿棟等. 數(shù)字電路設(shè)計實用手冊[M]. 北京：電子工業(yè)