數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)報(bào)告---四路搶答計(jì)分器

1、<p><b>　　數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目</b></p><p><b>　　四路智能搶答計(jì)分器</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　初步掌握工程設(shè)計(jì)方法和組織實(shí)踐的

2、基本技能，逐步熟悉開展 </p><p>　　科學(xué)實(shí)踐的程序和方法； </p><p>　　掌握數(shù)字電路布線、調(diào)試的基本技巧； </p><p>　　掌握數(shù)字系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法； </p><p>　　能夠熟悉的、合理的選用集成電路器件； </p><p>　　熟悉 Quartus II 軟件的使用，培養(yǎng)綜合運(yùn)用

3、理論知識(shí)解決實(shí)際</p><p><b>　　問題的能力。</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)并制作一部四路智能搶答器，先搶到的選手在30s的時(shí)間內(nèi)答題，并由主持人根據(jù)答題情況給分，記錄并分別顯示每位選手的分?jǐn)?shù)。</p><p><

4、;b>　　分析：</b></p><p>　　搶答器是典型的數(shù)字電路系統(tǒng)，是利用數(shù)字電子器件完成以下功能：</p><p>　　搶答——即優(yōu)先權(quán)編碼；</p><p>　　倒計(jì)時(shí)——即計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)；</p><p>　　給分——即譯碼并正負(fù)計(jì)數(shù)；</p><p>　　顯示時(shí)間、分?jǐn)?shù)——即7段數(shù)碼管的顯

5、示應(yīng)用。</p><p>　　因此，整個(gè)數(shù)字系統(tǒng)分為四個(gè)功能模塊：搶答模塊，倒計(jì)時(shí)模塊，加分模塊和顯示模塊。模塊功能如下表所示：</p><p>　　表1 各模塊的主要功能及器件</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　總控制開關(guān)控制搶答器和計(jì)時(shí)器是否有效；</p><p&g

6、t;　　得分開關(guān)控制當(dāng)前選手分?jǐn)?shù)，回答正確加1分，錯(cuò)誤減1分；</p><p>　　倒計(jì)時(shí)限制選手答題時(shí)間，時(shí)間被限制在30s內(nèi)。如果超過30s蜂鳴器響起，視為回答錯(cuò)誤，此時(shí)只有減分端有效；</p><p>　　當(dāng)選手分?jǐn)?shù)為0分時(shí)，只有加分端有效，即不存在負(fù)分；</p><p>　　分別顯示答題選手編號(hào)，答題選手得分，四位選手各自得分以及倒計(jì)時(shí)；</p>

7、<p>　　設(shè)計(jì)（仿真）電路，獨(dú)立進(jìn)行試驗(yàn)，并通過調(diào)試方案；</p><p>　　將電路下載至實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上并測(cè)試通過；</p><p>　　掌握一些測(cè)試電路的基本方法，課程設(shè)計(jì)中出現(xiàn)一般故障，能通過“分析、觀察、判斷、試驗(yàn)、再判斷”的基本方法獨(dú)立解決；</p><p><b>　　總體框圖</b></p><p&

8、gt;　　整個(gè)系統(tǒng)包括控制單元、時(shí)間控制單元、信息處理單元、存儲(chǔ)單元和顯示單元五個(gè)邏輯部分?？刂茊卧校簱尨鸷陀?jì)時(shí)使能開關(guān)；時(shí)間控制單元有：倒計(jì)時(shí)使能驅(qū)動(dòng)；信息處理單元有：搶答開關(guān)、加減分開關(guān)；存儲(chǔ)單元有：得分加減控制端；顯示單元有：倒計(jì)時(shí)顯示、四位選手得分顯示、最先搶答的選手編號(hào)顯示、答題選手的得分顯示。</p><p>　　系統(tǒng)的總框圖如下所示：</p><p><b>　　

9、系統(tǒng)總框圖：</b></p><p>　　圖1 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　正如圖1系統(tǒng)框圖所示，控制單元只執(zhí)行兩項(xiàng)任務(wù)：驅(qū)動(dòng)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)和驅(qū)動(dòng)搶答器狀態(tài)有效；信息處理單元主要接受選手搶答，并為最先搶到的選手進(jìn)行編碼（同時(shí)鎖死搶答器），在時(shí)間使能的條件下，根據(jù)正誤邏輯判斷和選手編號(hào)的譯碼，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的存儲(chǔ)單元部分進(jìn)行加減分；存儲(chǔ)單元主要記錄每個(gè)選手的分?jǐn)?shù)，并可根據(jù)加減分

10、條件對(duì)某個(gè)選手加減分；時(shí)間控制單元主要為信息處理單元提供使能條件，保證答題的時(shí)間限制；顯示單元?jiǎng)t執(zhí)行各個(gè)部分的顯示功能，例如選手編號(hào)，得分和倒計(jì)時(shí)。</p><p>　　整個(gè)邏輯部分的關(guān)聯(lián)關(guān)系如下圖：</p><p><b>　　邏輯關(guān)聯(lián)部分：</b></p><p>　　圖2 各邏輯部分關(guān)聯(lián)圖</p><p><

11、b>　　系統(tǒng)執(zhí)行流程圖</b></p><p>　　圖3 倒計(jì)時(shí)功能電路圖</p><p><b>　　主要器件選擇</b></p><p>　　十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192 * 2；</p><p>　　優(yōu)先權(quán)編碼器74LS148 * 2；</p><p>　　譯碼器74LS

12、139 * 1；</p><p>　　十六進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS169 * 4；</p><p>　　多路選擇器74LS153 * 2；</p><p><b>　　主要邏輯單元的實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　時(shí)鐘控制單元(designed by 張?jiān)?</p><p>　　時(shí)鐘控制單元的邏輯

13、比較簡(jiǎn)單，主要是計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)問題，此處采用74LS192。當(dāng)LOAD端被觸發(fā)時(shí)，計(jì)數(shù)器載入預(yù)置數(shù)，其中十位為3，個(gè)位為0；當(dāng)計(jì)數(shù)器個(gè)位減至0時(shí)，輸出/BON端有效（表示需要借位），從而觸發(fā)十位減1。</p><p>　　圖4 倒計(jì)時(shí)功能電路圖</p><p>　　信息處理單元(designed by 王曉宇)</p><p>　　信息處理單元是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它主要

14、控制選手的搶答并為搶到的選手編碼，以及執(zhí)行加減分的操作。</p><p>　　當(dāng)總控端有效，有選手按搶答器時(shí)，優(yōu)先權(quán)編碼器74LS148會(huì)輸出其第一個(gè)被觸發(fā)的輸入端對(duì)應(yīng)的選手編號(hào)，同時(shí)/GSN端有效。/GSN端有效的邏輯條件是至少有一個(gè)輸入有效，即至少有一個(gè)選手搶答，因此可利用此輸出鎖死其他選手的搶答器。</p><p>　　選手?jǐn)?shù)目為4，因此只需兩位二進(jìn)制數(shù)即可完成編號(hào)，分別為00，01

15、，10，11。然而，按照人們?nèi)粘Ａ?xí)慣，選手編號(hào)一般從1開始，因此此處選擇兩個(gè)編碼器，一個(gè)只為顯示選手編號(hào)使用，因此其輸入從編碼器的1N端開始；另一個(gè)為選手編碼，其輸入端從編碼器的0N端開始。如下兩圖所示：</p><p>　　圖5 編碼器1，為顯示編碼并鎖死其他搶答器</p><p>　　圖6 編碼器2，輸出為搶到選手的編碼</p><p>　　部分信息處理單元的設(shè)

16、計(jì)圖如下：</p><p>　　圖7 信息處理單元的設(shè)計(jì)（不含加減分部分）</p><p>　　存儲(chǔ)單元(designed by 張?jiān)?</p><p>　　存儲(chǔ)單元由四個(gè)計(jì)數(shù)器74LS169構(gòu)成，利用其UPDN端控制加減分操作，同時(shí)保證選手分?jǐn)?shù)為0時(shí)使能邏輯無效，即不存在負(fù)分；而對(duì)于顯示答題選手的分?jǐn)?shù)，則由4輸入2位的多路選擇器74LS153，根據(jù)輸入選手編碼進(jìn)行

17、數(shù)據(jù)選擇。 部分電路如下圖： </p><p>　　圖8 存儲(chǔ)單元的設(shè)計(jì)</p><p>　　存儲(chǔ)單元的設(shè)計(jì)主要由我完成，它是一項(xiàng)繁瑣的工作，因?yàn)橐浞挚紤]各種使能對(duì)加減分的影響之類的細(xì)節(jié)，例如當(dāng)時(shí)鐘使能無效，即回答超時(shí)，此時(shí)應(yīng)按照回答錯(cuò)誤來處理，因此，當(dāng)給分邏輯為加分時(shí)，計(jì)數(shù)器并不計(jì)數(shù)，只有減分時(shí)才執(zhí)行；或者當(dāng)選手回答錯(cuò)誤，而他的分?jǐn)?shù)已經(jīng)為零分時(shí)，按規(guī)定選手的得分不得為負(fù)分，因此，此

18、時(shí)的減分操作無效。</p><p>　　對(duì)于零分不能再減的使能邏輯為：</p><p>　　即為零分0000且回答錯(cuò)誤right = 0時(shí)使能端無效，不執(zhí)行減分。</p><p>　　對(duì)于計(jì)時(shí)器到時(shí)不能加分只能減分的使能邏輯：</p><p>　　即必須在給出正誤，且或者錯(cuò)誤或者時(shí)鐘有效的情況下才能執(zhí)行使能。</p><p

19、>　　給分時(shí)倒計(jì)時(shí)停表邏輯：</p><p><b>　　倒計(jì)時(shí)使能之一為：</b></p><p>　　表明已經(jīng)給出了正誤判斷，時(shí)鐘停止計(jì)時(shí)，本次答題結(jié)束。</p><p><b>　　加減分控制：</b></p><p>　　即只有倒計(jì)時(shí)范圍內(nèi)，必須回答正確才能加分；超時(shí)或者回答錯(cuò)誤只能減

20、分。</p><p><b>　　軟件仿真</b></p><p>　　仿真假設(shè)：總控制端有效，1號(hào)選手搶到題目，并回答正確；</p><p>　　理想輸出：當(dāng)前選手編號(hào)為1，回答后分?jǐn)?shù)為1，其余選手分?jǐn)?shù)為0，倒計(jì)時(shí)由30s開始。</p><p>　　仿真波形圖如下，符合預(yù)期的波形結(jié)果！</p><p

21、><b>　　圖8 仿真波形圖</b></p><p><b>　　實(shí)例演示</b></p><p>　　下圖的情景是四位選手得分為1 3 2 5，下一道題3號(hào)搶到，左邊兩個(gè)顯示屏顯示其號(hào)碼和分?jǐn)?shù)，在其回答正確后分?jǐn)?shù)加1，四位選手分?jǐn)?shù)變?yōu)? 3 3 5，如圖：</p><p><b>　　圖8 實(shí)例演示圖&

22、lt;/b></p><p><b>　　感想與致謝</b></p><p>　　經(jīng)過了幾天的修改和調(diào)試，實(shí)驗(yàn)總算完成了。在初期設(shè)計(jì)電路圖時(shí)本以為事情一定會(huì)按照紙上畫的那樣執(zhí)行，然而最后我才發(fā)現(xiàn)，真正耗時(shí)的竟是調(diào)試。如果說本次試驗(yàn)最大的收獲，我想必然是動(dòng)手實(shí)踐的理念，畢竟紙上談兵的東西靠不住，而且數(shù)字邏輯的課程與硬件關(guān)系密切，必須要?jiǎng)邮謱?shí)踐。</p>