程設(shè)計(jì)報(bào)告智力競(jìng)賽搶答器

1、揚(yáng)州大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì)題 目： 智力競(jìng)賽搶答器 課 程： 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 專 業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 鄭 潔 完成日期： 總 目 錄第一部分：任務(wù)書(shū) 第二部分：課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 一 部 分任務(wù)書(shū)一、課程設(shè)計(jì)的目的本課程是在學(xué)完數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)之后，集中一周時(shí)間，進(jìn)行的復(fù)雜程度較高、綜合性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題的實(shí)做訓(xùn)練。主要包括：方案論證、系統(tǒng)電路分析、單元功能電路設(shè)計(jì)、元器件選擇、安裝調(diào)試、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、系統(tǒng)綜合調(diào)試與總結(jié)等。使學(xué)生在數(shù)字電子技術(shù)基本知識(shí)、實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)、創(chuàng)新意識(shí)、水平諸方面得到全面提高，為后續(xù)課程的

2、學(xué)習(xí)，為培養(yǎng)應(yīng)用型工程技術(shù)人才打下重要基礎(chǔ)。通過(guò)本課程設(shè)計(jì)可培養(yǎng)和提高學(xué)生的科研素質(zhì)、工程意識(shí)和創(chuàng)新精神。真正實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)際動(dòng)手能力相結(jié)合的教學(xué)改革要求。二、課程設(shè)計(jì)的要求1、加強(qiáng)對(duì)電子技術(shù)電路的理解，學(xué)會(huì)查尋資料、方案比較，以及設(shè)計(jì)計(jì)算等環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提高分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。2、獨(dú)立開(kāi)展電路實(shí)驗(yàn)，鍛煉分析、解決電子電路問(wèn)題的實(shí)際本領(lǐng)，真正實(shí)現(xiàn)由知識(shí)向技能的轉(zhuǎn)化。3、獨(dú)立書(shū)寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告，報(bào)告應(yīng)能正確反映設(shè)計(jì)思路和原理，反映安裝、調(diào)試中解決各種問(wèn)題。三、課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排1、方案設(shè)計(jì)；(一天)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給定的技術(shù)指導(dǎo)和條件，進(jìn)行調(diào)查研究、查閱參考文獻(xiàn)，進(jìn)行反復(fù)比較和可行性論證，確定出方案

3、電路，畫(huà)出主要單元電路，數(shù)據(jù)通道，輸入、輸出及重要控制信號(hào)概貌的框圖。2、 電路設(shè)計(jì)：(一天)根據(jù)方案設(shè)計(jì)框圖，并畫(huà)出詳細(xì)的邏輯圖3、 裝配圖設(shè)計(jì)：(半天)根據(jù)給定的元器件，結(jié)合邏輯圖，設(shè)計(jì)出電路制作的具體裝配圖(即繪出組件數(shù)量，管腳號(hào)以及器件布置的實(shí)際位置)。同時(shí)配以必要的文字說(shuō)明。4、 電路制作：(一天半)對(duì)選定的設(shè)計(jì)，按裝配圖進(jìn)行裝配，調(diào)試實(shí)驗(yàn)。5、 總結(jié)鑒定：(半天)考核樣機(jī)是否全面達(dá)到現(xiàn)定的技術(shù)指標(biāo)，能否長(zhǎng)期可靠地工作，并寫(xiě)出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。四課程設(shè)計(jì)題目和內(nèi)容智力競(jìng)賽搶答器（1）、搶答器為四路；（2）、顯示出最先搶答器的號(hào)碼；（3）、帶裁判員啟動(dòng)控制按鈕；（4）、裁判員啟動(dòng)后，30秒

4、后無(wú)選手搶答，搶答器停止工作（應(yīng)顯示30秒遞減時(shí)間），并有“滴滴”提示音。（5）、選手搶答應(yīng)有提示音。五、設(shè)計(jì)要求1、 用中小型規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)出所要求的電路；2、 在實(shí)驗(yàn)箱上安裝、調(diào)試出所設(shè)計(jì)的電路。3、 部分課題要求用可編程邏輯器件（fpga/cpld）設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；4、 在eda編程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上完成硬件系統(tǒng)的功能仿真。5、 寫(xiě)出設(shè)計(jì)、調(diào)試、總結(jié)報(bào)告。六 、器件與器材1、 二輸入四與非門 74ls002、 四輸入雙與非門 74ls203、 六倒相器 74ls044、 八輸入與非門 74ls305、 正沿雙d觸發(fā)器 74ls746、 3線-8線譯碼器 74ls1387、 可逆移位寄存器 74ls1

5、948、 同步十進(jìn)制可逆加、減計(jì)數(shù)器 (8421 bcd碼) 74ls1929、同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 74ls16010、振蕩分頻器 cd406011、bcd七段顯示譯碼器 74ls4812、雙四選一數(shù)據(jù)選擇器 74ls15313、八線驅(qū)動(dòng)器 74ls24414、555定時(shí)器 55515、led共陰七段數(shù)碼管 bs20716、石英晶體(4m、2 m、32768 hz)17、微動(dòng)開(kāi)關(guān)、撥盤開(kāi)關(guān)、繼電器、led(紅、綠、藍(lán))、電阻、電容、二極管、三極管、光敏二、三極管、導(dǎo)線等。22、工具(鑷子、剪刀、萬(wàn)用表、電烙鐵)七、使用儀器設(shè)備1、 穩(wěn)壓電源(5v，15v)；2、 實(shí)驗(yàn)電路箱；3、 低頻信號(hào)發(fā)

6、生器；4、pc機(jī)（裝有max+plusii軟件）；gw48 eda編程系統(tǒng)等。八、參考文獻(xiàn)1、“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”和“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”教材；2、有關(guān)“電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)”；3、“集成電路特性應(yīng)用手冊(cè)”；4、 eda技術(shù)使用教程5、 其他。九、設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告主要內(nèi)容1、 任務(wù)及要求；2、 方案特點(diǎn)；3、 各組成部分及工作原理(應(yīng)結(jié)合框圖寫(xiě))；4、 單元電路設(shè)計(jì)與調(diào)試；5、 總邏輯圖；6、 總裝配圖；7、 實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果；8、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析(畫(huà)出必要的波形，進(jìn)行測(cè)量精度和誤差分析)；9、 調(diào)試中出現(xiàn)問(wèn)題的解決；10、改進(jìn)意見(jiàn)及收獲體會(huì)等。第 二 部 分課程設(shè)計(jì)報(bào)告目 錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求.（9）

7、2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案.（10）2.1 總體設(shè)計(jì)方案.（10）2.2 方案特點(diǎn).（10）3 控制電路設(shè)計(jì).（11） 3.1 控制電路工作原理.（12） 3.2 參數(shù)計(jì)算.（13）3.3 器件選型.（13）4 振蕩電路設(shè)計(jì).（13） 4.1 振蕩電路工作原理.（13） 4.2 參數(shù)計(jì)算.（13）4.3 器件選型.（13）5 計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì).（13） 5.1 計(jì)數(shù)電路工作原理.（13） 5.2 參數(shù)計(jì)算.（15）5.3 器件選型.（15）6 譯碼顯示電路設(shè)計(jì).（14） 6.1 譯碼顯示電路工作原理.（14） 6.2 參數(shù)計(jì)算.（15）6.3 器件選型.（15）7 系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì).（16） 7.1 系

8、統(tǒng)總體電路. . .（17） 7.2 電路說(shuō)明.（17）8 電路調(diào)試.（18） 8.1 振蕩電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析.（18） 8.2 計(jì)數(shù)電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析.（18） 8.3 譯碼顯示電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析.（18）8.4 控制電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析.（29）8.5 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析.（20）9 改進(jìn)意見(jiàn)及收獲體會(huì).（21）10 器件明細(xì)清單.（22） 參考文獻(xiàn).（22）1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求本次的課程設(shè)計(jì)的題目：智力競(jìng)賽搶答器1、主要任務(wù)：（1）、搶答器為四路；（2）、顯示出最先搶答器的號(hào)碼；（3）、帶裁判員啟動(dòng)控制按鈕；（4）、裁判員啟動(dòng)后，30秒后無(wú)選手搶答，搶答器停止工作（應(yīng)顯示3

9、0秒遞減時(shí)間），并有“滴滴”提示音。（5）、選手搶答應(yīng)有提示音。2、要求：（1）四組參賽者在進(jìn)行搶答時(shí)，當(dāng)搶先者按下面前的按鈕時(shí)，搶答器能準(zhǔn)確地判斷出搶先者。要求聲響在選手搶答時(shí)響起，并用數(shù)碼管顯示搶答選手號(hào)碼。（2）搶答器應(yīng)具有互鎖功能，某組搶答后能自動(dòng)封鎖其他各組進(jìn)行搶答。（3）搶答器應(yīng)具有限時(shí)功能。限時(shí)檔次為30秒，時(shí)間到時(shí)應(yīng)發(fā)出聲響，同時(shí)，系統(tǒng)禁止搶答。（4）選手搶答后顯示搶答時(shí)間。（5）系統(tǒng)應(yīng)具有一個(gè)總復(fù)位開(kāi)關(guān)。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1總體設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)組成框圖：號(hào)碼顯示譯碼器鎖存模塊搶答模塊蜂鳴器聲音模塊主持人控制模塊時(shí)間顯示脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)器譯碼器（1）、搶答器為四路；（2）、顯示出最

10、先搶答器的號(hào)碼；（3）、帶裁判員啟動(dòng)控制按鈕；（4）、裁判員啟動(dòng)后，30秒后無(wú)選手搶答，搶答器停止工作（應(yīng)顯示30秒遞減時(shí)間），并有“滴滴”提示音。（5）、選手搶答應(yīng)有提示音2.2方案特點(diǎn)及流程（1）中心模塊主要是搶答模塊和控制模塊。此搶答系統(tǒng)由蜂鳴器發(fā)出的聲音和顯示器的數(shù)字顯示。并在搶答完成時(shí)控制模塊停止時(shí)間和發(fā)出聲響。（2）在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要達(dá)到互鎖的功能，即一人搶答后其他人就不能搶答。（3）搶答時(shí)間結(jié)束時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲響，并終止搶答。系統(tǒng)工作流程：（1）選手經(jīng)搶答模塊搶答由鎖存模塊控制搶答，并顯示搶答選手號(hào)碼，另外蜂鳴器 發(fā)出聲響，時(shí)間計(jì)數(shù)停止保持。（2）主持人控制搶答的復(fù)位、開(kāi)始。（3）脈

11、沖信號(hào)提供計(jì)數(shù)信號(hào)，由控制模塊控制搶答時(shí)間的停止保持。3控制電路設(shè)計(jì)3.1控制電路工作原理一體式：圖1 搶答鎖存譯碼一體電路分離式：圖2 搶答鎖存電路圖3 譯碼電路圖2中的搶答部分由4個(gè)d觸發(fā)器組成，clk分別作為四位選手的搶答控制端，每一個(gè)d觸發(fā)器d輸入端與另外3個(gè)的輸出非端經(jīng)過(guò)與門后相接，構(gòu)成搶答鎖存功能。即當(dāng)四個(gè)開(kāi)關(guān)中有一個(gè)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，就會(huì)有一個(gè)上升沿脈沖，使得輸出非端為低電平，從而使得其余3個(gè)的輸入端均為低電平。圖3的譯碼電路將輸入的搶答信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管可以識(shí)別顯示的信號(hào)，即：將搶答輸出：“1000”轉(zhuǎn)換為“0001”， “0100”轉(zhuǎn)換為“0010”, “0010”轉(zhuǎn)換為“0100”

12、, “0001”轉(zhuǎn)換為“1000”.3.2參數(shù)計(jì)算此次課程設(shè)計(jì)課題都由開(kāi)關(guān)控制無(wú)相關(guān)計(jì)算內(nèi)容。3.3器件選型一個(gè)epm7128slc84-6可下載集成塊，三個(gè)數(shù)碼管以及3個(gè)七段譯碼器，一個(gè)蜂鳴器，五個(gè)開(kāi)關(guān)。4 振蕩電路設(shè)計(jì)4.1振蕩電路工作原理 此次振蕩電路信號(hào)由實(shí)驗(yàn)箱上的2hz頻率信號(hào)代替。5 計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)5.1計(jì)數(shù)電路工作原理圖4 30進(jìn)制減法計(jì)數(shù)電路圖4中g(shù)1g4為個(gè)位輸出端，s1s4為十位輸出端，co端為十位的進(jìn)位輸出端，caipan端為主持人控制復(fù)位端，jishumaichong端為脈沖信號(hào)輸入端。5.2參數(shù)計(jì)算此次課程設(shè)計(jì)課題都由開(kāi)關(guān)控制無(wú)相關(guān)計(jì)算內(nèi)容。5.3器件選型2個(gè)同步十進(jìn)制

13、可逆加、減計(jì)數(shù)器：74192，2個(gè)數(shù)碼管6 譯碼顯示電路設(shè)計(jì)6.1譯碼顯示電路工作原理圖5 譯碼電路圖5的譯碼電路將輸入的搶答信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管可以識(shí)別顯示的信號(hào)，即：將搶答輸出：“1000”轉(zhuǎn)換為“0001”， “0100”轉(zhuǎn)換為“0010”, “0010”轉(zhuǎn)換為“0100”, “0001”轉(zhuǎn)換為“1000”。其中qdq為搶答鎖存電路生成的模塊。6.2參數(shù)計(jì)算由輸入輸出邏輯關(guān)系得：a=a1a2a3a4+a1a2a3a4b=a1a2a3a4+a1a2a3a4c=a1a2a3a4d=0n=a1a2a3a46.3器件選型4個(gè)4輸入與門2個(gè)2輸入或門1個(gè)4輸入或門7系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)7.1系統(tǒng)總體電路圖

14、6 總電路7.2 電路說(shuō)明（1）zhchr為主持人控制輸入端，1、2、3、4為四位選手輸入端，qianda為搶答鎖存以及譯碼電路生成的模塊，30為30進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器電路生成的模塊， fmqi為蜂鳴器控制電路生成的模塊，zhdq為2hz振蕩信號(hào)輸入端，1khz為2hz頻率信號(hào)輸入端，a1、a2、a3為顯示搶答選手號(hào)碼的數(shù)碼管連接端，b1、b2、b3、b4為顯示個(gè)位數(shù)碼管連接端，c1、c2、c3、c4為顯示十位的數(shù)碼管連接端。（2）當(dāng)主持人啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)（輸入高電平）計(jì)數(shù)器開(kāi)始由30倒計(jì)時(shí)，如果選手搶答則顯示搶答選手號(hào)碼，計(jì)數(shù)器停止并保持顯示搶答時(shí)間，另外，蜂鳴器發(fā)出滴滴的響聲提示有人搶答；如果沒(méi)人搶

15、答，則計(jì)數(shù)器到00時(shí)，蜂鳴器發(fā)出滴滴的聲響，搶答系統(tǒng)終止搶答。（3）每次搶答結(jié)束后，主持人重新復(fù)位開(kāi)關(guān)，再次啟動(dòng)后才可進(jìn)行搶答。8電路調(diào)試8.1振蕩電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析此次課程設(shè)計(jì)中振蕩信號(hào)使用的是實(shí)驗(yàn)箱上的固定2hz頻率信號(hào)。8.2 計(jì)數(shù)電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析圖7 計(jì)數(shù)仿真波形一切顯示正常，由30開(kāi)始減法計(jì)數(shù)。當(dāng)主持人啟動(dòng)搶答系統(tǒng)時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)，直到有選手搶答時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并保持在當(dāng)前時(shí)間。8.3 譯碼顯示電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析此電路調(diào)試正常，其中數(shù)碼管是根據(jù)輸入線路中的高低電平來(lái)確定顯示的數(shù)字。將： 輸出信號(hào)“1000”轉(zhuǎn)換為“0001”， “0100”轉(zhuǎn)換為“0010”,

16、 “0010”轉(zhuǎn)換為“0100”, “0001”轉(zhuǎn)換為“1000”。8.4 控制電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析圖8 搶答仿真波形經(jīng)波形仿真電路正常，且能夠正常搶答鎖存。如圖2，主持人按下清零開(kāi)關(guān)，即：q1q4均為“0”，當(dāng)有一位選手搶答后即輸入高電平，對(duì)應(yīng)的d 端為高電平即：q為高電平q為低電平從而封鎖其它三位選手的輸入的搶答。待添加的隱藏文字內(nèi)容38.5 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析圖9 總電路仿真波形總電路在測(cè)試調(diào)整仿真中一切正常，與預(yù)計(jì)的效果及功能相符合。當(dāng)主持人啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)（輸入高電平）計(jì)數(shù)器開(kāi)始由30倒計(jì)時(shí)，如果選手搶答則顯示搶答選手號(hào)碼，計(jì)數(shù)器停止并保持顯示搶答時(shí)間，另外，蜂鳴器發(fā)出滴滴的響聲提示

17、有人搶答；如果沒(méi)人搶答，則計(jì)數(shù)器到00時(shí)，蜂鳴器發(fā)出滴滴的聲響，搶答系統(tǒng)終止搶答。每次搶答結(jié)束后，主持人重新復(fù)位開(kāi)關(guān)，再次啟動(dòng)后才可進(jìn)行搶答。9改進(jìn)意見(jiàn)及收獲體會(huì)在此次課程設(shè)計(jì)的搶答器，我們剛開(kāi)始確實(shí)不知如何著手，不過(guò)我們從之前的三人搶答器借鑒了一下，才使過(guò)程變的順利起來(lái)。最終很順利完成了所有的任務(wù)。實(shí)現(xiàn)了所有要求的功能。不過(guò)從我個(gè)人看來(lái)還可以加一些功能的使整個(gè)搶答系統(tǒng)看起來(lái)更完美，更全面。例如：在每個(gè)選手搶答時(shí)再加上一只燈被點(diǎn)亮。在倒計(jì)時(shí)的最后幾秒伴隨蜂鳴器間歇性的響聲做提示等等，既然是搶答就應(yīng)該利用條件制造一種爭(zhēng)分奪秒的氛圍，這些另外的功能由于時(shí)間的問(wèn)題沒(méi)能加上去。挺遺憾的。在這次的設(shè)計(jì)中

18、我們也遇到了一些小問(wèn)題。例如仿真波形與原定的而又很大的出入、下載時(shí)定義引腳的問(wèn)題、下載不了等等。不過(guò)最終都被我們一一解決了。只有在實(shí)踐中才更容易發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，找出錯(cuò)誤之處。并想出解決的方法。總之，在老師的指導(dǎo)，和自己的努力下還是成功的將本次課程設(shè)計(jì)結(jié)束了。看著自己的勞動(dòng)成果，想想自己付出的還是值得的。通過(guò)這次親手實(shí)踐也讓我對(duì)集成塊的工作原理更加熟悉，運(yùn)用起來(lái)更自然。不過(guò)最重要的是自己制作的，成功時(shí)的那種喜悅是別人無(wú)法感受的。此外，對(duì)max+plus的使用也變得熟悉起來(lái)，包括生成模塊，下載，調(diào)試等等，再也沒(méi)有了第一次的生疏?？傊诶蠋煹闹笇?dǎo)，和自己的努力下還是成功的將本次課程設(shè)計(jì)結(jié)束了?？粗约旱膭趧?dòng)成果，想想自己付出的還是值得的。在此次的設(shè)計(jì)中由于運(yùn)用了下載電路，使得我們的實(shí)體電路很簡(jiǎn)單，而不是很龐大的接線。也使得演示時(shí)看起來(lái)不是那么的復(fù)雜，更加清晰。所以以后還會(huì)經(jīng)常運(yùn)用這種方法盡量簡(jiǎn)化過(guò)程以達(dá)到同樣的功能。這樣不僅能節(jié)約大量的時(shí)間，還能節(jié)約大量的材料。降低總的消耗成本。畢竟這是一個(gè)講究效率和成本的社會(huì)。10器件明細(xì)清單器件名稱數(shù)量epm7128slc84-6174ls483數(shù)碼管3開(kāi)關(guān)6實(shí)驗(yàn)箱1導(dǎo)線若干參 考 文 獻(xiàn) 1 閻石主編數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）北京：高教出版社， 20002 于衛(wèi)主編. 現(xiàn)代數(shù)