數(shù)字邏輯電路課程設(shè)計(jì)8人搶答器

1、 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)-8人搶答器系 別: 計(jì)算機(jī)科學(xué)系專 業(yè): 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)指 導(dǎo) 老 師: 秦玉龍班 級(jí): 08計(jì)本（2）姓 名:學(xué) 號(hào): 成 績(jī) 等 級(jí):_2 0 0 9 年 12 月 目錄1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 22. 設(shè)計(jì)任務(wù)要求- 23. 設(shè)計(jì)方案- 34.設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程- 5 5.課程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)- 10 6.寫(xiě)在最后- 11 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊髮W(xué)生熟練地使用已學(xué)的數(shù)字電子技術(shù)，連接出要求的電路，同時(shí)也是對(duì)于數(shù)字電子技術(shù)工作原理有更好的認(rèn)識(shí)。熟悉同種芯片的多種功能。課程設(shè)計(jì)需要掌握更多的連接電路的技巧，在連接一個(gè)較為大的電路的時(shí)候，通常找錯(cuò)誤是很困難的，在課程設(shè)計(jì)中，也可以同學(xué)尋

2、找錯(cuò)誤的能力。也是對(duì)于數(shù)字電子技術(shù)的提高的一種方式。為今后設(shè)計(jì)更多樣化的電路打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。二.設(shè)計(jì)任務(wù)要求 1基本功能（1）設(shè)計(jì)一個(gè)智力競(jìng)賽搶答器，可同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)參加比賽，他們的編號(hào)分別時(shí)0、1、2、3、4、5、6、7，各用一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)相對(duì)應(yīng)，分別是s0、s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7。（2）給節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開(kāi)關(guān)，用來(lái)控制系統(tǒng)的清零（編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開(kāi)始。（3）搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示功能。搶答開(kāi)始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在led數(shù)碼管上顯示出選手的編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其

3、它選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。2擴(kuò)展功能（1）搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間可以由主持人設(shè)定（如30s）。當(dāng)節(jié)目主持人啟動(dòng)“開(kāi)始”鍵后，要求定時(shí)器立即減計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時(shí)間0.5s左右。（2）參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器顯示選手的編號(hào)和搶答時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。（3）如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)短暫報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器顯示00。三、設(shè)計(jì)方案電路組成框圖搶答按鈕優(yōu)先編碼電路鎖存器譯碼電路顯示電路主持

4、人控制開(kāi)關(guān)控制電路報(bào)警電路秒脈沖產(chǎn)生電路定時(shí)電路譯碼電路顯示電路主體電路控制電路： 1、 搶答電路搶答電路的功能有兩個(gè)：一是能分辯出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，供譯碼顯示電路用；二是要使其它選手的按鍵操作無(wú)效。使用74ls148優(yōu)先編碼器、74ls279基本rs觸發(fā)器可以實(shí)現(xiàn)第一信號(hào)鑒別、鎖存功能。（搶答電路及其工作原理見(jiàn)指導(dǎo)書(shū)，要求復(fù)習(xí)編碼器74148、rs觸發(fā)器74279的邏輯功能。）2、 定時(shí)電路節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過(guò)預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，選用十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器74ls192進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。（定時(shí)電路及

5、其工作原理見(jiàn)指導(dǎo)書(shū)，要求復(fù)習(xí)十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74192的邏輯功能）3、控制及報(bào)警電路控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能：（1）主持人將控制開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。（2）當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。（3）當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。（控制電路及其工作原理見(jiàn)指導(dǎo)書(shū)，其中ctr表示是否有選手搶答，ctr=1有，ctr=0沒(méi)有；bo2*表示搶答時(shí)間是否結(jié)束，bo2*=1沒(méi)結(jié)束，bo2*=0結(jié)束；st*表示是否允許選手搶答，st*=0允許，st*=1不允許

6、；cpd*為減計(jì)數(shù)脈沖。）ctr0010010cp10101110 ；即：只有在沒(méi)有選手搶答且搶答時(shí)間沒(méi)有結(jié)束的情況下，才允許搶答（=0），倒計(jì)時(shí)電路才工作（）。報(bào)警控制信號(hào)pr：持續(xù)0.5s左右的正脈沖，當(dāng)pr為高電平時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)根據(jù)要求，在以下三種情況下報(bào)警：a 主持人宣布搶答開(kāi)使，此時(shí)控制開(kāi)關(guān)s由0變1，產(chǎn)生上升沿。b 在規(guī)定搶答時(shí)間內(nèi)，有選手搶答，此時(shí)由1變0，產(chǎn)生下降沿。c 搶答時(shí)間結(jié)束，此時(shí)由1變0，產(chǎn)生下降沿。所以，將上述三個(gè)信號(hào)分別接74121三個(gè)觸發(fā)端a, b, c即可產(chǎn)生報(bào)警控制信號(hào)pr。電路圖見(jiàn)指導(dǎo)書(shū)。四、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程搶答電路74148是一個(gè)八線-三線優(yōu)先級(jí)編碼器。

7、如圖所示的是八線-三線編碼器74148的引腳圖。 74148優(yōu)先編碼器為16腳的集成芯片，除電源腳vcc(16)和gnd(8)外，其余輸入、輸出腳的作用和腳號(hào)如圖中所標(biāo)。其中i0i7為輸入信號(hào)，a2,a1,a0為三位二進(jìn)制編碼輸出信號(hào)，ie是使能輸入端，oe是使能輸出端，gs為片優(yōu)先編碼輸出端。當(dāng)使能輸入ie=1時(shí)，禁止編碼、輸出(反碼)： a2,a1,a0為全1。當(dāng)使能輸入ie=0時(shí)，允許編碼，在i0i7輸入中，輸入i7優(yōu)先級(jí)最高，其余依次為：i6,i5,i4,i3,i2,i0，i0等級(jí)排列。74279是一個(gè)基本rs觸發(fā)器，其引腳圖如下圖所示：功能為：四個(gè)鎖存器中有兩個(gè)具有置位端（sa，sb

8、）。當(dāng)s為低電平、r為高電平時(shí)，輸出端（q）為高電平。當(dāng)s為高電平、r為低電平時(shí),q為低電平。當(dāng)s和r均為高電平時(shí)，q被鎖在已建立的電平。當(dāng)s和r均為低電平時(shí)，q為穩(wěn)定的高電平狀態(tài)。對(duì)sa和sb，s的低電平表示只要有一個(gè)為低電平，s的高電平表示sa和sb均為高電平。當(dāng)主持人控制開(kāi)關(guān)處于“清除”位置時(shí)，rs觸發(fā)器的r*端為低電平，輸出端（4q1q）全部為低電平。顯示器燈滅：74ls148的選通輸入端st*=0，74ls148處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存電路不工作。當(dāng)主持人開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置時(shí)，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時(shí)處于工作狀態(tài)，即搶答器處于工作狀態(tài)，等待輸入端i7i0輸入信號(hào)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)

9、（如按下s5），74ls148的輸出y2*y1*y0*=010，yex*=0，經(jīng)過(guò)rs鎖存器后，ctr=1，b1*=1，74ls279處于工作狀態(tài)，4q3q2q=101，顯示器顯示“5”。此外ctr=1，使74ls148的st*端為高電平，74ls148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其他按鍵的輸入。當(dāng)按下的鍵松開(kāi)后，74ls148的yex*為高電平，但由于ctr維持高電平不變，所以74ls148仍處于禁止工作狀態(tài)，其他按鍵的輸入信號(hào)不會(huì)被接收。這就保證了搶答者的優(yōu)先以及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問(wèn)題后，由主持人操作控制開(kāi)關(guān)s，使搶答電路復(fù)位，以方便進(jìn)行下一輪搶答。完整電路定時(shí)電路 節(jié)目主持

10、人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過(guò)預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，選用十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器74ls192進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。74ls192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號(hào)如下所示： 圖中：load置數(shù)端，ctr為加計(jì)數(shù)端,down為減計(jì)數(shù)端,co為非同步進(jìn)位輸出端,bo為非同步借位輸出端，a、b、c、d為計(jì)數(shù)器輸入端，qa、qb、qc、qd為數(shù)據(jù)輸出端。            

11、0; 輸入     輸出ctrloadupdowndcbaqdqcqbqa 1 × × ×××××0000 0 0 × ×dcbadcba 0 1  1××××    加計(jì)數(shù) 0 1 1 ××××&#

12、160;   減計(jì)數(shù)當(dāng)主持人控制開(kāi)關(guān)處于“清除”位置時(shí)，74ls192的“置數(shù)”端為低電平，輸出端輸出所置數(shù)。顯示器顯示所置的數(shù)；當(dāng)主持人開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置時(shí)，置數(shù)端與清零端都無(wú)效，74ls192開(kāi)始工作，當(dāng)有一個(gè)cp脈沖到來(lái)時(shí)，計(jì)數(shù)器減一，當(dāng)個(gè)位全為零時(shí)，bo產(chǎn)生一個(gè)脈沖，使十位的計(jì)數(shù)器減一。報(bào)警電路: 74ls121芯片是一種常用的非重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，常用在各種數(shù)字電路和單片機(jī)系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)之中，他采用了施密特觸發(fā)輸入結(jié)構(gòu)，這使得74ls121的抗干擾能力大大的加強(qiáng),下面是引腳圖和功能表。 主持人控制開(kāi)關(guān)從“清零”位置撥到“開(kāi)始”位置時(shí)，此時(shí)s產(chǎn)生一個(gè)下降沿，yex

13、*=bo2*=“1”,報(bào)警電路接通，有響聲提示。同時(shí)來(lái)自于74ls279的輸出ctr=“0”，經(jīng)非門(mén)，a=“1”，則從555輸出端來(lái)的時(shí)鐘信號(hào)cp能夠加到74ls279的cpd時(shí)鐘輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)。在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，來(lái)自于74ls192的借位輸出端bo2*=“1”，實(shí)現(xiàn)a的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答按鍵時(shí)，yex*產(chǎn)生一個(gè)下降沿，并且bo2=s=“1”，報(bào)警器接通。ctr=“1”，經(jīng)非門(mén)反相，a=“0”，封鎖cp信號(hào)，定時(shí)器處于保持狀態(tài)；同時(shí)，st*=1，74ls148處于禁止?fàn)顟B(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了b的功能。當(dāng)定時(shí)的時(shí)間到時(shí)，來(lái)自74ls192的bo2*=0，產(chǎn)生下降沿，報(bào)警產(chǎn)生。

14、并且st*=1，74ls148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時(shí)封鎖cp信號(hào)，使定時(shí)電路保持00狀態(tài)不變，從而c功能實(shí)現(xiàn)電路的仿真結(jié)果：電路初始時(shí)（搶答未開(kāi)始）的波形圖搶答開(kāi)始時(shí)的波形圖有人搶答的波形圖無(wú)人搶答，超時(shí)的波形圖 根據(jù)實(shí)驗(yàn)室所提供的器材，按照電路圖連接實(shí)物電路。連接好后，調(diào)試電路是否滿足實(shí)際的要求。實(shí)物電路的調(diào)試：1、按照軟件調(diào)試好的電路圖接線，首先將基礎(chǔ)搶答器連好，注意74148的ys*端不接，74279的1、5、10、14端接開(kāi)關(guān)，由于該搶答器為8位選手搶答，所以接顯示器時(shí)最高位要接“0”。驗(yàn)證基礎(chǔ)搶答器的功能，當(dāng)有一個(gè)選手搶答時(shí)，驗(yàn)證該選手的序號(hào)是否被鎖存，即當(dāng)有其他選

15、手搶答時(shí)，顯示器上是否有其他選手的序號(hào)。2.驗(yàn)證定時(shí)器的基本功能，按照電路圖接好基本定時(shí)電路。將置數(shù)端接在開(kāi)關(guān)上，當(dāng)開(kāi)關(guān)為“0” 時(shí)，置數(shù)端接通，開(kāi)始置數(shù)，當(dāng)開(kāi)關(guān)為“1”時(shí)，無(wú)法置數(shù)。個(gè)位的信號(hào)輸入端接cp時(shí)鐘，將個(gè)位數(shù)的借位端接在十位的信號(hào)輸入端，當(dāng)個(gè)位為0時(shí)，向十位借位，此時(shí)十位減一。在十位減計(jì)數(shù)到0時(shí)，當(dāng)再來(lái)一個(gè)cp脈沖時(shí)，十位與個(gè)位均變?yōu)?。繼續(xù)開(kāi)始減計(jì)數(shù)。3、連接控制電路，其中的74ls00用74ls10代替，剩下的一位接“1”。將定時(shí)器的開(kāi)關(guān)與搶答器的開(kāi)關(guān)公用一個(gè)開(kāi)關(guān)，接好后調(diào)試8人搶答器的基本功能，當(dāng)開(kāi)關(guān)復(fù)位時(shí)，所有器件全部還原，當(dāng)有人搶答時(shí)，顯示器顯示搶答選手的序號(hào)，并封鎖其他

16、選手搶答，定時(shí)器此時(shí)不再減計(jì)數(shù)，當(dāng)時(shí)間到時(shí)還無(wú)人搶答則封鎖選手搶答，并不再減計(jì)時(shí)。在連接電路時(shí)遇到的問(wèn)題：1、 開(kāi)始時(shí)的電路不具有鎖存功能；2、 時(shí)間的顯示不正常；3、 按動(dòng)復(fù)位開(kāi)關(guān)時(shí)沒(méi)有警報(bào)。以上的幾個(gè)問(wèn)題已在實(shí)驗(yàn)中解決。五、課程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)在這次課程設(shè)計(jì)中，我遇到的許多問(wèn)題都是基礎(chǔ)的問(wèn)題：如時(shí)間的不正常顯示，電線短路等等。由于書(shū)本上關(guān)于其知識(shí)很少，所以我們只好自己去自主學(xué)習(xí)。我就是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查閱的資料，并且從網(wǎng)上下載了許多有用的圖片才得以解決許多問(wèn)題的。雖然此次課程設(shè)計(jì)是小組合作，但在設(shè)計(jì)電路、連接電路過(guò)程中，可以用集思廣益來(lái)形容，有問(wèn)題大家共同思考。特別是在連接實(shí)物電路的時(shí)候，實(shí)際的電

17、路和電腦上模擬電路還是有不同的。那些不同之處的連接，同學(xué)之間相互交流看法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證對(duì)錯(cuò)。在當(dāng)今，無(wú)論進(jìn)入什么樣的單位，都需要團(tuán)隊(duì)合作。課程設(shè)計(jì)為同學(xué)提供了合作的一個(gè)平臺(tái)。所以，積極地完成課程設(shè)計(jì)，學(xué)到的不僅僅是知識(shí)。課程設(shè)計(jì)鞏固了我們平時(shí)所學(xué)的知識(shí)，還鍛煉了我們的實(shí)踐能力。在連接實(shí)物電路時(shí)，有的連接就是大膽的假設(shè)，然后驗(yàn)證，對(duì)否那是次要的，關(guān)鍵是鍛煉了自己敢于創(chuàng)新的精神。這符合著我們朝創(chuàng)新型人才去發(fā)展。寫(xiě)在最后截止到現(xiàn)在，這個(gè)課程設(shè)計(jì)已經(jīng)算是基本完成了。不過(guò)忙了一個(gè)半星期總該有個(gè)結(jié)果的，我想這次課程設(shè)計(jì)的作品我做的不是很好，不過(guò)應(yīng)該多多少少勉強(qiáng)能湊合過(guò)去的。不過(guò)不論是電路本身還是功能上基本還是一個(gè)自己馬馬虎虎但是還是不可以接受的水