廣工eda實訓(xùn)8位搶答器實訓(xùn)報告

1、課課 程程 設(shè)設(shè) 計計 課程名稱 電子技術(shù)綜合設(shè)計 題目名稱 8 位數(shù)字搶答器 學(xué)生學(xué)院 專業(yè)班級 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2015 年 9 月 5 日目 錄1 設(shè)計任務(wù)目的及要求設(shè)計任務(wù)目的及要求.21.1設(shè)計任務(wù).21.2設(shè)計要求.21.3工作原理及設(shè)計方案.22.1 搶答電路.32.2 時鐘電路.52.2.1 時鐘分頻器.62.2.2 超時紅燈亮.62.2.3 綠燈閃爍.73 設(shè)計方案設(shè)計方案.83.1 設(shè)計的系統(tǒng)框圖 .83.2 電路工作過程 .83.3 設(shè)計思路。 .94 實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理.104.1 測試步驟.104.2 實驗結(jié)果.105 結(jié)論與問題討論結(jié)論

2、與問題討論.105.1 完成程度 .105.2 收獲及心得體會.10參考文獻參考文獻.11附錄附錄 PC 機串口收發(fā)的數(shù)據(jù)機串口收發(fā)的數(shù)據(jù).121 設(shè)計任務(wù)目的及要求設(shè)計任務(wù)目的及要求1.1 設(shè)計任務(wù) （1） 利用各種器件設(shè)計一個多路智力競賽搶答器。（2） 利用 DE2 教學(xué)開發(fā)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。1.2 設(shè)計要求（1）搶答器同時供 8 名選手或 8 個代表隊比賽，分別用 8 個按鈕 S0S7 表示。（2）設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān) S，該開關(guān)由主持人控制。（3）搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人

3、將系統(tǒng)清除為止。（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,30 秒）。當(dāng)主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時，同時指示燈（綠色燈）開始短暫的閃爍，持續(xù)時間位0.5s 左右。（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，并保持到主持人講系統(tǒng)清除為止，此時指示燈應(yīng)停止閃爍。（6）如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示 00，指示燈應(yīng)亮起（建議采用紅色燈）。1.3 工作原理及設(shè)計方案搶答器是為競賽參賽者答題時進行搶答而設(shè)計的一種優(yōu)先判決器電路，競賽者可以分為若干組，搶答時各組對主持人提

4、出的問題要在最短的時間內(nèi)做出判斷，并按下?lián)尨鸢存I回答問題。當(dāng)?shù)谝粋€人按下按鍵后，則在顯示器上顯示該組的號碼，同時電路將其他各組按鍵封鎖，使其不起作用?；卮鹜陠栴}后，由主持人將所有按鍵恢復(fù)，重新開始下一輪搶答。搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間可以由主持人設(shè)定（如,30 秒）。當(dāng)主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時。 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。如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)通過一個指示燈報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示 00。因此要完成搶答器的邏輯功能，該電路至少應(yīng)包括輸入開關(guān)

5、、數(shù)字顯示、判別組控制以及組號鎖存等部分。2 原理與模塊介紹原理與模塊介紹2.1 搶答電路一是能分辨出選手操作按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無效；三是按下開始按鍵（采用高電平觸發(fā)按鍵）LED 閃爍，并且搶答后 LED 亮（不滅）以此說明搶答成功。在選手按動按鈕后，發(fā)出相應(yīng)的信號。使用 74LS148 對信號進行編碼，優(yōu)先判決器是由 74LS148 集成優(yōu)先編碼器等組成。該編碼器有 8 個信號輸入端，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。其功能表如表 5.24.1 所示。從功能表中可以看出當(dāng) EI

6、“0”時，編碼器工作，而當(dāng) EI“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。優(yōu)先編碼器優(yōu)先編碼器 74LS148 功能表功能表輸 入輸 出EI I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7A2 A1 A0 GS EO1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 00 00 0 0 0 10 0 10 0 1 0 10 0 1 10 1 0 0 10 0 1 1 10 1 1 0 10 0 1 1 1 11 0 0 0 10 0 1 1 1 1 11 0 1 0

7、10 0 1 1 1 1 1 11 1 0 0 10 0 1 1 1 1 1 1 11 1 1 0 1（表中代表任意狀態(tài)）由 74LS148 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) S1S7 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 AOA2、工作狀態(tài)標(biāo)志 GS 作為鎖存器電路的輸入信號，而輸入使能端 EI 端應(yīng)和鎖存器電路的 Q0 端相聯(lián)接，目的是為了在 EI 端為“1”時鎖定編碼器的輸入電路，使其它輸入開關(guān)不起作用。具體實現(xiàn)電路為：優(yōu)先編碼器 74148 得到搶答成功的選手編號的 2 進制輸入到 D 鎖存器 74279，使 74279的 Q1

8、端獲得一個信號輸入到 74148 的 EN 端，促使 74148 工作，使優(yōu)先者有效，其他人無效。74283 是全加器，作用是使 D 鎖存器出入的 2 進制數(shù)碼全加 1，重新編譯輸入到 7447中，實現(xiàn)后面數(shù)碼管的工作狀態(tài)。2.2 時鐘電路74LS192 是雙時鐘方式的十進制可逆計數(shù)器。(bcd,二進制)， CPU 為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD 為減計數(shù)時鐘輸入端。 LD 為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。 CR 為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。 CO 為進位輸出：1001 狀態(tài)后負脈沖輸出， BO 為借位輸出：0000 狀態(tài)后負脈沖輸出。因此設(shè)定脈沖輸入后，需要使用兩個 74LS192，一個作為

9、個位，一個作為十位。個位的 BO連接到十位的脈沖輸入，十位的 BO 就連接到脈沖，表示時間到的時候脈沖不對 74LS194 作用。具體的電路如下使用兩片 74HC192 計數(shù)/減數(shù)的減數(shù)功能構(gòu)成可預(yù)置數(shù) 30 進制減數(shù)器，再連接 74HC47顯示電路。個位預(yù)置數(shù)為“0000”，十位預(yù)置數(shù)為“0011”。低電平觸發(fā)按鍵加反相與“0”電平進行或非后，輸出接到兩個芯片 LDN置數(shù)端（低電平預(yù)置數(shù)，高電平計數(shù)/減數(shù)），低電平觸發(fā)按鍵加反相后接到兩個芯片 CLR 清零端（高電平有效），當(dāng)主持人按下按鍵再按下開始按鍵后減數(shù)器開始減數(shù)。2.2.1 時鐘分頻器由于 DE2 板上僅提供 50MHz 和 27MH

10、z 的時鐘，需設(shè)定 74292 分頻器來對系統(tǒng)時鐘進行分頻，50MHz 經(jīng) 225 后為 0.781Hz,接近 1.0Hz。2.2.2 超時紅燈亮當(dāng) BON 計數(shù)溢出時，輸出低電平，反向后點亮 led 紅燈。2.2.3 綠燈閃爍用 74192 連接 50MHZ 的時鐘，進行分頻，輸出連接 LED 綠燈。閃爍時間約 0.5s。3 設(shè)計方案設(shè)計方案3.1 設(shè)計的系統(tǒng)框圖電路主要完成基本的搶答功能，即開始搶答前，當(dāng)有選手按動搶答鍵時，能顯示出選手的編號，同時能封鎖輸入電路。開始搶答后，提前搶答的電路由主持人清零，當(dāng)選手按動搶答鍵時，能顯示選手的編號，同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。并且報警器發(fā)

11、出報警聲。3.2 電路工作過程該定時搶答器的工作過程是：接通電源后，當(dāng)節(jié)目主持人宣布搶答題目后，說一聲“搶答開始”，同時將控制開關(guān)撥到“開始”位置，搶答器處于工作狀態(tài)，當(dāng)選手按動搶答鍵時，搶答器要完成以下三項工作：第一，編碼電路立即分辨出搶答者的編號，并由鎖存器進行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號；第二，揚聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意；第三，控制電路要對輸入編碼電路進行封鎖，避免其他選手再次進行搶答。當(dāng)選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到原先工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答。3.3 設(shè)計思路。1. 搶答器供 8 名選手比賽，分別用 8 個按鈕 S0 S7 表示。這個功能只需

12、要通過管腳分配把按鈕分配到實驗版上的撥動開 SW0 到 SW7 關(guān)，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 74LS148 編碼器進行編碼，編碼后輸出信號進行下一步的譯碼和鎖存。 2. 設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān) S，該開關(guān)由主持人控制。在這里首先通過管腳分配把開關(guān) S 分配到相應(yīng)一個撥動開關(guān)，這個就是開關(guān) SW16。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，從而達到清零的功能。 3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。74LS373 具有鎖存功能，可以在一個

13、選手按下按鈕后進行鎖存，其他的選手不能在搶答。鎖存相應(yīng)的編號時，由于編碼器編的是從 0 到 7，如果 0 號選手搶答，與清零的時候可能造成混淆，所以要加上加法器，對編碼器的 0 到 7 都加上 1。加法器是用 74LS83 這樣在后面的 74LS47 譯碼器上就可以顯示 1 到 8 的號碼。 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,30 秒） 。當(dāng)主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時。74LS192 具有減法功能，通過使用 74LS192 可以對設(shè)定的時間進行自減。只需要給定 74LS192 秒脈沖就可以。同時 74LS192 結(jié)合 74LS47 可以對所設(shè)定的搶答時間

14、和選手搶答的時間顯示出來。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，加法器，譯碼器，顯示出來。當(dāng)某個選手搶答有效，通過 74LS148 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，同時把該選手的號碼顯示在數(shù)碼管上，同時通過 74LS148 編碼器的 GSN 端口可以停止 74LS192 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)通過一個指示燈報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示 00。當(dāng)

15、時間到的時候，減法器 74LS192 的十位的 LDN 端口發(fā)出一個高電平，在這個端口上連接上一個顯示燈，作為報警用。同時減法器 74LS192 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 00。4 實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理4.1 測試步驟把整體電路編譯并下載到 DE2，嘗試多種輸入狀態(tài)，對照課程設(shè)計要求檢查輸出值。4.2 實驗結(jié)果由于一開始審題有誤，導(dǎo)致一開始的設(shè)計功能上有偏差，但到詢問了老師和同學(xué)后即刻重做，因此耽誤了不少時間，好在重做后比較順利，沒遇到什么大問題，只是中間有一次是數(shù)據(jù)顯示有問題，但換了個計數(shù)器后就好了，可以完美實現(xiàn)所

16、有功能。主持人先按下置位端（即推上 (SW 0)按鍵，系統(tǒng)清零，數(shù)碼管處于滅零狀態(tài)），LED閃爍一下以其代替 0.5S 的聲響，搶答芯片處于工作狀態(tài)，故數(shù)碼顯示處于滅零狀態(tài)。在對應(yīng)的數(shù)碼管上可以看到相應(yīng)的搶答時間（30s）。然后主持人推下 start(SW0)按鍵后就可以讓選手搶答，這時候搶答時間開始自減，在這個時間內(nèi)，如果有選手搶答（即當(dāng)有人搶答（先后按下 SW7-SW0，優(yōu)先者為準(zhǔn)，高電平有效） ） ，74148 搶答芯片可以實現(xiàn)輸出優(yōu)先者的編號且使其他選手的按鍵操作無效。數(shù)碼管上會顯示相應(yīng)的選手號，在這個時候，如果有其他的選手也按下了搶答按鈕，顯示器不會顯示。如果在搶答時間內(nèi)沒有人搶答，

17、顯示搶答時間的數(shù)碼管就會顯示 00，而且有報警燈閃。當(dāng)主持人要進行下一輪的搶答，可以撥動開關(guān) SW0 作為清零，重新開始搶答。 綜上所述，實驗結(jié)果符合實驗任務(wù)的要求。5 結(jié)論與問題討論結(jié)論與問題討論5.1 完成程度對設(shè)計的要求，除了報警電路和秒數(shù)設(shè)定方面，基本實現(xiàn)搶答器的設(shè)計要求。5.2 收獲及心得體會實驗設(shè)計的要求基本完成，但也有些不足，例如電路使用的芯片較多，連線繁雜，不便于制造人員閱讀電路結(jié)構(gòu)。改進：除已采用對稱式結(jié)構(gòu)盡量簡化電路外，在今后實踐中不斷探索，以簡化接線、減少芯片使用量。經(jīng)過一星期的課程設(shè)計，基本完成了設(shè)計要求的任務(wù)。我受益匪淺，我想這對于自己以后的學(xué)習(xí)和工作都會有很大的幫助

18、。在這次設(shè)計中遇到了很多實際性的問題，在實際設(shè)計中才發(fā)現(xiàn)，書本上理論性的東西與在實際運用中的還是有一定的出入的，所以有些問題不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯誤思維。一切問題必須要靠自己一點一滴的解決，而在解決的過程當(dāng)中你會發(fā)現(xiàn)自己在飛速的提升。在實驗過程中，根據(jù)任務(wù)書的要求，查找資料，設(shè)計了電路方案，有幾種預(yù)想方案，最后仔細分析后確定了一套簡單實用的方案，但線路圖還是比較復(fù)雜。在設(shè)計過程中，由于對電子芯片的了解較匱乏，在選擇芯片的問題上花費了不少時間，在翻閱有關(guān)資料和上網(wǎng)搜索后，才確定了要選擇那些器件，不過通過對這些資料的查看，也了解了很多課本上沒有的東西，通過和同組人員的共同努力，

19、我們終于設(shè)計好了各個模塊的電路。通過課程設(shè)計，我學(xué)到了很多，收獲了很多，我覺得課程設(shè)計是一個從理論到實際應(yīng)用的過程，也是需要配合的實踐，獨自一人來設(shè)計一個東西是很困難的。實驗過程中，最難解決的是如何合理把各功能原件的連接起來，由于對器件原理的不熟悉，我們要不斷查閱資料才解決了問題，這也是導(dǎo)致我們實驗進度緩慢的原因。今后我們一定會強化自己對知識的認識，若有機會再接觸這方便的設(shè)計，相信我們也能得心應(yīng)手。體會到“冰凍三尺非一日之寒,滴水石穿非一日之功” 。要想掌握一門設(shè)計方法必需多做多練！通過課程設(shè)計掌握工程的基本設(shè)計方法，提高動手能力；加深對自己專業(yè)的了解和認識。深化專業(yè)知識，為以從事相關(guān)工作打下基礎(chǔ)。參考文獻參考文獻1 尹明 電子技術(shù)綜合設(shè)計與實踐教程 西安電子科技大學(xué)出版社2 閻石 數(shù)字