程設(shè)計報告智力競賽搶答器

1、揚州大學(xué)能源與動力工程學(xué)院本科生課程設(shè)計題 目： 智力競賽搶答器 課 程： 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 班 級： 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 鄭 潔 完成日期： 總 目 錄第一部分：任務(wù)書 第二部分：課程設(shè)計報告 第 一 部 分任務(wù)書一、課程設(shè)計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)實驗之后，集中一周時間，進(jìn)行的復(fù)雜程度較高、綜合性較強的設(shè)計課題的實做訓(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、元器件選擇、安裝調(diào)試、計算機輔助設(shè)計、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、實踐能力和綜合素質(zhì)、創(chuàng)新意識、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)。通過本課程設(shè)計可培養(yǎng)和提高學(xué)生的科研素質(zhì)、工程意識和創(chuàng)新精神。真正實現(xiàn)了理論和實際動手能力相結(jié)合的教學(xué)改革要求。二、課程設(shè)計的要求1、加強對電子技術(shù)電路的理解，學(xué)會查尋資料、方案比較，以及設(shè)計計算等環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提高分析解決實際問題的能力。2、獨立開展電路實驗，鍛煉分析、解決電子電路問題的實際本領(lǐng)，真正實現(xiàn)由知識向技能的轉(zhuǎn)化。3、獨立書寫課程設(shè)計報告，報告應(yīng)能正確反映設(shè)計思路和原理，反映安裝、調(diào)試中解決各種問題。三、課程設(shè)計進(jìn)度安排1、方案設(shè)計；(一天)根據(jù)設(shè)計任務(wù)書給定的技術(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，畫出主要單元電路，數(shù)據(jù)通道，輸入、輸出及重要控制信號概貌的框圖。2、 電路設(shè)計：(一天)根據(jù)方案設(shè)計框圖，并畫出詳細(xì)的邏輯圖3、 裝配圖設(shè)計：(半天)根據(jù)給定的元器件，結(jié)合邏輯圖，設(shè)計出電路制作的具體裝配圖(即繪出組件數(shù)量，管腳號以及器件布置的實際位置)。同時配以必要的文字說明。4、 電路制作：(一天半)對選定的設(shè)計，按裝配圖進(jìn)行裝配，調(diào)試實驗。5、 總結(jié)鑒定：(半天)考核樣機是否全面達(dá)到現(xiàn)定的技術(shù)指標(biāo)，能否長期可靠地工作，并寫出設(shè)計總結(jié)報告。四課程設(shè)計題目和內(nèi)容智力競賽搶答器（1）、搶答器為四路；（2）、顯示出最先搶答器的號碼；（3）、帶裁判員啟動控制按鈕；（4）、裁判員啟動后，30秒

4、后無選手搶答，搶答器停止工作（應(yīng)顯示30秒遞減時間），并有“滴滴”提示音。（5）、選手搶答應(yīng)有提示音。五、設(shè)計要求1、 用中小型規(guī)模集成電路設(shè)計出所要求的電路；2、 在實驗箱上安裝、調(diào)試出所設(shè)計的電路。3、 部分課題要求用可編程邏輯器件（fpga/cpld）設(shè)計實現(xiàn)；4、 在eda編程實驗系統(tǒng)上完成硬件系統(tǒng)的功能仿真。5、 寫出設(shè)計、調(diào)試、總結(jié)報告。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、減計數(shù)器 (8421 bcd碼) 74ls1929、同步十進(jìn)制加法計數(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)動器 74ls24414、555定時器 55515、led共陰七段數(shù)碼管 bs20716、石英晶體(4m、2 m、32768 hz)17、微動開關(guān)、撥盤開關(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、萬用表、電烙鐵)七、使用儀器設(shè)備1、 穩(wěn)壓電源(5v，15v)；2、 實驗電路箱；3、 低頻信號發(fā)

6、生器；4、pc機（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)計指導(dǎo)書”；3、“集成電路特性應(yīng)用手冊”；4、 eda技術(shù)使用教程5、 其他。九、設(shè)計總結(jié)報告主要內(nèi)容1、 任務(wù)及要求；2、 方案特點；3、 各組成部分及工作原理(應(yīng)結(jié)合框圖寫)；4、 單元電路設(shè)計與調(diào)試；5、 總邏輯圖；6、 總裝配圖；7、 實驗仿真結(jié)果；8、 實驗結(jié)果分析(畫出必要的波形，進(jìn)行測量精度和誤差分析)；9、 調(diào)試中出現(xiàn)問題的解決；10、改進(jìn)意見及收獲體會等。第 二 部 分課程設(shè)計報告目 錄1 設(shè)計任務(wù)及要求.（9）

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

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

9、0秒遞減時間），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，當(dāng)搶先者按下面前的按鈕時，搶答器能準(zhǔn)確地判斷出搶先者。要求聲響在選手搶答時響起，并用數(shù)碼管顯示搶答選手號碼。（2）搶答器應(yīng)具有互鎖功能，某組搶答后能自動封鎖其他各組進(jìn)行搶答。（3）搶答器應(yīng)具有限時功能。限時檔次為30秒，時間到時應(yīng)發(fā)出聲響，同時，系統(tǒng)禁止搶答。（4）選手搶答后顯示搶答時間。（5）系統(tǒng)應(yīng)具有一個總復(fù)位開關(guān)。2系統(tǒng)總體設(shè)計方案2.1總體設(shè)計方案系統(tǒng)組成框圖：號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間顯示脈沖信號計數(shù)器譯碼器（1）、搶答器為四路；（2）、顯示出最

10、先搶答器的號碼；（3）、帶裁判員啟動控制按鈕；（4）、裁判員啟動后，30秒后無選手搶答，搶答器停止工作（應(yīng)顯示30秒遞減時間），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。并在搶答完成時控制模塊停止時間和發(fā)出聲響。（2）在系統(tǒng)設(shè)計時，要達(dá)到互鎖的功能，即一人搶答后其他人就不能搶答。（3）搶答時間結(jié)束時蜂鳴器發(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，并顯示搶答選手號碼，另外蜂鳴器 發(fā)出聲響，時間計數(shù)停止保持。（2）主持人控制搶答的復(fù)位、開始。（3）脈

11、沖信號提供計數(shù)信號，由控制模塊控制搶答時間的停止保持。3控制電路設(shè)計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d觸發(fā)器d輸入端與另外3個的輸出非端經(jīng)過與門后相接，構(gòu)成搶答鎖存功能。即當(dāng)四個開關(guān)中有一個開關(guān)打開時，就會有一個上升沿脈沖，使得輸出非端為低電平，從而使得其余3個的輸入端均為低電平。圖3的譯碼電路將輸入的搶答信號轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管可以識別顯示的信號，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)計算此次課程設(shè)計課題都由開關(guān)控制無相關(guān)計算內(nèi)容。3.3器件選型一個epm7128slc84-6可下載集成塊，三個數(shù)碼管以及3個七段譯碼器，一個蜂鳴器，五個開關(guān)。4 振蕩電路設(shè)計4.1振蕩電路工作原理 此次振蕩電路信號由實驗箱上的2hz頻率信號代替。5 計數(shù)電路設(shè)計5.1計數(shù)電路工作原理圖4 30進(jìn)制減法計數(shù)電路圖4中g(shù)1g4為個位輸出端，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端為脈沖信號輸入端。5.2參數(shù)計算此次課程設(shè)計課題都由開關(guān)控制無相關(guān)計算內(nèi)容。5.3器件選型2個同步十進(jìn)制

13、可逆加、減計數(shù)器：74192，2個數(shù)碼管6 譯碼顯示電路設(shè)計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轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管可以識別顯示的信號，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4輸入與門2個2輸入或門1個4輸入或門7系統(tǒng)總體電路設(shè)計7.1系統(tǒng)總體電路圖

14、6 總電路7.2 電路說明（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振蕩信號輸入端，1khz為2hz頻率信號輸入端，a1、a2、a3為顯示搶答選手號碼的數(shù)碼管連接端，b1、b2、b3、b4為顯示個位數(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)主持人啟動系統(tǒng)時（輸入高電平）計數(shù)器開始由30倒計時，如果選手搶答則顯示搶答選手號碼，計數(shù)器停止并保持顯示搶答時間，另外，蜂鳴器發(fā)出滴滴的響聲提示有人搶答；如果沒人搶

15、答，則計數(shù)器到00時，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)位開關(guān)，再次啟動后才可進(jìn)行搶答。8電路調(diào)試8.1振蕩電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析此次課程設(shè)計中振蕩信號使用的是實驗箱上的固定2hz頻率信號。8.2 計數(shù)電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析圖7 計數(shù)仿真波形一切顯示正常，由30開始減法計數(shù)。當(dāng)主持人啟動搶答系統(tǒng)時，計數(shù)器開始倒計時計數(shù)，直到有選手搶答時，計數(shù)器停止計數(shù)并保持在當(dāng)前時間。8.3 譯碼顯示電路調(diào)試及實驗結(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確定顯示的數(shù)字。將： 輸出信號“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)試及實驗結(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，主持人按下清零開關(guān)，即：q1q4均為“0”，當(dāng)有一位選手搶答后即輸入高電平，對應(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)及實驗結(jié)果分析圖9 總電路仿真波形總電路在測試調(diào)整仿真中一切正常，與預(yù)計的效果及功能相符合。當(dāng)主持人啟動系統(tǒng)時（輸入高電平）計數(shù)器開始由30倒計時，如果選手搶答則顯示搶答選手號碼，計數(shù)器停止并保持顯示搶答時間，另外，蜂鳴器發(fā)出滴滴的響聲提示

17、有人搶答；如果沒人搶答，則計數(shù)器到00時，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)位開關(guān)，再次啟動后才可進(jìn)行搶答。9改進(jìn)意見及收獲體會在此次課程設(shè)計的搶答器，我們剛開始確實不知如何著手，不過我們從之前的三人搶答器借鑒了一下，才使過程變的順利起來。最終很順利完成了所有的任務(wù)。實現(xiàn)了所有要求的功能。不過從我個人看來還可以加一些功能的使整個搶答系統(tǒng)看起來更完美，更全面。例如：在每個選手搶答時再加上一只燈被點亮。在倒計時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分奪秒的氛圍，這些另外的功能由于時間的問題沒能加上去。挺遺憾的。在這次的設(shè)計中

18、我們也遇到了一些小問題。例如仿真波形與原定的而又很大的出入、下載時定義引腳的問題、下載不了等等。不過最終都被我們一一解決了。只有在實踐中才更容易發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，找出錯誤之處。并想出解決的方法?？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)計結(jié)束了。看著自己的勞動成果，想想自己付出的還是值得的。通過這次親手實踐也讓我對集成塊的工作原理更加熟悉，運用起來更自然。不過最重要的是自己制作的，成功時的那種喜悅是別人無法感受的。此外，對max+plus的使用也變得熟悉起來，包括生成模塊，下載，調(diào)試等等，再也沒有了第一次的生疏?？傊?，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)計結(jié)束了?？粗约旱膭趧映晒胂胱约焊冻龅倪€是值得的。在此次的設(shè)計中由于運用了下載電路，使得我們的實體電路很簡單，而不是很龐大的接線。也使得演示時看起來不是那么的復(fù)雜，更加清晰。所以以后還會經(jīng)常運用這種方法盡量簡化過程以達(dá)到同樣的功能。這樣不僅能節(jié)約大量的時間，還能節(jié)約大量的材料。降低總的消耗成本。畢竟這是一個講究效率和成本的社會。10器件明細(xì)清單器件名稱數(shù)量epm7128slc84-6174ls483數(shù)碼管3開關(guān)6實驗箱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)