電子技術綜合課程設計八位數(shù)字搶答器課程設計

1、廣東工業(yè)大學華立學院 課 程 設 計（論文）課程名稱 電子技術綜合課程設計 題目名稱 八位數(shù)字搶答器設計 學系學部 機電與信息工程學部 專業(yè)班級 學號 學生姓名 指導教師 年月日廣東工業(yè)大學華立學院課程設計（論文）任務書題目名稱八位數(shù)字搶答器學生學部（系）專業(yè)班級姓 名學 號一、課程設計的內(nèi)容 設計一個8位數(shù)字搶答器。二、課程設計的要求與數(shù)據(jù)設計要求包括：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s0 s7表示。 2. 設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關s，該開關由主持人控制。 3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在優(yōu)先搶答選手 的編號一直保持到主持人

2、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定（如,30秒）。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時。 5. 參賽選手在設定的時間內(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。 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。三、課程設計應完成的工作1. 利用各種電子器件設計8位數(shù)字搶答器； 2. 利用de2板對所設計的電路進行驗證； 3. 總結電路設計結果，撰寫課程設計報告。四、課程設計進程安排序號設計各階段內(nèi)容地點起止日期1選擇課程設計題目，分析題

3、目要求及熟悉實驗軟件。圖書館宿舍2014/06/232查閱資料，提出設計方案并討論，設計電路。圖書館宿舍2014/06/253進行原理圖輸入并調(diào)試電路綜合樓2014/06/274調(diào)試電路、改進綜合樓2014/06/285下載并檢查綜合樓2014/06/30五、應收集的資料及主要參考文獻1謝云，現(xiàn)代電子技術實踐課程指導，機械工業(yè)出版社，2003 2姚福安，電子電路設計與實踐，山東科學技術出版社，20013楊素行，模擬電子技術基礎簡明教程，高等教育出版社，20064閻石，數(shù)字電子技術基礎，高等教育出版社，2004發(fā)出任務書日期： 年 月 日 指導教師簽名：計劃完成日期： 年 月 日 教學單位責任人

4、簽章：八位數(shù)字搶答器設計摘 要搶答器可以根據(jù)搶答情況,顯示優(yōu)先搶答者的號數(shù)。同時蜂鳴器發(fā)聲,表示搶答成功。搶答器由搶答,編碼,優(yōu)先,鎖存,數(shù)顯及負數(shù)電路組成。具體操作是這樣的。主持人手里有一個控制鍵,主持人先操作“清除”,然后操作“開始”。于是,八個選手或八個代表團就能在定時期間內(nèi)進行搶答,最先按鍵的選手,在把按鈕按下后,蜂鳴器發(fā)聲,同時數(shù)碼管顯示,優(yōu)先搶答者的號碼,而其它在其后按鍵的選手,則沒有實質(zhì)性的有效反應,只能等待下一輪的比賽,在下一輪比賽,在下一輪比賽開始。主持人要先操作“清除”后,在操作“開始”即可從新開始新一輪的比賽。一、八位數(shù)字搶答器的基礎搶答器可以根據(jù)搶答情況,顯示優(yōu)先搶答者

5、的號碼同時蜂鳴器發(fā)聲,表示搶答成功.其在競賽,文體娛樂活動(搶答活動)中,能準確公正,直觀地判斷出搶答者的對象,通過搶答者的指示燈顯示,數(shù)碼顯示和警示顯示等手段指示出第一搶答者。1.1搶答器的分類 隨著我國搶答器市場的迅猛發(fā)展，與之相關的核心生產(chǎn)技術應用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關注的焦點。技術工藝是衡量一個企業(yè)是否具有先進性，是否具有市場競爭力，是否能不斷領先競爭者的重要指示依據(jù)。了解國內(nèi)外搶答器生產(chǎn)核心技術的研發(fā)動向、工藝設備、技術應用及趨勢對于企業(yè)提升產(chǎn)品技術規(guī)格，提高市場競爭力十分關鍵。目前市場上搶答器種類很多，功能各異價格差異也很大。那么懸著一款真正適合智能搶答器就非常重要。一般搶答器由

6、單片機以及外圍電路組成,分為八路和十路等不同,搶答器背面的接口有幾組,和外形沒有關系。智能搶答器分為電子搶答器和電腦搶答器。電子搶答器電子搶答器的中心構造一般都是由搶答器由單片機以及外圍電路組成,其搭配的配件不同又分為非語言非記分搶答器多適用于學校和企事業(yè)單位舉行的簡單搶答活動。 電腦搶答器電腦搶答器又分為無線電腦搶答器和有線電腦搶答器。無線電腦搶答器是由主機和搶答器專用的軟件和無線按鈕利用電腦和投影儀,可以把搶答氣氛活躍起來,一般多使用于電臺等大型活動。有線電腦搶答器也是由主機和電腦配合起來,電腦在和投影儀配合起來,利用專門研發(fā)的配套的搶答器軟件,可以十分完美的表現(xiàn)搶答的氣氛。1.2八位數(shù)字

7、搶答器的現(xiàn)狀及應用搶答器在現(xiàn)代生活中起著越來越重要的作用,電臺、大型家庭服務類節(jié)目等，同時在報警系統(tǒng)中均有搶答器的身影，特別是個人發(fā)明及應用，讓搶答器進入我們千家萬戶，而且在計數(shù)器之中也有涉獵，即短信計數(shù)器。進入21世紀越來越多的電子產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的日常生活中，例如企業(yè)學校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽，搶答計分器是必要設備。過去在舉行的各種競賽中我們經(jīng)?？吹礁黝悡尨鸬沫h(huán)節(jié)，舉辦方多采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答案，這在某種程度上會因為主持人的主觀判斷造成比賽的不公平性。人們于是開始尋求一種能不依人的主觀意愿來判斷的設備來規(guī)范比賽，因此，為了克服這種現(xiàn)象的慣性發(fā)生人們利用各種資源和

8、條件設計出很多種類的搶答器。從最初的簡單搶答按鈕，到最后的顯示選手號的搶答器，在到現(xiàn)在的數(shù)顯搶答器，其功能也在一天天的趨于完美，不但可以用來倒計時搶答，還兼具報警。計分顯示，等等功能，有了這些更準確的儀器使得我們的競賽變得更加精彩紛呈，也是比賽更突顯公平公正的原則。隨著科技的不斷的進步搶答器的制作也更加追求精益求精，人們擺脫了耗費很多元件來實現(xiàn)用指示燈和一些電路來實現(xiàn)簡單的搶答功能。實地個搶答的參賽者的編號能通過指示燈顯示出來，避免不合理不公平的現(xiàn)象發(fā)生。1.3八位數(shù)字搶答器的設計任務和要求 我選擇的課程任務是設計一個8位數(shù)字搶答器。設計要求包括： 1. 搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，

9、分別用8個按鈕s0 s7表示。 2. 設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關s，該開關由主持人控制。 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。 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定（如,30秒）。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時。 5. 參賽選手在設定的時間內(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。 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。1.4八位數(shù)字搶答器的電路原理及設

10、計方案搶答器是為競賽參賽者答題時進行搶答而設計的一種優(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?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，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定（如,30秒）。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時。 參賽選手在設定的時間內(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

11、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，該電路至少應包括輸入開關、數(shù)字顯示、判別組控制以及組號鎖存等部分。2.1 原理框圖 圖一 原理框圖2.2 設計思路 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，讓每個選手撥動開關后產(chǎn)生相應的信號就可以了。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. 設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關s，該開關由主持人控制。在這里首先通過管腳分配把開關s分配到相應一個撥動開關，這個就是開關s

12、w16。該開關聯(lián)系到一個相應的線路，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定（如,30秒）。當主持人啟動開始鍵后，

13、定時器進行減計時。74ls192具有減法功能，通過使用74ls192可以對設定的時間進行自減。只需要給定74ls192秒脈沖就可以。同時74ls192結合74ls47可以對所設定的搶答時間和選手搶答的時間顯示出來。 5. 參賽選手在設定的時間內(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7

14、4ls192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00.2.3 設計流程圖圖二 流程圖2.4 設計方案 整體的電路可以分為兩部分，一個是搶答電路，第二部分是定時，報警電路。 1 .搶答的部分：搶答器供8名選手比賽，分別用8個按鈕s0 s7表示。通過管腳分配把按鈕分配

15、到實驗版上的撥動開sw0到sw7關，讓每個選手撥動開關后產(chǎn)生相應的信號。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。設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關s，開關由主持人控制。通過管腳分配把開關s分配到相應一個撥動開關sw16。該開關聯(lián)系到一個相應的線路，這個線路通過與非門連接其他信號，從而達到清零的功能。搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，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，可以在一個選手按下按鈕后進行鎖存，其他的選手不能在在有選手搶答后再進行搶答。鎖存相應的編號時，由于編碼器編

16、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。加法器是使用用74ls83，加1后在就可以在數(shù)碼顯示管上顯示1到8的號碼。 2. 定時搶答功能，和報警部分：一次搶答的時間由主持人設定（如,30秒）。當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可以對設定的時間進行自減。74ls192進行工作的時候需要給定秒脈沖。同時74ls192結合74ls47可以對所設定的搶答時間和選手搶答的時間顯示出來。參賽選手在設定的時間內(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

17、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。若定時時間已到，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，

18、可以連接到脈沖上，讓脈沖停止輸?shù)郊臃ㄆ魃?，那么?shù)碼管顯示的是00。三、單元電路設計與實現(xiàn)整個電路分為編碼單元，鎖存單元，加法器單元，設定搶答時間單元，和譯碼單元五個部分。3.1 編碼單元在選手按動按鈕后，發(fā)出相應的信號。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)標志gs。其功能表如表5.24.1所示。從功能表中可以看出當ei“0”時，編碼器工作，而當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

19、情況被稱為輸入低電平有效。圖3 優(yōu)先編碼器74ls148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 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

20、如圖所示，當搶答開關s1s7中的一個按下時，編碼器輸出相應按鍵對應的二進制代碼，低電平有效。編碼器輸出aoa2、工作狀態(tài)標志gs作為鎖存器電路的輸入信號，而輸入使能端ei端應和鎖存器電路的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，使其它輸入開關不起作用。具體實現(xiàn)電路為：圖四 編碼單元3.2 鎖存單元 74ls373功能表：e g d q l h h h l h l l l l x q 上表是74ls373的真值表，表中： l低電平；h高電平； x不定態(tài)； q0建立穩(wěn)態(tài)前q的電平；g輸入端，與8031ale連高電平：暢通無阻低電平：關門鎖存。oe使能端，接地。 當g=“1”

21、時，74ls373輸出端1q8q與輸入端1d8d相同；當g為下降沿時，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。 那么按照實驗的要求，編碼器的輸入就只有三個，因此只用到q1到q3，而q4接上74ls148的gsn，再和74ls373的輸出d4通過與非門連接起來，輸?shù)?4ls373的g端口。從而達到鎖存的目的。具體電路圖為：圖五 鎖存單元3.3 加法器單元由于選手輸入的是0到7，所以要每個都加上1，讓數(shù)碼管顯示的是1到8，因此要使用加法器。加法器的真值表為：a1a3 b1b3 a2a4 b2b4 | s1s3 s2s4 c2c4 | s1s3 s2s4c2c4l l l l | l l l | h l lh l l l

22、| h l l | l h ll h l l | h l l | l h lh h l l | l h l | h h ll l h l | l h l | h h lh l h l | h h l | l l hl h h l | h h l | l l hh h h l | l l h | h l hl l l h | l h l | h h lh l l h | h h l | l l hl h l h | h h l | l l hh h l h | l l h | h l hl l h h | l l h | h l hh l h h | h l h | l h hl h h h |

23、 h l h | l h hh h h h | l h h | h h h因此要使加法器加上1，那么，令74ls83的a1，a2，a3對應74ls373的q1,q2,q3作為輸入的數(shù)據(jù)，而b1,b2,b3,b4,a4則接地。具體的電路圖為：圖六 加法單元3.4 設定搶答時間單元 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為預置輸入控制端，異步預置。 cr為復位輸入端，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。 因此設定脈沖輸入后，需要使用兩個7

24、4ls192，一個作為個位，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：圖七 設數(shù)單元3.5 譯碼單元譯碼為編碼的逆過程。它將編碼時賦予代碼的含義“翻譯”過來。實現(xiàn)譯碼的邏輯電路成為譯碼器。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對應關系。74ls47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，它在這里與數(shù)碼管配合使用。具體的連接電路為：圖八 譯碼單元四、實驗結果按照設計時的思路，把電路圖連接好。經(jīng)過改錯，編譯，分配管腳，然后就可以看到實驗結果。我的管腳分配為：sw0到sw7為選手的編號，分別為1到8。sw8到sw11為設定搶答時間的個位，sw12到sw15是設定搶答時間的十位。sw16為設定搶答時間的置位端。sw17為開始鍵。實驗結果為： 主持人先按下置位端，就可以設定搶答時間，按照個位和十位的撥動開關設定，在對應的數(shù)碼管上可以看到相應的搶答時間。然后主持人就可以按下開關讓選手搶答，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，數(shù)碼管上會顯示相應的選手號，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