8位數(shù)字搶答器(含電路圖)

1、實(shí)用文檔天津職業(yè)大學(xué)八路搶答器電路設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)院: 電子信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè): 應(yīng)用電子技術(shù)班級(jí): 電子 1 班姓名: 吳凡 樊德帥指導(dǎo)教師 : 李新2014 年 6 月 30 日.實(shí)用文檔一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè) 8 位數(shù)字搶答器。二、課程設(shè)計(jì)的要求與數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)要求包括：1. 搶答器同時(shí)供 8 名選手或 8 個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8 個(gè)按鈕 s0 s7表示。2. 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開(kāi)關(guān)s，該開(kāi)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(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。4. 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如,30

2、 秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng) "開(kāi)始"鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。5. 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。6. 如果定時(shí)時(shí)間已到，無(wú)人搶答，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)指示燈報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。三、課程設(shè)計(jì)應(yīng)完成的工作1. 利用各種電子器件設(shè)計(jì)8 位數(shù)字搶答器；2. 利用 de2 板對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行驗(yàn)證；3. 總結(jié)電路設(shè)計(jì)結(jié)果，撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)1 陳永浦.數(shù)字電路基礎(chǔ)及快速識(shí)圖m.人民郵電出版社 , 2006. 275-277.2 侯建軍.數(shù)字電路

3、實(shí)驗(yàn)一體化教程m.北京 清華大學(xué)出版社 , 2005. 773 范文兵.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) m.北京 清華大學(xué)出版社 , 2008.1 設(shè)計(jì)任務(wù)目的及要求1.1 設(shè)計(jì)目的通過(guò)課程設(shè)計(jì)， 對(duì)數(shù)字邏輯的基本內(nèi)容有進(jìn)一步的了解，特別是時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)。 能把上學(xué)期學(xué)到的數(shù)字邏輯理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐，操作。在提高動(dòng)手能力的同時(shí)對(duì)常用的集成芯片有一定的了解，在電路設(shè)計(jì)方面有感性的認(rèn)識(shí)。而且在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的時(shí)候遇到問(wèn)題，通過(guò)獨(dú)立的思考有利于提高解決問(wèn)題的能力。 在經(jīng)過(guò)課程設(shè)計(jì)后， 更明白數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)的一般方法，以及在遇到困難怎么排除問(wèn)題。1.2 設(shè)計(jì)要求我選擇的課程任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)8 位數(shù)字搶答器。設(shè)計(jì)要求

4、包括：1. 搶答器同時(shí)供 8 名選手或 8 個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8 個(gè)按鈕 s0 s7表示。2. 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開(kāi)關(guān)s，該開(kāi)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(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。4. 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如,30 秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng) " 開(kāi)始" 鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。5. 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。6. 如果定時(shí)時(shí)間已到，無(wú)人搶答，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)通

5、過(guò)一個(gè)指示燈報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。2 工作原理及設(shè)計(jì)方案搶答器是為競(jìng)賽參賽者答題時(shí)進(jìn)行搶答而設(shè)計(jì)的一種優(yōu)先判決器電路，競(jìng)賽者可以分為若干組，搶答時(shí)各組對(duì)主持人提出的問(wèn)題要在最短的時(shí)間內(nèi)做出判斷，并按下?lián)尨鸢存I回答問(wèn)題。 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)人按下按鍵后， 則在顯示器上顯示該組的號(hào)碼，同時(shí)電路將其他各組按鍵封鎖，使其不起作用?；卮鹜陠?wèn)題后，由主持實(shí)用文檔人將所有按鍵恢復(fù)，重新開(kāi)始下一輪搶答。搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間可以由主持人設(shè)定（如,30 秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng) " 開(kāi)始" 鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效， 定時(shí)器停止工作，

6、 顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。如果定時(shí)時(shí)間已到， 無(wú)人搶答，本次搶答無(wú)效， 系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)指示燈報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。因此要完成搶答器的邏輯功能，別組控制以及組號(hào)鎖存等部分。該電路至少應(yīng)包括輸入開(kāi)關(guān)、數(shù)字顯示、 判2.1原理框圖2.2 設(shè)計(jì)思路圖一原理框圖1. 搶答器供 8 名選手比賽， 分別用 8 個(gè)按鈕 s0 s7表示。這個(gè)功能只需要通過(guò)管腳分配把按鈕分配到實(shí)驗(yàn)版上的撥動(dòng)開(kāi)sw0 到 sw7 關(guān)，讓每個(gè)選手撥動(dòng)開(kāi)關(guān)后產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)就可以了。不同的選手撥動(dòng)按鈕發(fā)出信號(hào)通過(guò)74ls148 編碼器進(jìn)行編碼，編碼后輸出信號(hào)進(jìn)行下一步的譯碼和鎖存。

7、2. 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開(kāi)關(guān) s，該開(kāi)關(guān)由主持人控制。 在這里首先通過(guò)管腳分配把開(kāi)關(guān) s 分配到相應(yīng)一個(gè)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，這個(gè)就是開(kāi)關(guān) sw16。該開(kāi)關(guān)聯(lián)系到一個(gè)相應(yīng)的線路， 這個(gè)線路通過(guò)與非門(mén)連接其他信號(hào)， 從而達(dá)到清零的功能。3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在優(yōu)先搶答選手的編號(hào)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(gè)選手按下按鈕后進(jìn)行鎖存，其他的選手不能在搶答。 鎖存相應(yīng)的編號(hào)時(shí)，由于編碼器編的是從0 到 7，如果 0 號(hào)選手搶答，與清零的時(shí)候可能造成混淆，所以要加上加法器，對(duì)編碼器的0 到 7 都加上 1。加法器是用74

8、ls83 這樣在后面的 74ls47 譯碼器上就可以顯示1 到 8 的號(hào)碼。4. 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如,30 秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng) " 開(kāi)始" 鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。74ls192 具有減法功能，通過(guò)使用 74ls192 可以對(duì)設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行自減。只需要給定74ls192 秒脈沖就可以。同時(shí) 74ls192 結(jié)合 74ls47 可以對(duì)所設(shè)定的搶答時(shí)間和選手搶答的時(shí)間顯示出來(lái)。5. 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。選手進(jìn)行搶答，通過(guò)編碼器，鎖存器，加

9、法器，譯碼器，顯示出來(lái)。當(dāng)某個(gè)選手搶答有效， 通過(guò) 74ls148 編碼器的 gsn 端口連接到控制清零端的與非門(mén)就可以進(jìn)行禁止其他選手的搶答，同時(shí)把該選手的號(hào)碼顯示在數(shù)碼管上，同時(shí)通過(guò)74ls148 編碼器的 gsn 端口可以停止 74ls192 的脈沖，從而讓脈沖停止，達(dá)到顯示搶答時(shí)間的效果。6. 如果定時(shí)時(shí)間已到，無(wú)人搶答，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)指示燈報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。當(dāng)時(shí)間到的時(shí)候，減法器74ls192 的十位的 ldn 端口發(fā)出一個(gè)高電平，在這個(gè)端口上連接上一個(gè)顯示燈，作為報(bào)警用。同時(shí)減法器 74ls192 的十位的 bon 端口會(huì)發(fā)出一個(gè)低電平， 可以連接到

10、脈沖上， 讓脈沖停止，數(shù)碼管上顯示的是00.2.3 設(shè)計(jì)流程圖2.4 設(shè)計(jì)方案圖二流程圖整體的電路可以分為兩部分， 一個(gè)是搶答電路， 第二部分是定時(shí)， 報(bào)警電路。1 .搶答的部分：搶答器供8 名選手比賽，分別用8 個(gè)按鈕 s0 s7表示。通過(guò)管腳分配把按鈕分配到實(shí)驗(yàn)版上的撥動(dòng)開(kāi)sw0 到 sw7 關(guān)，讓每個(gè)選手撥動(dòng)開(kāi)關(guān)后產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)。不同的選手撥動(dòng)按鈕發(fā)出信號(hào)通過(guò)74ls148 編碼器進(jìn)行編碼，編碼后輸出信號(hào)進(jìn)行下一步的譯碼和鎖存。設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開(kāi)關(guān) s，開(kāi)關(guān)由主持人控制。通過(guò)管腳分配把開(kāi)關(guān)s 分配到相應(yīng)一個(gè)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)sw16。該開(kāi)關(guān)聯(lián)系到一個(gè)相應(yīng)的線路，這個(gè)線路通過(guò)與非門(mén)連接其他

11、信號(hào)，從而達(dá)到清零的功能。 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕， 鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在優(yōu)先搶答選手的編號(hào)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(gè)選手按下按鈕后進(jìn)行鎖存，其他的選手不能在在有選手搶答后再進(jìn)行搶答。鎖存相應(yīng)的編號(hào)時(shí)，由于編碼器編的是從0 到 7，如果 0 號(hào)選手搶答，與清零的時(shí)候可能造成混淆，所以要加上加法器，對(duì)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(hào)碼。2. 定時(shí)搶答功能，和報(bào)警部分：一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如,30 秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng) " 開(kāi)始"

12、; 鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。74ls192 具有減法功能，通過(guò)使用 74ls192 可以對(duì)設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行自減。 74ls192 進(jìn)行工作的時(shí)候需要給定秒脈沖。同時(shí) 74ls192 結(jié)合 74ls47 可以對(duì)所設(shè)定的搶答時(shí)間和選手搶答的時(shí)間顯示出來(lái)。參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器 上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。選手進(jìn)行搶答，通過(guò)編碼器，鎖存器，加法器，譯碼器，顯示出來(lái)。當(dāng)某個(gè)選手搶答有效， 通過(guò) 74ls148 編碼器的 gsn 端口連接到控制清零端的與非門(mén)就可以進(jìn)行禁止其他選手的搶答，同時(shí)把該選手的號(hào)碼顯示在數(shù)碼管上，同時(shí)通過(guò)74

13、ls148 編碼器的 gsn 端口可以停止 74ls192 的脈沖，從而讓脈沖停止，達(dá)到顯示搶答時(shí)間的效果。若定時(shí)時(shí)間已到，無(wú)人搶答，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)指示燈報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。當(dāng)時(shí)間到的時(shí)候，減法器74ls192 的十位的 ldn 端口發(fā)出一個(gè)高電平，在這個(gè)端口上連接上一個(gè)顯示燈，作為報(bào)警用。同時(shí)減法器 74ls192 的十位的 bon 端口會(huì)發(fā)出一個(gè)低電平， 可以連接到脈沖上， 讓脈沖停止輸?shù)郊臃ㄆ魃希敲磾?shù)碼管顯示的是00。3 單元電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路分為編碼單元，鎖存單元，加法器單元，設(shè)定搶答時(shí)間單元，和譯碼單元五個(gè)部分。3.1 編碼單元在選手按動(dòng)按鈕后，發(fā)

14、出相應(yīng)的信號(hào)。使用74ls148 對(duì)信號(hào)進(jìn)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(gè)信號(hào)輸入端， 3 個(gè)二進(jìn)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“ 0”時(shí)，編碼器工作，而當(dāng) ei“ 1”時(shí)，則不論8 個(gè)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(chēng)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 a 1 a 0gs eo1× &

15、#215;× ×× ×× ×1111101 11 11 11 1111100×××××××0000010××××××0 1001010×××××01 1010010××××0111011010×××0111 1100010××0 11111101010× 01

16、 1111 1110010 011 1111 111101（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(kāi)關(guān)s1s7 中的一個(gè)按下時(shí)，編碼器輸出相應(yīng)按鍵對(duì)應(yīng)的二進(jìn)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(hào)，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(shí)鎖定編碼器的輸入電路，使其它輸入開(kāi)關(guān)不起作用。具體實(shí)現(xiàn)電路為：圖四 編碼單元3.2 鎖存單元74ls373 功能表： e g d ql h h h l h l l l l x q上表是 74ls373 的真值表

17、，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(wú)阻低電平：關(guān)門(mén)鎖存。oe使能端，接地。當(dāng) g=“ 1”時(shí)， 74ls373 輸出端 1q8q 與輸入端 1d 8d 相同； 當(dāng) g 為下降沿時(shí)，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。那么按照實(shí)驗(yàn)的要求，編碼器的輸入就只有三個(gè)，因此只用到q1 到 q3，而q4 接上 74ls148 的 gsn，再和 74ls373 的輸出 d4 通過(guò)與非門(mén)連接起來(lái)，輸?shù)?4ls373 的 g 端口。從而達(dá)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(gè)都加上1，讓數(shù)碼管顯示

18、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 s2s4 c2c4l l l l | l l l | h l l h l l l | h l l | l h l l h l l | h l l | l h l h h l l | l h l | h h l l l h l | l h l | h h l h l h l | h h l | l l h l h h l | h h l | l l h h h h l | l l h | h l h l l l h | l h l | h h l h l l

19、 h | h h l | l l h l h l h | h h l | l l h h h l h | l l h | h l h l l h h | l l h | h l h h l h h | h l h | l h h l h h h | 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(duì)應(yīng) 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 譯碼單元實(shí)用文檔4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果按照設(shè)計(jì)時(shí)的思路，把電路圖連接好。經(jīng)過(guò)改錯(cuò)，編譯

20、，分配管腳，然后就可以看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 我的管腳分配為： sw0到 sw7為選手的編號(hào)， 分別為 1 到 8。sw8到 sw11為設(shè)定搶答時(shí)間的個(gè)位， sw12到 sw15是設(shè)定搶答時(shí)間的十位。 sw16 為設(shè)定搶答時(shí)間的置位端。 sw17為開(kāi)始鍵。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：主持人先按下置位端，就可以設(shè)定搶答時(shí)間，按照個(gè)位和十位的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)設(shè)定，在對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管上可以看到相應(yīng)的搶答時(shí)間。然后主持人就可以按下開(kāi)關(guān)讓選手搶答，這時(shí)候搶答時(shí)間開(kāi)始自減，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，如果有選手搶答，數(shù)碼管上會(huì)顯示相應(yīng)的選手號(hào)， 在這個(gè)時(shí)候， 如果有其他的選手也按下了搶答按鈕，顯示器不會(huì)顯示。 如果在搶答時(shí)間內(nèi)沒(méi)有人搶答，顯示搶答時(shí)間的數(shù)碼管就會(huì)顯示00，而且有報(bào)警燈閃。當(dāng)主持人要進(jìn)行下一輪的搶答，可以撥動(dòng)開(kāi)關(guān)sw16作為清零，重新開(kāi)始搶答。綜上所述，實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合實(shí)驗(yàn)任務(wù)的要求。5 總結(jié)本課程設(shè)計(jì)基本完成了老師的要求，能夠?qū)崿F(xiàn)全部的功能。 能八路搶答， 能定時(shí)搶答，也能報(bào)警，清零。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候， 遇到不少的問(wèn)題。 一開(kāi)始不知道該使用什么芯片去做實(shí)驗(yàn)，只能研究老師發(fā)的quartus ii中的宏模塊，熟悉芯片的功能，同時(shí)去圖書(shū)館借有關(guān)書(shū)籍，看看哪些芯片能達(dá)到編碼，譯碼，鎖存等，以及重新溫習(xí)了上 個(gè)學(xué)期的數(shù)字邏輯書(shū)本。經(jīng)過(guò)資料的搜集，基本確定了用