廣工eda實訓8位搶答器實訓報告

1、課課 程程 設設 計計 課程名稱 電子技術綜合設計 題目名稱 8 位數字搶答器 學生學院 專業(yè)班級 學 號 學生姓名 指導教師 2015 年 9 月 5 日目 錄1 設計任務目的及要求設計任務目的及要求.21.1設計任務.21.2設計要求.21.3工作原理及設計方案.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 設計方案設計方案.83.1 設計的系統(tǒng)框圖 .83.2 電路工作過程 .83.3 設計思路。 .94 實驗結果與數據處理實驗結果與數據處理.104.1 測試步驟.104.2 實驗結果.105 結論與問題討論結論

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)的數據機串口收發(fā)的數據.121 設計任務目的及要求設計任務目的及要求1.1 設計任務 （1） 利用各種器件設計一個多路智力競賽搶答器。（2） 利用 DE2 教學開發(fā)板對所設計的電路進行驗證。（3） 總結電路設計結果。1.2 設計要求（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

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定（如,30 秒）。當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）參賽選手在設定的時間內進行搶答，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，指示燈應亮起（建議采用紅色燈）。1.3 工作原理及設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

4、出的問題要在最短的時間內做出判斷，并按下搶答按鍵回答問題。當第一個人按下按鍵后，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，該電路至少應包括輸入開關

5、、數字顯示、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

6、“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 進制數碼全加 1，重新編譯輸入到 7447中，實現后面數碼管的工作狀態(tài)。2.2 時鐘電路74LS192 是雙時鐘方式的十進制可逆計數器。(bcd,二進制)， CPU 為加計數時鐘輸入端，CPD 為減計數時鐘輸入端。 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 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/減數的減數功能構成可預置數 30 進制減數器，再連接 74HC47顯示電路。個位預置數為“0000”，十位預置數為“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置數端（低電平預置數，高電平計數/減數），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），當主持人按下按鍵再按下開始按鍵后減數器開始減數。2.2.1 時鐘分頻器由于 DE2 板上僅提供 50MHz 和 27MH

10、z 的時鐘，需設定 74292 分頻器來對系統(tǒng)時鐘進行分頻，50MHz 經 225 后為 0.781Hz,接近 1.0Hz。2.2.2 超時紅燈亮當 BON 計數溢出時，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 設計方案設計方案3.1 設計的系統(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”，同時將控制開關撥到“開始”位置，搶答器處于工作狀態(tài)，當選手按動搶答鍵時，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。當選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關，使系統(tǒng)回復到原先工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答。3.3 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

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，讓每個選手撥動開關后產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 SW16。該開關聯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

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，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

14、和選手搶答的時間顯示出來。5. 參賽選手在設定的時間內進行搶答，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

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，數碼管上顯示的是 00。4 實驗結果與數據處理實驗結果與數據處理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)，對照課程設計要求檢查輸出值。4.2 實驗結果由于一開始審題有誤，導致一開始的設計功能上有偏差，但到詢問了老師和同學后即刻重做，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據顯示有問題，但換了個計數器后就好了，可以完美實現所

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)，故數碼顯示處于滅零狀態(tài)。在對應的數碼管上可以看到相應的搶答時間（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，如果有選手搶答（即當有人搶答（先后按下 SW7-SW0，優(yōu)先者為準，高電平有效） ） ，74148 搶答芯片可以實現輸出優(yōu)先者的編號且使其他選手的按鍵操作無效。數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。如果在搶答時間內沒有人搶答，

17、顯示搶答時間的數碼管就會顯示 00，而且有報警燈閃。當主持人要進行下一輪的搶答，可以撥動開關 SW0 作為清零，重新開始搶答。 綜上所述，實驗結果符合實驗任務的要求。5 結論與問題討論結論與問題討論5.1 完成程度對設計的要求，除了報警電路和秒數設定方面，基本實現搶答器的設計要求。5.2 收獲及心得體會實驗設計的要求基本完成，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構。改進：除已采用對稱式結構盡量簡化電路外，在今后實踐中不斷探索，以簡化接線、減少芯片使用量。經過一星期的課程設計，基本完成了設計要求的任務。我受益匪淺，我想這對于自己以后的學習和工作都會有很大的幫助

18、。在這次設計中遇到了很多實際性的問題，在實際設計中才發(fā)現，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，而在解決的過程當中你會發(fā)現自己在飛速的提升。在實驗過程中，根據任務書的要求，查找資料，設計了電路方案，有幾種預想方案，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雜。在設計過程中，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，在翻閱有關資料和上網搜索后，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、我們終于設計好了各個模塊的電路。通過課程設計，我學到了很多，收獲了很多，我覺得課程設計是一個從理論到實際應用的過程，也是需要配合的實踐，獨自一人來設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計，相信我們也能得心應手。體會到“冰凍三尺非一日之寒,滴水石穿非一日之功” 。要想掌握一門設計方法必需多做多練！通過課程設計掌握工程的基本設計方法，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，為以從事相關工作打下基礎。參考文獻參考文獻1 尹明 電子技術綜合設計與實踐教程 西安電子科技大學出版社2 閻石 數字