8位數(shù)字搶答器(含電路圖)

1、實用文檔天津職業(yè)大學(xué)八路搶答器電路設(shè)計報告學(xué)院: 電子信息工程學(xué)院專業(yè): 應(yīng)用電子技術(shù)班級: 電子 1 班姓名: 吳凡 樊德帥指導(dǎo)教師 : 李新2014 年 6 月 30 日.實用文檔一、課程設(shè)計的內(nèi)容設(shè)計一個 8 位數(shù)字搶答器。二、課程設(shè)計的要求與數(shù)據(jù)設(shè)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(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

2、 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(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。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(shè)計應(yīng)完成的工作1. 利用各種電子器件設(shè)計8 位數(shù)字搶答器；2. 利用 de2 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，撰寫課程設(shè)計報告。四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻1 陳永浦.數(shù)字電路基礎(chǔ)及快速識圖m.人民郵電出版社 , 2006. 275-277.2 侯建軍.數(shù)字電路

3、實驗一體化教程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)計任務(wù)目的及要求1.1 設(shè)計目的通過課程設(shè)計， 對數(shù)字邏輯的基本內(nèi)容有進一步的了解，特別是時序邏輯電路的設(shè)計。 能把上學(xué)期學(xué)到的數(shù)字邏輯理論知識進行實踐，操作。在提高動手能力的同時對常用的集成芯片有一定的了解，在電路設(shè)計方面有感性的認識。而且在進行電路設(shè)計的時候遇到問題，通過獨立的思考有利于提高解決問題的能力。 在經(jīng)過課程設(shè)計后， 更明白數(shù)字邏輯電路設(shè)計的一般方法，以及在遇到困難怎么排除問題。1.2 設(shè)計要求我選擇的課程任務(wù)是設(shè)計一個8 位數(shù)字搶答器。設(shè)計要求

4、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(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）。當主持人啟動 " 開始" 鍵后，定時器進行減計時。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。6. 如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)通

5、過一個指示燈報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。2 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，由主持實用文檔人將所有按鍵恢復(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，

6、 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，別組控制以及組號鎖存等部分。該電路至少應(yīng)包括輸入開關(guān)、數(shù)字顯示、 判2.1原理框圖2.2 設(shè)計思路圖一原理框圖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(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。

7、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74

8、ls83 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

9、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。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

10、脈沖上， 讓脈沖停止，數(shù)碼管上顯示的是00.2.3 設(shè)計流程圖2.4 設(shè)計方案圖二流程圖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。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(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān) s，開關(guān)由主持人控制。通過管腳分配把開關(guān)s 分配到相應(yīng)一個撥動開關(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

11、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(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(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(shè)定（如,30 秒）。當主持人啟動 " 開始"

12、; 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。 74ls192 進行工作的時候需要給定秒脈沖。同時 74ls192 結(jié)合 74ls47 可以對所設(shè)定的搶答時間和選手搶答的時間顯示出來。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， 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。3 單元電路設(shè)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(shè)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)

14、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 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：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：暢通無阻低電平：關(guān)門鎖存。oe使能端，接地。當 g=“ 1”時， 74ls373 輸出端 1q8q 與輸入端 1d 8d 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

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 譯碼單元實用文檔4 實驗結(jié)果按照設(shè)計時的思路，把電路圖連接好。經(jīng)過改錯，編譯

20、，分配管腳，然后就可以看到實驗結(jié)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(shè)定搶答時間的個位， sw12到 sw15是設(shè)定搶答時間的十位。 sw16 為設(shè)定搶答時間的置位端。 sw17為開始鍵。實驗結(jié)果為：主持人先按下置位端，就可以設(shè)定搶答時間，按照個位和十位的撥動開關(guān)設(shè)定，在對應(yīng)的數(shù)碼管上可以看到相應(yīng)的搶答時間。然后主持人就可以按下開關(guān)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(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，顯示搶答時間的數(shù)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(guān)sw16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 總結(jié)本課程設(shè)計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， 能定時搶答，也能報警，清零。在進行實驗的時候， 遇到不少的問題。 一開始不知道該使用什么芯片去做實驗，只能研究老師發(fā)的quartus ii中的宏模塊，熟悉芯片的功能，同時去圖書館借有關(guān)書籍，看看哪些芯片能達到編碼，譯碼，鎖存等，以及重新溫習了上 個學(xué)期的數(shù)字邏輯書本。經(jīng)過資料的搜集，基本確定了用