广工eda实训8位抢答器实训报告

1、课课 程程 设设 计计 课程名称 电子技术综合设计 题目名称 8 位数字抢答器 学生学院 专业班级 学 号 学生姓名 指导教师 2015 年 9 月 5 日目 录1 设计任务目的及要求设计任务目的及要求.21.1设计任务.21.2设计要求.21.3工作原理及设计方案.22.1 抢答电路.32.2 时钟电路.52.2.1 时钟分频器.62.2.2 超时红灯亮.62.2.3 绿灯闪烁.73 设计方案设计方案.83.1 设计的系统框图 .83.2 电路工作过程 .83.3 设计思路。 .94 实验结果与数据处理实验结果与数据处理.104.1 测试步骤.104.2 实验结果.105 结论与问题讨论结论

2、与问题讨论.105.1 完成程度 .105.2 收获及心得体会.10参考文献参考文献.11附录附录 PC 机串口收发的数据机串口收发的数据.121 设计任务目的及要求设计任务目的及要求1.1 设计任务 （1） 利用各种器件设计一个多路智力竞赛抢答器。（2） 利用 DE2 教学开发板对所设计的电路进行验证。（3） 总结电路设计结果。1.2 设计要求（1）抢答器同时供 8 名选手或 8 个代表队比赛，分别用 8 个按钮 S0S7 表示。（2）设置一个系统清除和抢答控制开关 S，该开关由主持人控制。（3）抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在优先抢答选手的编号一直保持到主持人

3、将系统清除为止。（4）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如,30 秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时，同时指示灯（绿色灯）开始短暂的闪烁，持续时间位0.5s 左右。（5）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人讲系统清除为止，此时指示灯应停止闪烁。（6）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示 00，指示灯应亮起（建议采用红色灯）。1.3 工作原理及设计方案抢答器是为竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，竞赛者可以分为若干组，抢答时各组对主持人提

4、出的问题要在最短的时间内做出判断，并按下抢答按键回答问题。当第一个人按下按键后，则在显示器上显示该组的号码，同时电路将其他各组按键封锁，使其不起作用。回答完问题后，由主持人将所有按键恢复，重新开始下一轮抢答。抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如,30 秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统通过一个指示灯报警并禁止抢答，定时显示器上显示 00。因此要完成抢答器的逻辑功能，该电路至少应包括输入开关

5、、数字显示、判别组控制以及组号锁存等部分。2 原理与模块介绍原理与模块介绍2.1 抢答电路一是能分辨出选手操作按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效；三是按下开始按键（采用高电平触发按键）LED 闪烁，并且抢答后 LED 亮（不灭）以此说明抢答成功。在选手按动按钮后，发出相应的信号。使用 74LS148 对信号进行编码，优先判决器是由 74LS148 集成优先编码器等组成。该编码器有 8 个信号输入端，3 个二进制码输出端，输入使能端 EI，输出使能端 EO 和优先编码工作状态标志 GS。其功能表如表 5.24.1 所示。从功能表中可以看出当 EI

6、“0”时，编码器工作，而当 EI“1”时，则不论 8 个输入端为何种状态，输出端均为“1” ，且 GS 端和 EO 端为“1” ，编码器处于非工作状态,这种情况被称为输入低电平有效。优先编码器优先编码器 74LS148 功能表功能表输 入输 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（表中代表任意状态）由 74LS148 集成优先编码器组成的优先判决器如图所示，当抢答开关 S1S7 中的一个按下时，编码器输出相应按键对应的二进制代码，低电平有效。编码器输出 AOA2、工作状态标志 GS 作为锁存器电路的输入信号，而输入使能端 EI 端应和锁存器电路的 Q0 端相联接，目的是为了在 EI 端为“1”时锁定编码器的输入电路，使其它输入开关不起作用。具体实现电路为：优先编码器 74148 得到抢答成功的选手编号的 2 进制输入到 D 锁存器 74279，使 74279的 Q1

8、端获得一个信号输入到 74148 的 EN 端，促使 74148 工作，使优先者有效，其他人无效。74283 是全加器，作用是使 D 锁存器出入的 2 进制数码全加 1，重新编译输入到 7447中，实现后面数码管的工作状态。2.2 时钟电路74LS192 是双时钟方式的十进制可逆计数器。(bcd,二进制)， CPU 为加计数时钟输入端，CPD 为减计数时钟输入端。 LD 为预置输入控制端，异步预置。 CR 为复位输入端，高电平有效，异步清除。 CO 为进位输出：1001 状态后负脉冲输出， BO 为借位输出：0000 状态后负脉冲输出。因此设定脉冲输入后，需要使用两个 74LS192，一个作为

9、个位，一个作为十位。个位的 BO连接到十位的脉冲输入，十位的 BO 就连接到脉冲，表示时间到的时候脉冲不对 74LS194 作用。具体的电路如下使用两片 74HC192 计数/减数的减数功能构成可预置数 30 进制减数器，再连接 74HC47显示电路。个位预置数为“0000”，十位预置数为“0011”。低电平触发按键加反相与“0”电平进行或非后，输出接到两个芯片 LDN置数端（低电平预置数，高电平计数/减数），低电平触发按键加反相后接到两个芯片 CLR 清零端（高电平有效），当主持人按下按键再按下开始按键后减数器开始减数。2.2.1 时钟分频器由于 DE2 板上仅提供 50MHz 和 27MH

10、z 的时钟，需设定 74292 分频器来对系统时钟进行分频，50MHz 经 225 后为 0.781Hz,接近 1.0Hz。2.2.2 超时红灯亮当 BON 计数溢出时，输出低电平，反向后点亮 led 红灯。2.2.3 绿灯闪烁用 74192 连接 50MHZ 的时钟，进行分频，输出连接 LED 绿灯。闪烁时间约 0.5s。3 设计方案设计方案3.1 设计的系统框图电路主要完成基本的抢答功能，即开始抢答前，当有选手按动抢答键时，能显示出选手的编号，同时能封锁输入电路。开始抢答后，提前抢答的电路由主持人清零，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。并且报警器发

11、出报警声。3.2 电路工作过程该定时抢答器的工作过程是：接通电源后，当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，抢答器处于工作状态，当选手按动抢答键时，抢答器要完成以下三项工作：第一，编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；第二，扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；第三，控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答。当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到原先工作状态，以便进行下一轮抢答。3.3 设计思路。1. 抢答器供 8 名选手比赛，分别用 8 个按钮 S0 S7 表示。这个功能只需

12、要通过管脚分配把按钮分配到实验版上的拨动开 SW0 到 SW7 关，让每个选手拨动开关后产生相应的信号就可以了。不同的选手拨动按钮发出信号通过 74LS148 编码器进行编码，编码后输出信号进行下一步的译码和锁存。 2. 设置一个系统清除和抢答控制开关 S，该开关由主持人控制。在这里首先通过管脚分配把开关 S 分配到相应一个拨动开关，这个就是开关 SW16。该开关联系到一个相应的线路，这个线路通过与非门连接其他信号，从而达到清零的功能。 3. 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。74LS373 具有锁存功能，可以在一个

13、选手按下按钮后进行锁存，其他的选手不能在抢答。锁存相应的编号时，由于编码器编的是从 0 到 7，如果 0 号选手抢答，与清零的时候可能造成混淆，所以要加上加法器，对编码器的 0 到 7 都加上 1。加法器是用 74LS83 这样在后面的 74LS47 译码器上就可以显示 1 到 8 的号码。 4. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如,30 秒） 。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。74LS192 具有减法功能，通过使用 74LS192 可以对设定的时间进行自减。只需要给定 74LS192 秒脉冲就可以。同时 74LS192 结合 74LS47 可以对所设定的抢答时间

14、和选手抢答的时间显示出来。5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。选手进行抢答，通过编码器，锁存器，加法器，译码器，显示出来。当某个选手抢答有效，通过 74LS148 编码器的 GSN 端口连接到控制清零端的与非门就可以进行禁止其他选手的抢答，同时把该选手的号码显示在数码管上，同时通过 74LS148 编码器的 GSN 端口可以停止 74LS192 的脉冲，从而让脉冲停止，达到显示抢答时间的效果。 6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统通过一个指示灯报警并禁止抢答，定时显示器上显示 00。当

15、时间到的时候，减法器 74LS192 的十位的 LDN 端口发出一个高电平，在这个端口上连接上一个显示灯，作为报警用。同时减法器 74LS192 的十位的 BON 端口会发出一个低电平，可以连接到脉冲上，让脉冲停止，数码管上显示的是 00。4 实验结果与数据处理实验结果与数据处理4.1 测试步骤把整体电路编译并下载到 DE2，尝试多种输入状态，对照课程设计要求检查输出值。4.2 实验结果由于一开始审题有误，导致一开始的设计功能上有偏差，但到询问了老师和同学后即刻重做，因此耽误了不少时间，好在重做后比较顺利，没遇到什么大问题，只是中间有一次是数据显示有问题，但换了个计数器后就好了，可以完美实现所

16、有功能。主持人先按下置位端（即推上 (SW 0)按键，系统清零，数码管处于灭零状态），LED闪烁一下以其代替 0.5S 的声响，抢答芯片处于工作状态，故数码显示处于灭零状态。在对应的数码管上可以看到相应的抢答时间（30s）。然后主持人推下 start(SW0)按键后就可以让选手抢答，这时候抢答时间开始自减，在这个时间内，如果有选手抢答（即当有人抢答（先后按下 SW7-SW0，优先者为准，高电平有效） ） ，74148 抢答芯片可以实现输出优先者的编号且使其他选手的按键操作无效。数码管上会显示相应的选手号，在这个时候，如果有其他的选手也按下了抢答按钮，显示器不会显示。如果在抢答时间内没有人抢答，

17、显示抢答时间的数码管就会显示 00，而且有报警灯闪。当主持人要进行下一轮的抢答，可以拨动开关 SW0 作为清零，重新开始抢答。 综上所述，实验结果符合实验任务的要求。5 结论与问题讨论结论与问题讨论5.1 完成程度对设计的要求，除了报警电路和秒数设定方面，基本实现抢答器的设计要求。5.2 收获及心得体会实验设计的要求基本完成，但也有些不足，例如电路使用的芯片较多，连线繁杂，不便于制造人员阅读电路结构。改进：除已采用对称式结构尽量简化电路外，在今后实践中不断探索，以简化接线、减少芯片使用量。经过一星期的课程设计，基本完成了设计要求的任务。我受益匪浅，我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助

18、。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。一切问题必须要靠自己一点一滴的解决，而在解决的过程当中你会发现自己在飞速的提升。在实验过程中，根据任务书的要求，查找资料，设计了电路方案，有几种预想方案，最后仔细分析后确定了一套简单实用的方案，但线路图还是比较复杂。在设计过程中，由于对电子芯片的了解较匮乏，在选择芯片的问题上花费了不少时间，在翻阅有关资料和上网搜索后，才确定了要选择那些器件，不过通过对这些资料的查看，也了解了很多课本上没有的东西，通过和同组人员的共同努力，

19、我们终于设计好了各个模块的电路。通过课程设计，我学到了很多，收获了很多，我觉得课程设计是一个从理论到实际应用的过程，也是需要配合的实践，独自一人来设计一个东西是很困难的。实验过程中，最难解决的是如何合理把各功能原件的连接起来，由于对器件原理的不熟悉，我们要不断查阅资料才解决了问题，这也是导致我们实验进度缓慢的原因。今后我们一定会强化自己对知识的认识，若有机会再接触这方便的设计，相信我们也能得心应手。体会到“冰冻三尺非一日之寒,滴水石穿非一日之功” 。要想掌握一门设计方法必需多做多练！通过课程设计掌握工程的基本设计方法，提高动手能力；加深对自己专业的了解和认识。深化专业知识，为以从事相关工作打下基础。参考文献参考文献1 尹明 电子技术综合设计与实践教程 西安电子科技大学出版社2 阎石 数字